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Fachgebiet
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Diese
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung einer bioaktiven
Komponente in einer biologischen Probe durch eine Untersuchung mit
Hilfe eines Antikörpers,
eines Bindeproteins oder eines Rezeptors.
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Stand der Technik
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Viele
bioaktive Komponenten wie Wachstumsfaktoren, Hormone, Vitamine und
Medikamente sind an Bindeproteine gebunden, so dass deren Effekte
und metabolische Geschwindigkeiten in vivo gesteuert werden. Im
Falle der Untersuchung bioaktiver Komponenten durch Untersuchung
mit Hilfe von Antikörpern,
Bindeproteinen oder Rezeptoren beeinflussen diese ebenfalls vorkommenden
Bindeproteine häufig
die Untersuchungsergebnisse.
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Im
Falle der Koexistenz einer zu untersuchende Substanz in einer biologischen
Probe mit einem Bindeprotein war es üblich, verschiedene Vorbehandlungen
durchzuführen,
um die Effekte des Bindeproteins auf die Untersuchung zu eliminieren.
Zum Beispiel im Falle des Insulin-ähnlichen Wachstumsfaktors 1
(IGF-I) kann das „Säure-Ethanol
Verfahren" als das
derzeit am häufigsten
verwendete Verfahren zitiert werden (Daughaday, W. H. (1980), Journal
of Clinical Endocrinology and Metabolism Bd. 51: S. 781–788). Dieses
Verfahren macht Gebrauch von dem Phänomen, dass, wenn eine biologische
Probe mit einer Mischung aus Salzsäure und Ethanol behandelt wird,
Bindeproteine, die bei sauren Bedingungen IGF-I freisetzen, in der
Ethanolatmosphäre
unlöslich
werden und daher leicht durch Zentrifugation aus der Probe entfernt
werden können.
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Falls
die Zentrifugation im Säure-Ethanol-Verfahren
weggelassen wird, wird jedoch die Bindungsaktivität des Bindeproteins
gegenüber
IGF-I am Neutralisationspunkt wieder hergestellt und beeinflusst
so die Untersuchungsergebnisse. Um dieses Problem zu überwinden,
beschreibt JP-A-8-145998
ein Verfahren, bei dem ein Wiederbindungsinhibitor einem Neutralisationspuffer,
der nach der Säurebehandlung
verwendet werden soll, zugegeben wird (der Begriff „JP-A", wie hier verwendet,
meint eine „ungeprüfte veröffentlichte
japanische Patentanmeldung").
Da angenommen wird, dass bei diesem Verfahren das gesamte IGF-I
in der neutralisierten biologischen Probenlösung in der freien Form vorkommt,
werden die Untersuchungsergebnisse durch die ebenfalls vorkommenden
Bindeproteine nicht beeinflusst. Als Wiederbindungsinhibitor wird
8-Anilino-1-naphthalinsulfonsäuresalz
(ANS) und dergleichen verwendet.
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ANS,
das lange Zeit verwendet wurde, um Schilddrüsenhormon von Bindeproteinen
freizusetzen, ist mit einigen Problemen wie Instabilität gegenüber Licht
und atmosphärischer
Oxidation behaftet und weist starke Toxizität auf. Außerdem wird darauf hingewiesen,
dass ANS manchmal Immunreaktionen beeinflusst, was die Verwendung
von ANS bei der Untersuchung biologischer Proben einschränkt.
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Als
Verfahren zur Elimination der Wirkungen von Bindeproteinen, die
in Proben enthalten sind, schlägt die
Japanische Patentanmeldung Nr. 1,940,596 ein Verfahren vor, bei
dem bei der Analyse von Vitamin B12 eine
Thiolgruppe in Bindeproteine eingebracht wird, um die Bindungsaktivität gegenüber Vitamin
B12 zu inaktivieren, während das Japanische Patent
Nr. 2,023,927 ein Verfahren vorschlägt, bei dem Bindeproteine durch Verwendung
von Peroxysäure
denaturiert werden. Allerdings sollten denaturierende Mittel bei
diesen bekannten Verfahren im Überschuss
zugegeben werden und es ist daher notwendig, die überschüssigen denaturierenden
Mittel nach Abschluss der Denaturierung der Bindeproteine zu inaktivieren.
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Es
ist ein Verfahren zur Untersuchung von IGF-I durch Zugeben von IGF-II
zu einer Probe im Überschuss
bekannt. Da IGF-II alle Bindungsstellen von Bindeproteinen blockiert,
wird IGF-I, das somit verdrängt und
freigesetzt wird, bei diesem Verfahren immunologisch untersucht
(Blum, W. F. (1988) Acta Endocrinologica Bd. 118: S. 374–380). Bei
diesem Verfahren ist es notwendig, Antikörper zu verwenden, die keine
Kreuzreaktivität
mit IGF-II aufweisen. Da IGF-I strukturell sehr ähnlich mit IGF-II ist, ist
es sehr schwierig, Antikörper
zu erhalten, die nie durch die überschüssige Zugabe
von IGF-II bei der Vorbehandlung beeinflusst werden. Obwohl JP-A-6-102275
ein ähnliches
Verfahren zur Untersuchung eines Steroidhormons beschreibt, ist
dieses Verfahren mit einigen Problemen behaftet, so dass ein hierfür verwendbares
Untersuchungssystem beschränkt
ist und sehr viel Geld kostet.
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Um
die Wirkungen von ebenfalls vorkommenden Bindeproteinen in biologischen
Proben zu eliminieren, ist es normalerweise nötig, teure Reagenzien oder
stark toxische Reagenzien zu Vorbehandlungsmitteln, Neutralisierungsmitteln
oder Untersuchungspuffern zuzugeben oder schwierige Verfahren oder
spezielle Instrumente zu verwenden, wie vorstehend beschrieben.
Daher war es nötig,
diese Probleme, auf die man bei den bestehenden Verfahren trifft,
zu lösen.
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Offenbahrung der Erfindung
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Bei
der Erfindung wurde herausgefunden, dass, wenn ein spezifisches
Vorbehandlungsmittel in einer Menge, welche die Aktivität der zu
untersuchenden Substanz nicht beeinflusst, einer Probe zugegeben
wird, ausschließlich
Bindeproteine inaktiviert werden und die so erhaltene Mischung direkt
der Untersuchung unterzogen werden kann.
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Das
heißt,
wenn eine biologische Probe einem grenzflächenaktiven Mittel und/oder
einem Alkalimittel ausgesetzt wird, werden die Bindeproteine von
einer zu untersuchenden Substanz freigesetzt und gleichzeitig irreversibel
denaturiert. Die so vorbehandelte Probe kann neutralisiert oder
verdünnt
werden, so dass der pH-Wert einen für die Untersuchung geeigneten
Wert erreicht, während
weder die Neutralisierung einer funktionellen Gruppe eines Denaturierungsmittels
noch die Zugabe irgendeines speziellen Materials, das die zu untersuchende
Substanz vor erneuter Bindung an das Bindeprotein bewahrt, nötig sind.
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Alternativ
kann die vorbehandelte Probe der Untersuchung als solche unterzogen
werden.
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Kurzbeschreibung der Abbildungen
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1 zeigt
eine Eichkurve der gebundenen Radioaktivität der in Beispiel 1 erhaltenen
IGF-I-Standards.
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2 zeigt
eine Eichkurve der gebundenen Radioaktivität der in Beispiel 3 erhaltenen
IGF-I-Standards.
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Beste Methode
zur Durchführung
der Erfindung
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Der
Begriff „Bindeproteine", wie hier verwendet,
meint ohne Einschränkung
sämtliche
Proteine, die in der Lage sind, an die zu untersuchende bioaktive
Komponente zu binden. Beispiele der Bindeproteine schließen Insulin-ähnliche
Wachstums-faktor-Bindeproteine, Wachstumshormon Bindeproteine, Insulinantikörper und
Schilddrüsenhormon
Bindeproteine ein.
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Die
Erfindung stellt ein Untersuchungssystem bereit womit Wachstumsfaktoren
(insbesondere Insulin-ähnlicher
Wachstumsfaktor 1 und Insulin-ähnlicher
Wachstumsfaktor 2), Hormone, Vitamine, Medikamente, Aminosäuren, Aminosäuremetabolite,
Peptide oder Proteine, die in biologischen Proben, verkörpert durch
Körperflüssigkeiten
wie Serum, Plasma oder Urin, enthalten sind, vorbehandelt werden
können,
ohne die Genauigkeit des Untersuchungssystems zu verschlechtern
und ohne von irgendwelchen schwierigen Verfahren oder speziellen
und hochgefährlichen
Reagenzien Gebrauch zu machen.
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In
der Erfindung werden ein grenzflächenaktives
Mittel und/oder ein Alkalimittel als Vorbehandlungsmittel verwendet.
Das Vorbehandlungsmittel wird normalerweise als wässriges
Medium eingesetzt. Falls zwei oder mehr Komponenten verwendet werden,
können
diese Komponenten entweder als getrennte Flüssigkeiten oder als Mischung
eingesetzt werden, obwohl letzteres in der Praxis bevorzugt wird.
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Als
grenzflächenaktives
Mittel kann ein anionisches grenzflächenaktives Mittel, ein kationisches grenzflächenaktives
Mittel, ein nichtionisches grenzflächenaktives Mittel oder ein
amphoteres grenzflächenaktives
Mittel verwendet werden. Es wird bevorzugt, ein anionisches grenzflächenaktives
Mittel zu verwenden.
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Beispiele
für das
anionische grenzflächenaktive
Mittel schließen
Alkylbenzolsulfonate und Natriumdodecylsulfat (nachfolgend einfach
als SDS bezeichnet) ein. Beispiele für das kationische grenzflächenaktive
Mittel schließen
Dodecyltrimethylammoniumchlorid und Didodecyldimethylammoniumchlorid
ein. Beispiele für das
nichtionische grenzflächenaktive
Mittel schließen
Alkylpolyoxyethylenether, Alkylpolyoxyethylenphenole und Polyoxyethylensorbitanalkylester
(Tween) ein. Beispiele für
das amphotere grenzflächenaktive
Mittel schließen
Alkyltrimethylammoniumsalze ein.
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In
der Erfindung wird bevorzugt, ein anionisches grenzflächenaktives
Mittel zu verwenden, vorzugsweise SDS.
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Die
Konzentration des grenzflächenaktiven
Mittels im Vorbehandlungsmittel reicht zum Beispiel von 0,01 bis
5 Gew.-%, vorzugsweise von 0,05 bis 1 Gew.-%, obwohl es günstig ist,
die optimale Konzentration, abhängig
vom Untersuchungsgegenstand und dem eingesetzten grenzflächenaktiven
Mittel, zu bestimmen.
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Andererseits
schließen
Beispiele für
das Alkalimittel Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid und Ammoniak ein.
Natriumhydroxid wird besonders bevorzugt. Die Konzentration des
Alkalimittels im Vorbehandlungsmittel reicht normalerweise von 0,001
bis 1 Gew-%.
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Das
Vorbehandlungsmittel kann außerdem
verschiedene Komponenten enthalten (ein Denaturierungsmittel, ein
Freisetzungsmittel etc.), zum Beispiel einen niederen aliphatischen
Alkohol. Beispiele für
diesen Alkohol schließen
Methanol, Ethanol, Isopropanol und Butanol ein. Von allen ist Ethanol
der günstigste. Es
ist wünschenswert,
dass der Alkohol in einer Menge von 25 bis 35 Gew.-% basierend auf
dem gesamten Vorbehandlungsmittel eingesetzt wird.
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Wie
vorstehend beschrieben, können
die Wirkungen von Bindeproteinen in einer biologischen Probe durch
Mischen des Vorbehandlungsmittels mit der biologischen Probe kontrolliert
werden. Bei dieser Vorbehandlung kann eine ausreichende Wirkung
durch Rühren
normalerweise bei etwa Zimmertemperatur (zum Beispiel von 10 bis
40°C) erreicht
werden.
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Bei
dieser Mischbehandlung wird das grenzflächenaktive Mittel der biologischen
Probe in einer Menge von normalerweise 0,01 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise
von 0,05 bis 1 Gew.-%, basierend auf der biologischen Probe, zugegeben.
Andererseits wird das Alkalimittel der biologischen Probe in einer
Menge von normalerweise 0,001 bis 1 Gew.-%, vorzugsweise von 0,01
bis 0,5 Gew.-% ausgehend von der biologischen Probe, zugegeben.
Die Menge eines derartigen Alkalimittels kann passend gesteuert
werden; das heißt,
es kann im Falle der Verwendung zusammen mit dem grenzflächenaktiven
Mittel in einer geringeren Menge verwendet werden und bei alleiniger
Verwendung in einer größeren Menge.
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In
der Erfindung kann der unerwünschte
Effekt der Bindeproteine in der biologischen Probe durch die vorstehend
beschriebene Vorbehandlung eliminiert werden. Nachfolgend wird die
flüssige
Mischung der Untersuchung der bioaktiven Komponente durch Verwendung
eines allseits bekannten Untersuchungsverfahrens zugeführt. Das
Untersuchungsverfahren ist nicht besonders beschränkt, solange
die zu untersuchende bioaktive Komponente dadurch untersucht werden
kann. Beispiele für
das Untersuchungsverfahren schließen das Kompetitionsverfahren
und das Sandwich-Verfahren ein. In dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird die vorstehend beschriebene flüssige Mischung nicht einigen
speziellen Verfahren unterzogen (Fest/Flüssigseparation, Extraktion
etc.), sondern bei der Untersuchung als solche verwendet.
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Im
Kompetitionsverfahren oder im Sandwich-Verfahren kann ein Antikörper, ein
Bindeprotein oder ein Rezeptor verwendet werden. Beispiele dieser
Verfahren schließen
ein Immuntest-Verfahren unter Verwendung einer radioaktiven Substanz,
eines Enzyms, einer fluoreszierenden Substanz oder eines chemischen
lumineszierenden Substrats als Marker und ein Agglutionationstest-Verfahren
mit Verwendung von Latex, magnetischem Latex oder einem fluoreszenzmarkierten
Latex ein.
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Die
Erfindung schließt
außerdem
Untersuchungskits ein. Beispiele für diesen Kit ausmachende Reagenzien
schließen
mindestens die folgenden Komponenten ein. Zum Beispiel enthält ein Kit
zur Untersuchung von Insulin-ähnlichen
Wachstumsfaktor (IGF):
im Falle des Sandwich-Verfahrens, z.B.:
- a) eine Vorbehandlungsflüssigkeit, die ein grenzflächenaktives
Mittel enthält;
- b) einen markierten anti-IGF-Antikörper und
- c) einen Festphasen-anti-IGF Antikörper;
im Falle des
Kompetitionsverfahrens, z.B.: - a) eine Vorbehandlungsflüssigkeit,
die ein grenzflächenaktives
Mittel enthält;
- b) einen markierten IGF und
- c) einen anti-IGF-Antikörper;
im
Falle des Agglutinationsverfahrens unter Verwendung eines Latex,
z.B.: - a) eine Vorbehandlungsflüssigkeit,
die ein grenzflächenaktives
Mittel enthält;
- b) einen Latex, an den IGF fixiert ist, und
- c) einen anti-IGF-Antikörper
und
im Falle des Sandwichverfahrens unter Verwendung eines
fluoreszenzmarkierten Latex z.B.:
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- a) eine Vorbehandlungsflüssigkeit, die ein grenzflächenaktives
Mittel enthält;
- b) einen fluoreszenz-(Europium)-markierten Latex, an dem ein
anti-IGF-Antikörper fixiert
ist; und
- c) einen magnetischen Latex; an dem ein anti-IGF-Antikörper fixiert
ist.
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Nun
wird die Erfindung anhand der folgenden Beispiele beschrieben. Es
versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht als hierauf beschränkt ausgelegt
ist.
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Beispiel 1
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(Untersuchung von Insulin-ähnlichem
Wachstumsfaktor 1 (IGF-I) unter Verwendung eines grenzflächenaktiven Mittels)
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a) Herstellung der Vorbehandlungsflüssigkeit
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- (1) 0,15% SDS wurde hergestellt.
- (2) Eine Säure-Ethanol
Vergleichslösung,
die 0,1 M HCl und 90% Ethanol enthielt, wurde hergestellt, was eine
Vorbehandlungsflüssigkeit
ergab.
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b) Herstellung von Antikörper-Kügelchen
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Ein
monoclonaler anti-IGF-I-Antikörper
wurde unter alkalischen Bedingungen an Polystyrolkügelchen adsorbiert
und der Untersuchung unterzogen.
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c) Herstellung des Tracers
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Anhand
des Chloramin-T-Verfahrens wurde Jod125 in
einen monoclonalen Antikörper
eingebaut, der in der Lage war, ein Sandwich gegen IFG-I zusammen
mit dem Antikörper,
wie vorstehend unter b) beschrieben, zu bilden. Der so erhaltene
Tracer wurde mit dem nachstehend spezifizierten Phosphatpuffer,
der Rinderserumalbumin etc. enthielt, verdünnt und der Untersuchung unterzogen:
0,1
M Natriumphosphatpuffer (pH 7,4)
0,15 M Natriumchlorid,
10
mM Dinatriumedetat,
0,1% Rinderserumalbumin,
0,1% Tween
20 (grenzflächenaktives
Mittel) und
0,02% Natriumazid.
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d) Herstellung von IGF-I
Standards
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IGF-1,
erhalten von Toyobo Co., Ltd, wurde mit dem gleichen Phosphatpuffer,
der Rinderserumalbumin etc., wie vorstehend beschrieben, enthielt,
verdünnt,
um Konzentrationen von 0,3 bis 100 ng/ml zu erhalten.
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e) Gewinnung menschlicher
Serumproben
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Gesunden
Spendern wurden Blutproben entnommen. Nach der Separation wurden
die Serumproben schnell eingefroren und bis zur Verwendung gelagert.
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f) Vorbehandlung von Proben
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25 μl einer menschlichen
Serumprobe wurden in ein Teströhrchen überführt und
hierzu wurden 500 μl der
vorstehend unter (1) oder (2) beschriebenen Vorbehandlungsflüssigkeit
gegeben. Im Falle der Vorbehandlungsflüssigkeit aus vorstehend (1)
wurde die Probe gerührt
und dann sofort der Untersuchung unterzogen. Im Falle des Säure-Ethanol
Extraktes aus vorstehend (2) wurde die Probe gerührt und dann zentrifugiert
und der Überstand
wurde der Untersuchung unterzogen.
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g) Immuntest
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Portionen á 25 μl der IGF-I-Standards
und der vorbehandelten Proben wurden jeweils in Teströhrchen überführt
und es wurden je 300 μl
Tracerlösung
zugegeben. Nach dem Mischen wurde ein Antikörperkügelchen in jedes Teströhrchen gegeben.
Nach Rühren
bei Zimmertemperatur für
2 Stunden wurde das Kügelchen zweimal
mit jeweils 3 ml gereinigtem Wasser gewaschen. Dann wurde die an
das Antikörperkügelchen
gebundene Radioaktivität
mit einem γ-Zähler gemessen.
Basierend auf den Mengen gebundener Radioaktivität von IGF-I-Standards in 7
Konzentrationen wurde eine Eichkurve erstellt (Tabelle 1 und
1). Tabelle
1
Gesamtradioaktivität (T): 182539 ZpM.
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Im
Falle jedes anderen Standards als NSB wird die Menge gebundener
Radioaktivität
(B) durch den Wert ausgedrückt,
der durch Subtraktion der Menge gebundener Radioaktivität von NSB
(236 ZpM).
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Die
IGF-I Konzentration in jeder vorbehandelten Probe wurde aus der
Standardkurve bestimmt und die Menge gebundener Radioaktivität der vorbehandelten
Probe und die IGF-I Konzentration in der unbehandelten Probe wurden
durch Multiplikation der Konzentration der vorbehandelten Probe
mit 21 bestimmt. Tabelle 2 zeigt die Ergebnisse.
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Beispiel 2
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(Untersuchung von Insulin-ähnlichem
Wachstumsfaktor 1 (IGF-I) unter Verwendung eines grenzflächenaktiven Mittels)
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Wie
in Beispiel 1 wurden die IGF-I Konzentrationen in Proben gemessen
und durch Verwendung von (1) einer Mischung aus 0,1 M HCl mit 90%
Ethanol und (2) einer Mischung aus 0,18% SDS, 1 mM NaOH und 30%
Ethanol als Vorbehandlungslösungen
verglichen. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse.
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Verglichen
mit (1) (0,1 M HCl + 90% Ethanol) konnte (2) (1 mM NaOH + 0,18%
SDS + 30% Ethanol) die Leistung verbessern.
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Beispiel 3
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(Untersuchung von Insulin-ähnlichem
Wachstumsfaktor 1 (IGF-I) unter Verwendung eines Alkalimittels)
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a) Herstellung von Vorbehandlungslösung
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- (1) Eine wässrige
50 mM Natriumhydrochlorid-Lösung
wurde hergestellt.
- (2) Eine Säure-Ethanol
Kontrolllösung
wurde durch Zugabe von 9 Volumenanteilen Ethanol zu 1 Volumenanteil
1 N Salzsäure
hergestellt, was eine Vorbehandlungsflüssigkeit ergab.
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Nachfolgend
wurde wie in Beispiel 1 b) die Präparation von Antikörperkügelchen,
c) die Herstellung von Tracer, d) die Herstellung von IGF-I-Standards, e) die
Gewinnung von menschlichen Serumproben und f) die Vorbehandlung
der Proben durchgeführt.
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g) Immuntest
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Portionen á 25 μl des IGF-I-Standards
und der vorbehandelten Proben wurden jeweils in Teströhrchen überführt und
es wurden je 300 μl
der Tracerlösung
zugegeben. Nach dem Mischen wurde ein Antikörperkügelchen in jedes Teströhrchen gegeben.
Nach Rühren
bei Zimmertemperatur für
2 Stunden wurde das Kügelchen
zweimal mit jeweils 3 ml gereinigtem Wasser gewaschen. Dann wurde
die an das Antikörperkügelchen gebundene
Radioaktivität
mit einem γ-Zähler gemessen.
Basierend auf den Mengen gebundener Radioaktivität von IGF-I-Standards in 7 Konzentrationen wurde
eine Eichkurve erstellt (Tabelle 4 und
2). Tabelle
4
Gesamtradioaktivität (T): 193207 ZpM.
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Im
Falle jedes anderen Standards als NSB wird die Menge gebundener
Radioaktivität
(B) durch den Wert ausgedrückt,
der durch Subtraktion der Menge gebundener Radioaktivität von NSB
(270 ZpM) errechnet wird.
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Die
IGF-I Konzentration in jeder vorbehandelten Probe wurde aus der
Standardkurve bestimmt und die Menge gebundener Radioaktivität der vorbehandelten
Probe und die IGF-I-Konzentration in der unbehandelten Probe wurden
durch Multiplikation der Konzentration der vorbehandelten Probe
mit 21 bestimmt. Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse.
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Beispiel 4
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(Untersuchung von Insulin-ähnlichem
Wachstumsfaktor 1 (IGF-I) unter Verwendung eines Alkalimittels und Ethanol)
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Wie
in Beispiel 3 wurden die IFG-I Konzentrationen in Proben durch Verwendung
von (2) einer 50 mM NaOH-Lösung
allein und (3) einer Mischung aus 5 mM NaOH mit 30% Ethanol und
(1) einer Mischung aus 0,1 M HCl mit 90% Ethanol als Kontrolle als
Vorbehandlungslösungen
gemessen und verglichen. Tabelle 6 zeigt die Ergebnisse.
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Verglichen
mit der Verwendung von 50 mM NaOH allein wurde im Falle der kombinierten
Verwendung die NaOH Konzentration auf 5 mM gesenkt. So kann die
Lagerungsstabilität
der Proben nach der Vorbehandlung verbessert werden und das Risiko,
dass Arbeiter einer hochkonzentrierten Alkalilösung ausgesetzt sind, kann
vermindert werden.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Gemäß der Erfindung
wird ein grenzflächenaktives
Mittel bei der Vorbehandlung in einer solchen Konzentration verwendet,
dass ebenfalls vorkommende Bindeproteine exklusiv inaktiviert werden,
ohne dass die Aktivität
einer zu untersuchenden Substanz zerstört wird. Daher kann die Konzentration
der zu untersuchenden Substanz in einer biologischen Probe genau
bestimmt werden, ohne dass auf teure Reagenzien, stark toxische
Reagenzien, schwierige Verfahren oder spezielle Instrumente zurückgegriffen
werden muss.