Les cinq dernières années ont vu l’adoption généralisée des diagnostics moléculaires et à flux latéral au point de service. Pour relever les défis causés par la pandémie, des milliers de produits de diagnostic sont entrés sur le marché, ouvrant finalement la voie à une feuille de route de développement accélérée.

De nos jours, les entrepreneurs qui souhaitent développer des diagnostics à flux latéral ou moléculaire peuvent simplement trouver une société de développement spécialisée qui utilise des systèmes prêts à l'emploi et des outils sophistiqués prêts à l'emploi (OTS) pour développer et commercialiser un produit en un temps record.

Bien que ces solutions toutes faites existent pour les tests moléculaires et à flux latéral, il n'existe pas encore de feuilles de route accélérées pour les tests immunologiques hématologiques et quantitatifs (par exemple, panel CBC, biocapteurs électrochimiques, ELISA, etc.). Ces tests immunologiques reposent généralement sur une quantification précise de biomarqueurs non TAAN (par exemple protéines, cytokines, petites molécules, etc.), tandis que les tests hématologiques reposent sur l'évaluation, l'identification et/ou la quantification de cellules individuelles pour parvenir à un diagnostic clinique. Ce sont précisément ces types de tests qui offriront les opportunités les plus prometteuses pour les futurs produits échantillon-réponse qui génèrent des informations plus rapides pour une meilleure prise de décision clinique.

Pour aider à ouvrir la voie à une feuille de route de développement accéléré pour les tests immunologiques hématologiques et quantitatifs, notre équipe a conçu un modèle prêt à l'emploi. application système de preuve de concept. Ce blog explique comment ce système peut aider à accélérer et à réduire les risques de développement de produits de manière similaire à ce qui est fait pour les analyses à flux latéral et moléculaires.

L’élaboration d’un diagnostic au point d’intervention est avant tout une question d’expérimentation et de collecte de données.

À un niveau élevé, le développement réussi de diagnostics au point d'intervention nécessite de réaliser un test analytique dans un environnement étroitement contrôlé (par exemple, un laboratoire central) et de l'exécuter avec succès et de manière robuste dans un environnement moins étroitement contrôlé (par exemple, un laboratoire central). ). En dehors du laboratoire, le produit sur le lieu d’intervention doit contrôler l’impact d’une variabilité accrue. Sinon, cela peut nuire à la robustesse et aux performances analytiques. Les facteurs individuels de variabilité incluent les variations du flux de travail, la formation des utilisateurs, les conditions de stockage, l'âge du consommable, la température et l'humidité, les variations d'un lot de réactif à l'autre, la qualité de l'échantillon, etc.

Lors de la conception et du développement du produit, l’impact des facteurs individuels doit être évalué. Cela ne peut se faire que grâce à une expérimentation pratique. Les données de ces expériences alimentent ensuite les décisions de conception. C’est là que les développeurs se retrouvent dans une sorte d’énigme, car idéalement, il faudrait commencer les tests immédiatement ; Comment un développeur pourrait-il commencer à tester sans avoir un système de preuve de concept en main ? Et comment concevoir et construire un système de validation de principe applicable sans une bonne compréhension des exigences de contrôle de la variabilité des résultats ?

Comment un système de preuve de concept modulaire prêt à l’emploi peut-il accélérer le développement ?

L’exploitation des composants disponibles dans le commerce (OTS) permet de relever une partie de ce défi. En particulier, des paramètres tels que « la variabilité d'un lot de réactif à l'autre » ou la « variabilité due à la qualité des échantillons » peuvent être étudiés à l'aide de tests de laboratoire traditionnels et de composants OTS. Cependant, la variabilité résultant des variations du flux de travail (par exemple « comment les réactifs sont mélangés » ou « combien de temps les réactifs sont incubés », etc.) ne peut souvent être traitée et contrôlée que par l'automatisation du test. L'automatisation d'un test est généralement réalisée par une certaine forme de manipulation contrôlée de liquides à l'intérieur d'un consommable à usage unique. Les consommables gèrent l'échantillon et le flux de réactifs humides et secs tandis qu'un instrument multi-usage est utilisé pour l'analyse des données.

La création d'un système de validation de principe personnalisé qui automatise le flux de travail peut prendre beaucoup de temps. C'est pourquoi les analyses à flux latéral et les analyses moléculaires sont souvent transférées sur des systèmes préexistants pour accélérer le développement. Les tests immunologiques quantitatifs et les tests hématologiques nécessitent souvent plus de personnalisation que les tests à flux latéral et les tests moléculaires. C'est pourquoi il existe un nombre limité de solutions prêtes à l'emploi et pourquoi nous avons conçu un modèle prêt à l'emploi. application système de preuve de concept (Figure 1). En utilisant ce système modulaire, nous pouvons accélérer les tests avec des outils dont l'efficacité a déjà été démontrée sans modifications importantes du consommable et de l'instrument.

Figure 1. Système modulaire de preuve de concept en tant que premier prototype pour les tests immunologiques quantitatifs et les diagnostics hématologiques. En fonction des exigences du test, les modules peuvent être inclus ou exclus sans personnalisation approfondie.

Comment cela accélère-t-il le développement dans un exemple concret ? Disons qu'un client envisage de développer un diagnostic sur le lieu d'intervention capable de quantifier un biomarqueur dans le sang. Nous aimons commencer l'expérimentation le plus tôt possible pour comprendre la variabilité et démontrer la faisabilité technique du concept de produit. Cela nécessite de créer un système de validation de principe que nous pouvons utiliser dans des expériences. Cependant, nous aimerions également reporter la conception de produits personnalisés, coûteuses et fastidieuses, jusqu'à ce que la faisabilité technique ait été démontrée. Grâce à notre système modulaire, nous pouvons rapidement transférer le test sur une cartouche microfluidique personnalisable qui contrôle la manipulation des fluides tout en utilisant un instrument de preuve de concept prêt à l'emploi pour analyser le test.

Cela signifie effectivement que nous automatisons immédiatement le flux de travail et commençons les tests immédiatement, au lieu de commencer par un travail de conception personnalisé coûteux et long. Bien entendu, tirer parti de notre système de preuve de concept modulaire prêt à l’emploi ne signifie pas que le produit est dans sa forme finale. Mais cette approche aide les clients à réaliser la faisabilité technique de la manière la plus rentable et la plus rapide possible. Ce n'est qu'une fois la faisabilité technique démontrée que nous nous lançons dans le travail de conception pour arriver à un produit de diagnostic personnalisé dans une configuration plus finale.

Que peut faire exactement le système modulaire ?

Le système modulaire se compose d'un consommable et d'un instrument. Pour s'adapter à la plupart des tests immunologiques et hématologiques, le consommable modulaire peut contrôler jusqu'à 4 réactifs secs et/ou humides (voir Figure 2). Ces réactifs peuvent être mélangés, incubés, reconstitués, chauffés/refroidis et combinés avec une manipulation automatisée des échantillons. Si nécessaire, l'échantillon peut subir une préparation dans un module séparé (par exemple lyse, purification, filtration, etc.) pour offrir une flexibilité maximale.

Figure 2. Consommable modulaire prêt à l'emploi qui peut accepter un échantillon, automatiser la manipulation des fluides et peut être personnalisé pour exécuter une variété de tests différents pour des tests de faisabilité précoces.

Les bulles peuvent être éliminées des canaux fluidiques au moyen d'un piège à bulles. Chaque canal fluidique peut être ouvert ou fermé, permettant une flexibilité sans qu'il soit nécessaire de reconcevoir la cartouche. Une chambre de réaction modulaire séparée à usage unique fait partie de la cartouche. Cette chambre de réaction peut glisser dans le boîtier du consommable et peut inclure diverses modalités (par exemple biocapteur électrochimique, ELISA, chambres optiques pour évaluer les cellules individuelles, etc.).

La cartouche entière s'insère dans un instrument de validation de principe qui actionne les fluides et effectue une analyse électrique ou optique. Le système communique les données à un ordinateur distinct exécutant le logiciel OTS pour analyse. La personnalisation de l'analyse logicielle et/ou du développement d'algorithmes peut être appliquée selon les besoins. Grâce à ce système modulaire, nous pouvons commencer les tests presque immédiatement tout en contrôlant le flux de travail et en offrant la possibilité d'optimiser les composants individuels (par exemple le biocapteur électrochimique, le module de préparation des échantillons et/ou le réglage fin de l'analyse des données, etc.).

Conclusion

La plate-forme de diagnostic modulaire de validation de principe facilite un développement intelligent, rapide et rentable tout en permettant la personnalisation une fois la plupart des risques techniques éliminés. Les outils modulaires sont incroyablement utiles pour accélérer les programmes de développement et éliminer rapidement les risques techniques. L'approche décrite dans ce blog donne la priorité à une réduction précoce des risques techniques sans dépenses excessives tout en aboutissant à des diagnostics personnalisés et bien conçus, prêts à être commercialisés et répondant à un besoin défini du marché. Il sera passionnant de voir davantage de produits de diagnostic au point d’intervention mis sur le marché en utilisant cette approche.

Image : Étoile de mer médicale

Joris van der Heijden est responsable du programme Bio Services chez StarFish Médical. Auparavant, il était directeur de la R&D chez Spartan Bioscience, où il a dirigé le développement d'un test de diagnostic COVID-19 au point de service. Joris a obtenu son doctorat en maladies infectieuses de l'UBC.

 

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• La source: https://starfishmedical.com/blog/modular-rapid-prototyping/