Japanese Journal of Medical Technology
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Technical Articles
Stability evaluation of wet and dry reagents under harsh environmental conditions assuming three days until power restoration by utilizing VITROS XT7600
Ryosuke KIKUCHIHiroyuki MATSUYAMARika WATARAISatoru YOKOYAMAAtsuo SUZUKIYoshitaka ANDOTadashi MATSUSHITA
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2021 Volume 70 Issue 1 Pages 86-92

Details
Abstract

VITROS XT7600(XT7600)は無給水で分析が可能な自動分析装置であり,ビトロスマイクロスライド(ドライ)試薬に加え,汎用液状(ウェット)試薬をオープンチャンネルに搭載する運用での測定も可能である。本研究では,事業継続計画に基づく3日間の停電を想定し,試薬保管温度によるウェット試薬とドライ試薬の安定性への影響を検証した。測定機器はXT7600と対照機器としてLABOSPECT008(LST008)を使用した。試薬保管は,対照条件を各試薬の添付文書に応じた保管温度(冷蔵あるいは凍結)とし,検討条件を保冷ボックス,室温,37℃の3パターンで3日間保管した。ウェット試薬はLST008専用試薬を使用し,ウェット試薬をLST008あるいはXT7600のオープンチャンネルに搭載し測定を行った。ドライ試薬はXT7600専用試薬を使用した。測定試料は10例の患者残血清を用い,試薬保管温度による臨床化学検査10項目の測定値への影響を評価した。その結果,ウェット試薬とドライ試薬ともに,保冷ボックスによる試薬保管で検討10項目すべての測定値に影響を認めなかった。以上より,停電下では保冷ボックスによる試薬保管が有用であることが示唆され,ウェット試薬とドライ試薬によるハイブリット運用が可能なXT7600は被災後の検査体制再構築の一翼を担える分析装置になりえる可能性があると考えられた。

Translated Abstract

VITROS XT7600 (XT7600) is capable of the bidirectional analyses of liquid (wet) and VITROS slide (dry) reagents in open channel operation, which can be used without water supply and with generic reagents. The purpose of this study was to verify the effects of LABOSPECT008 (LST008) wet reagents and XT7600 dry reagents on the measurement values under each storage condition, assuming a 3-day power failure, and to evaluate the usefulness of XT7600. The LST008 and XT7600 were used as measuring instruments. The storage of each reagent was carried out in three patterns: the control conditions are set to the storage temperature (refrigerated/freezing) in accordance with the manufacturer’s instruction for each reagent, and the study conditions were in a cold box, room temperature, and 37°C. The XT7600 wet reagent was replaced with the LST008 wet reagent after storage in a special bottle. Residual sera from 10 patients were used to evaluate the effects of 10 clinical chemistry tests on the assay values under each storage condition. Among the storage conditions, storage of the reagents in a cold box did not affect the values of all 10 clinical chemistry tests. These results suggest that XT7600, which can be used with the LST008 wet and XT7600 dry reagents by using a cooling box until power is supplied after a power failure, may play an important role in the reconstruction of a clinical laboratory after a disaster.

I  序

大規模災害時には,被災地の医療施設も大きな影響を受け,被災者に臨床検査を提供できないばかりか,入院患者への臨床検査も限られることが予想される。災害数日後からの臨床検査は,以前から内因性疾患を有する患者や長期避難生活による二次性疾患を発症した被災者にも必要となる。そのため,医療機関は災害を想定し,事業継続計画(business continuity planning; BCP)を策定しておく必要がある1)。名古屋大学医学部附属病院(当院)が策定したBCPは,病院周辺の外部インフラとして上水道が2週間,電力が3日間停止した場合を想定している。国内の多くの医療施設は水の供給を必要とした大型分析機器を用いた検査体制を構築しており,外部インフラの破綻により検査の継続が不可能となる可能性がある。特に,停電による冷蔵・冷凍保管が必要な検査試薬への影響は大きく,試薬類が劣化することで,復旧後の検査再稼働が遅延することが考えられる。つまり,災害後速やかに臨床検査業務を再開するためには,「水の供給」と「品質が担保された試薬」が不可欠である。

VITROS XT7600(XT7600)は給排水設備を全く必要とせず,専用のビトロスマイクロスライド(ドライ試薬)に加え,汎用液状(ウェット)試薬をVITROS専用ボトルに入れ換え,オープンチャンネルに搭載することでも検査が可能であり,ウェット試薬とドライ試薬の両者を用いたハイブリッド運用が可能な自動分析装置である。

今回我々は,電力の復旧に3日間を要することを想定し,当院で依頼件数の多い代表的な臨床化学検査10項目について,試薬保管温度がウェット試薬とドライ試薬による測定値にどのような影響を与えるかについて検証を行った。

II  使用検体および方法

1. 使用検体

名古屋大学医学部生命倫理委員会承認のもと,2019年10月の入院および外来患者の検査後残血清のうち,測定濃度域を低濃度から高濃度域まで網羅できる10検体を項目毎に抽出した(承認番号:2010-1038)。

2. 測定機器

測定機器として,全自動免疫生化学統合システム VITROS XT7600(オーソ・クリニカル・ダイアグノスティックス株式会社,以下XT7600)を使用し,対照機器としてLABOSPECT008日立自動分析装置(株式会社 日立ハイテク,以下LST008)を用いた。

3. 検討項目

検討項目は,緊急時に必要な項目の中から,当院で平均18,000件/月を超える総蛋白(total protein; TP),アルブミン(albumin; ALB),グルコース(glucose; GLU),クレアチニン(creatinine; CRE),alanine aminotransferase(ALT),alkaline phosphatase(ALP),amylase(AMY),カルシウム(calcium; Ca),無機リン(inorganic phosphorus; IP),C反応性蛋白(C-reactive protein; CRP)の10項目を対象とした。

4. 測定試薬および測定原理

1) 測定試薬

ウェット試薬は,LST008専用試薬を使用し,LST008に搭載(ウェット試薬/LST008),あるいはVITROS専用ボトルへ移し変えて,オープンチャンネルに搭載して使用した(ウェット試薬/XT7600)。

ドライ試薬は,ビトロスマイクロスライド(ドライ試薬/XT7600)を用いた(Table 1)。

Table 1  Wet and dry reagents
Wet reagents
Reagent Manufacturer
TP Aqua Auto TP-II Kainos Laboratories, Inc.
ALB Aqua Auto ALB
GLU Quick Auto Neo GLU-HK HLS Shino-Test Corporation
CRE Cygnus Auto CRE HLS
ALT Quick Auto Neo ALT-JS HLS
ALP Quick Auto Neo ALP-JS HLS
AMY Accuras Auto AMY-IF HLS
Ca Accuras Auto CA HLS
IP Determiner L IP II LST Hitachi Chemical Diagnostics Systems Co., LTD.
CRP N-assay LA CRP-T Nittobo Medical Co., LTD.
Dry reagents
Reagent Manufacturer
TP VITROS Slide TP Ortho Clinical Diagnostics, Inc.
ALB VITROS Slide ALB
GLU VITROS Slide GLU II
CRE VITROS Slide CREA II
ALT VITROS Slide ALT2
ALP VITROS Slide ALKPJ
AMY VITROS Slide AMYLJ
Ca VITROS Slide Ca II
IP VITROS Slide PHOS
CRP VITROS Slide CRP II

2) 測定原理

Table 2にウェット試薬とドライ試薬の測定原理を示す。

Table 2  Principle of measurement for wet and dry reagents
Wet reagent Dry reagent
TP Biuret method Biuret method
ALB Modified BCP method BCG method
GLU Enzymatic Method (hexokinase) Enzymatic Method (GOD-POD)
CRE Enzymatic Method (CRN-CR-SAO-POD) Enzymatic Method (CRN-CR-SAO-POD)
ALT JSCC reference method JSCC reference method
ALP JSCC reference method JSCC reference method
AMY JSCC (Et-pNP-G7) Dye-binding Amylopectin
Ca Enzymatic Method (PhD) Arsenazo III
IP Enzymatic Method (MP-βPMG-G6PDH) Molybdenum blue
CRP Latex Turbidimetric Immunoassay Enzymatic Heterogeneous Sandwich Immunoassay

5. 試薬保管条件

1) ウェット試薬

未開封の状態(TP: 57 mL, ALB: 60 mL, GLU: 72 mL, CRE: 77.6 mL, ALT: 77.6 mL, ALP: 74 mL, AMY: 74 mL, Ca: 85.7 mL, IP: 47 mL, CRP: 54 mL)でハードタイプの保冷剤(サイズ[mm]:W180 × D95 × H26)5個を入れた発砲スチロール製容器(保冷ボックス,内寸[mm]W290 × D240 × H182),25 ± 3℃(室温)および孵卵器(37℃)の3パターンで3日間保管した(Table 3)。その後,各ウェット試薬をそのままLST008に搭載,あるいはXT7600専用ボトルに移し替えたのちXT7600に搭載し使用した(Table 3)。

Table 3  Combination of on-board reagents for auto-analyzer
LST008 XT7600
Wet reagent Refrigerator(control)
Cool Box
Room Temperature
Incubator (37°C)
Dry reagent Refrigerator/Freezer(control)
Cool Box
Room Temperature
Incubator (37°C)

Used the wet reagent for LST008 in the open channel of XT7600 by replacing it with the reagent bottle for XT7600.

2) ドライ試薬

ウェット試薬と同様に,未開封の状態(TP,ALB:アルミ包装50枚入,GLU,CRE,ALT,ALP,AMY,Ca,IP:アルミ包装60枚入,CRP:アルミ包装18枚入り)で同様の条件下で保管後,XT7600に搭載し使用した(Table 3)。

6. キャリブレーション

1) 対照試薬

対照試薬は,各試薬の添付文書に応じた保管温度で管理された未開封の同一ロット試薬とし,測定時に開封してそれぞれの機器に搭載後,キャリブレーションを実施して使用した。

2) 3種の試薬保管後の設置試薬

試薬保管後の設置試薬は,災害による停電時ではキャリブレーターの性能が担保できないことを想定し,それぞれの対照試薬のファクターを用いて,試薬ブランク校正のみ行い各項目の測定を実施した。

7. 保冷ボックス庫内の温度管理

標準ハンディ白金温度計ピーティーサーモ(株式会社サーモポート)を用いて監視した。

8. 試薬保管温度による測定値への影響評価法

対照試薬と3種の保管温度条件で保管した試薬で10例の患者残血清を測定し,平均値,標準偏差(standard deviation; SD),最大値(maximum; Max)と最小値(minimum; Min)を算出した。評価方法として,3種の保管温度条件で保管した試薬による測定値の変動をそれぞれの対照試薬の測定値に対する相対変化量(平均相対%)として比較した。相対変化量が±5%以内を安定性ありと判定した。

III  結果

1. 保冷ボックス庫内の温度変化の検証

標準ハンディ白金温度計ピーティーサーモを用いて,保冷開始直後(0 h),8 h,24 h,32 h,48 h,56 h,72 h後の温度変化を監視した(Figure 1)。その結果,8 h後に最低温度の6.4℃となり,32 hまでは10℃未満であった。その後,時間経過とともに温度は緩やかに上昇し72 h後には20.9℃となった。

Figure 1 Temperature change in cool box

Temporal temperature change in a foam polystyrene container containing a cooling agent.

2. 試薬種・保管温度による測定値への影響

それぞれの対照試薬による測定値を基準とし,ウェット試薬/LST008,ウェット試薬/XT7600,ドライ試薬/XT7600の試薬安定性を評価した(Table 4, 5およびFigure 2, 3)。その結果,ウェット試薬/LST008は,37℃の試薬保管でCaが21.0%,IPが87.5%,CRP が92.5%と低下した。ウェット試薬/XT7600は,37℃の試薬保管でALTが93.7%,Caが4.3%,IPが94.8%,CRPが94.1%と低下した。ドライ試薬/XT7600は,37℃の試薬保管でAMYが92.7%と低下し,IPが107.8%と増加した。CRPは,室温で106.0%,37℃保管で210.8%と増加した。その他の項目については,試薬種および試薬保管条件に関わらず測定結果の変動幅は ±5%以内であった。

Table 4  Average, standard deviation, maximum and minimum value of 10 patients’ sera
Wet reagent/LST008 Wet reagent/XT7600 Dry reagent/XT7600
Refrigerator (control) Cool Box Room Temperature Incubator (37°C) Refrigerator (control) Cool Box Room Temperature Incubator (37°C) Refrigerator/Freezer (control) Cool Box Room Temperature Incubator (37°C)
TP Average 6.17 6.20 6.19 6.22 6.07 6.02 6.10 6.09 6.16 6.07 6.10 6.32
SD 1.59 1.60 1.59 1.60 1.57 1.61 1.56 1.62 1.68 1.68 1.67 1.74
Max 8.8 8.8 8.8 8.8 8.7 8.7 8.6 8.8 9.0 8.9 8.9 9.3
Min 3.5 3.5 3.5 3.5 3.4 3.2 3.4 3.4 3.4 3.4 3.4 3.5
ALB Average 3.64 3.66 3.64 3.65 3.66 3.67 3.61 3.69 3.81 3.79 3.84 3.87
SD 1.30 1.30 1.31 1.31 1.29 1.32 1.32 1.32 1.22 1.18 1.19 1.22
Max 5.1 5.0 5.1 5.0 5.1 5.1 5.0 5.1 5.1 5.1 5.1 5.2
Min 1.1 1.1 1.1 1.1 1.2 1.1 1.1 1.1 1.7 1.7 1.7 1.7
GLU Average 146.6 147.1 147.1 147.4 147.0 148.6 145.6 144.1 141.3 140.0 141.4 145.2
SD 79.1 79.4 80.0 80.1 81.8 80.6 81.8 80.5 74.7 73.7 74.4 76.8
Max 309 311 314 313 319 316 317 313 293 289 293 303
Min 50 51 50 51 50 51 48 49 48 47 49 51
CRE Average 4.195 4.189 4.233 4.184 4.110 4.039 4.074 3.978 4.222 4.267 4.267 4.194
SD 3.57 3.56 3.59 3.55 3.54 3.51 3.49 3.49 3.61 3.65 3.68 3.68
Max 10.50 10.49 10.57 10.43 10.29 10.08 10.03 10.03 10.40 10.47 10.56 10.55
Min 1.15 1.15 1.16 1.16 1.12 1.07 1.06 1.03 1.08 1.09 1.01 0.94
ALT Average 170.5 171.0 170.8 171.1 173.9 174.8 172.1 169.7 171.3 172.2 173.7 175.9
SD 206.3 206.6 206.6 206.4 212.9 215.3 211.3 210.7 204.6 207.7 211.7 211.0
Max 685 686 686 685 709 718 702 700 677 689 702 699
Min 11 11 11 11 12 11 11 9 12 12 12 13
ALP Average 1,082.1 1,080.2 1,081.0 1,045.6 1,113.1 1,093.8 1,102.9 1,095.3 933.6 932.5 933.0 946.6
SD 1,222.3 1,224.3 1,221.6 1,155.6 1,289.0 1,238.9 1,252.0 1,225.6 1,083.8 1,067.2 1,079.0 1,087.7
Max 3,935 3,937 3,925 3,682 4,195 3,992 4,028 3,938 3,570 3,513 3,549 3,576
Min 63 63 62 61 66 64 64 67 63 64 63 67
AMY Average 215.3 216.4 215.9 214.0 215.8 217.5 215.6 213.6 191.4 193.0 191.5 183.9
SD 155.6 156.6 156.1 154.1 157.0 157.2 157.8 154.9 114.2 114.3 114.2 117.0
Max 445 447 446 438 448 450 450 442 360 368 363 362
Min 44 44 43 44 43 41 42 42 54 56 54 43
Ca Average 9.33 9.30 9.07 1.96 9.64 9.55 9.24 0.4 > 9.32 9.66 9.74 9.52
SD 1.68 1.67 1.65 0.35 1.79 1.75 1.68 - 1.78 2.07 1.98 2.05
Max 12.6 12.6 12.3 2.7 12.9 13.0 12.6 0.4 > 12.5 13.5 13.8 12.9
Min 6.7 6.7 6.5 1.4 6.9 6.8 6.6 0.4 > 6.6 6.6 6.9 6.5
IP Average 4.77 4.80 4.80 4.16 4.59 4.59 4.67 4.31 5.03 5.11 5.10 5.44
SD 2.01 2.01 2.00 1.71 2.06 2.03 2.02 1.86 2.02 2.06 2.06 2.23
Max 7.8 7.8 7.8 6.6 7.7 7.6 7.5 7.0 8.1 8.2 8.2 8.8
Min 1.6 1.6 1.6 1.4 1.3 1.4 1.4 1.3 1.8 1.8 1.8 1.9
CRP Average 2.55 2.56 2.57 2.37 2.52 2.52 2.53 2.37 2.39 2.38 2.45 4.41
SD 2.68 2.69 2.68 2.52 2.52 2.51 2.53 2.38 2.40 2.37 2.38 4.45
Max 8.41 8.45 8.44 7.96 7.85 7.92 7.90 7.48 7.63 7.61 7.72 16.10
Min 0.58 0.59 0.60 0.54 0.65 0.64 0.64 0.59 0.56 0.69 0.70 1.72
Table 5  Relative average % of 10 patients’ sera
Wet reagent/LST008 Wet reagent/XT7600 Dry reagent/XT7600
Refrigerator (control) Cool Box Room Temperature Incubator (37°C) Refrigerator (control) Cool Box Room Temperature Incubator (37°C) Refrigerator/Freezer (control) Cool Box Room Temperature Incubator (37°C)
TP 100.0 100.4 100.4 100.8 100.0 99.0 100.6 100.2 100.0 98.5 99.0 102.6
ALB 100.0 100.7 99.9 100.2 100.0 99.7 97.9 100.5 100.0 99.7 101.1 101.7
GLU 100.0 100.3 100.2 100.4 100.0 101.6 98.7 97.8 100.0 99.1 100.3 103.0
CRE 100.0 99.9 101.2 100.0 100.0 97.4 99.1 95.2 100.0 101.0 100.2 97.2
ALT 100.0 100.1 100.0 100.2 100.0 100.0 97.6 93.7 100.0 100.4 100.2 103.8
ALP 100.0 99.6 99.4 97.6 100.0 98.9 99.3 100.3 100.0 101.0 99.9 102.9
AMY 100.0 100.5 100.3 99.8 100.0 101.5 99.4 99.1 100.0 101.2 99.8 92.7
Ca 100.0 99.8 97.3 21.0 100.0 99.1 95.9 4.3 100.0 103.3 104.4 101.8
IP 100.0 100.6 100.7 87.5 100.0 100.3 102.5 94.8 100.0 101.5 101.1 107.8
CRP 100.0 100.9 101.2 92.5 100.0 100.9 100.1 94.1 100.0 101.8 106.0 210.8

Gray columns indicate a variation of more than ±5%.

Figure 2 Impact on Ca measurement value under harsh environment conditions

Each Ca measurement value in 10 patient’s residual serum under harsh environment conditions. Control: Refrigerator (wet reagent/LST008 and wet reagent/XT7600), and freezer (dry reagent/XT7600). RT: Room temperature. 37°C: Incubator.

Figure 3 Impact on CRP measurements in harsh environment conditions

Each CRP measurement value in 10 patient’s residual serum under harsh environment conditions. Control: Refrigerator (wet reagent/LST008 and wet reagent/XT7600), and freezer (dry reagent/XT7600). RT: Room temperature. 37°C: Incubator.

IV  考察

我々はこれまでに,病院が被災した場合,生化学・免疫分析装置の稼働に水が確保できなかったことを問題点とした熊本大学医学部附属病院中央検査部からの報告2)を踏まえ,水供給の途絶に対応するべく様々な検討を実施し,無給水で分析が可能なXT7600の有用性を報告してきた3)~5)

今回,試薬保管温度による測定値への影響度を探るべく,3つの試薬保管条件下について検証した。

今回の検討では,保冷ボックスおよび室温における試薬安定性は,ウェット試薬およびドライ試薬の両者でほぼ同程度であった。一方で,Caは37℃の試薬保管による影響を強く示し,ウェット試薬/LST008で21.0%,ウェット試薬/XT7600で4.3%と著明に低下した。今回使用したCaウェット試薬は酵素法による測定原理を用いており,これに使用されているホスフォリパーゼD(phospholipase D; PLD)は,50℃以上で15分の加温により失活することが報告6)されているが,今回の検討では保管温度が37℃であるものの,ウェット試薬はLST008とXT7600ともに極端な低値となったことから,至適保管温度を超える長時間(3日間)の保管はPLD活性に大きく影響を及ぼし,PLDの失活を招くことが推察された。一方,ドライ試薬に用いられているアルセナゾIIIは安定した物質であり,Ca測定試薬についてはXT7600ドライ試薬が使用できる可能性を示した。

IPは37℃の試薬保管によりウェット試薬で低値傾向,ドライ試薬では高値傾向と一定の傾向は見られなかったが,測定原理の違いによるものと思われる。CRPについても同様に37℃の試薬保管によりウェット試薬で低値傾向,ドライ試薬では高値傾向となった。ウェット試薬における低値化の原因は不明であるが,ドライ試薬で明らかな高値となった要因として,ドライ試薬特有の測定プロセスが一因である可能性が考えられる。ドライ試薬によるCRPの測定は酵素免疫測定法に基づいており,ホースラディッシュペルオキシダーゼ(horseradish peroxidase; HRP)標識抗CRP抗体がゼラチンにより固相化されている。ドライ試薬で実施されるBound/Free分離は,イムノウォッシュ液(過酸化水素)を間欠的にスライドに連続分注することでフリーの抗体がリード領域から除去される。今回,37℃,3日間の暴露はゼラチンの変性を引き起こし,スライドのリード領域にフリーのHRP標識CRP抗体が残存したことによって異常な発色を検出した可能性が推察された。

ALTは,37℃の試薬保管でウェット試薬/XT7600のみ低値となった。反応系で用いられるNADHは熱‍による影響を受けにくいとの報告7)がある一方で,37℃でNADHの劣化と共役酵素(lactate dehydrogenase; LDH)活性の失活について報告されている8)。したがって,ウェット試薬/XT7600におけるALT測定値への影響は,37℃3日間の試薬保管中にNADHの劣化もしくはLDH活性の失活によるものであることが推察される。しかし,ウェット試薬/XT7600のみALTが低下しており,オープンチャンネル搭載用に設定したパラメーター,試薬添加比や機器間差等による影響も考えられ,再検証も含めた更なる検討が必要である。

AMYについては,37℃の試薬保管でドライ試薬のみ低値となった。この要因としては,基質の差(ウェット試薬:4,6-エチリデン-p-ニトロフェニル-α-マルトヘプタオシド,ドライ試薬:色素結合アミロペクチン)が結果的に安定性の差を呈した可能性が推察された。

今回の検証結果から,保冷剤を用いた保冷ボックスによる試薬保管は,72時間後でも20℃前後までの温度上昇に抑えることができ,すべての検討試薬で測定値への影響を認めなかった。今後更なる検証が必要ではあるものの,停電時では緊急の運用として保冷ボックスによる保管は有効であることが示唆された。

V  結語

3日間停電かつ水が補給できない災害時を想定した場合,保冷ボックスによる試薬保管が有用であり,ウェット試薬とドライ試薬によるハイブリット運用が可能なXT7600は被災後の検査体制再構築の一翼を担える分析装置になりうると考えられる。

COI開示

本論文に関連し,開示すべきCOI 状態にある企業等はありません。

文献
 
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