De afgelopen vijf jaar is er sprake geweest van mainstream adoptie van moleculaire en laterale flow point-of-care diagnostiek. Om de uitdagingen veroorzaakt door de pandemie te bestrijden, kwamen duizenden diagnostische producten op de markt, wat uiteindelijk de weg vrijmaakte voor een versnelde ontwikkelingsroutekaart.

Tegenwoordig kunnen ondernemers die laterale flow- of moleculaire diagnostiek willen ontwikkelen eenvoudigweg een gespecialiseerd ontwikkelingsbedrijf vinden dat kant-en-klare systemen en geavanceerde kant-en-klare (OTS) tools gebruikt om in recordtijd een product te ontwikkelen en op de markt te brengen.

Hoewel deze kant-en-klare oplossingen bestaan ​​voor moleculaire en laterale flow-assays, bestaan ​​er nog geen versnelde routekaarten voor hematologische en kwantitatieve immuno-assays (bijv. CBC-panel, elektrochemische biosensoren, ELISA, enz.). Deze immunoassays zijn doorgaans gebaseerd op nauwkeurige kwantificering van niet-NAAT-biomarkers (bijv. eiwitten, cytokines, kleine moleculen, enz.), terwijl hematologische assays afhankelijk zijn van beoordeling, identificatie en/of kwantificering van individuele cellen om tot een klinische diagnose te komen. Het zijn precies dit soort tests die de meest veelbelovende mogelijkheden zullen bieden voor toekomstige sample-to-antwoord-producten die snellere informatie genereren voor betere klinische besluitvorming.

Om de weg te effenen voor een versnelde ontwikkelingsroutekaart voor hematologische en kwantitatieve immunoassays, ontwierp ons team een ​​kant-en-klaar modulaire proof-of-concept-systeem. In deze blog wordt besproken hoe dit systeem kan helpen de productontwikkeling te versnellen en de risico's te verminderen op manieren die vergelijkbaar zijn met wat wordt gedaan voor laterale flow- en moleculaire testen.

Bij het ontwikkelen van een point-of-care-diagnostiek draait alles om experimenteren en het verzamelen van gegevens.

Op een hoog niveau vereist de succesvolle ontwikkeling van point-of-care-diagnostiek het nemen van een analytische test vanuit een streng gecontroleerde omgeving (bijv. een centraal laboratorium) en het succesvol en robuust uitvoeren ervan in een minder streng gecontroleerde omgeving (bijv. point-of-care ). Buiten het laboratorium moet het point-of-care-product rekening houden met de impact van verhoogde variabiliteit. Anders kan dit grote schade aanrichten aan de robuustheid en analytische prestaties. Individuele oorzaken van variabiliteit zijn onder meer variaties in de workflow, gebruikerstraining, opslagomstandigheden, ouderdom van het verbruiksartikel, temperatuur en vochtigheid, variaties van lot tot lot van reagentia, de kwaliteit van het monster, enz.

Tijdens het ontwerp en de ontwikkeling van producten moet de impact van individuele drijfveren worden beoordeeld. Dit kan alleen worden gedaan door middel van praktijkexperimenten. De gegevens uit deze experimenten worden vervolgens meegenomen in ontwerpbeslissingen. Dit is waar ontwikkelaars voor een raadsel komen te staan, omdat je idealiter meteen zou beginnen met testen; Hoe kan een ontwikkelaar beginnen met testen zonder een proof-of-concept-systeem in de hand te hebben? En hoe ontwerp en bouw je een toepasbaar proof-of-concept-systeem zonder een goed begrip van de vereisten om te controleren op variabiliteit in resultaten?

Hoe kan een kant-en-klaar modulair proof-of-concept-systeem de ontwikkeling versnellen?

Door gebruik te maken van kant-en-klare componenten (OTS) kan een deel van deze uitdaging worden aangepakt. Vooral parameters zoals “variabiliteit van lot tot lot van reagens” of “variabiliteit als gevolg van de kwaliteit van het monster” kunnen worden onderzocht met behulp van traditionele laboratoriumtests en OTS-componenten. Variabiliteit als gevolg van variaties in de workflow (bijvoorbeeld “hoe reagentia worden gemengd” of “hoe lang de reagentia worden geïncubeerd”, enz.) kan echter vaak alleen worden aangepakt en gecontroleerd door automatisering van de test. Automatisering van een test wordt doorgaans bereikt door een of andere vorm van gecontroleerde vloeistofbehandeling in een verbruiksartikel voor eenmalig gebruik. De verbruiksartikelen zorgen voor het monster en de stroom natte en droge reagentia, terwijl een multifunctioneel instrument wordt gebruikt voor gegevensanalyse.

Het creëren van een aangepast proof-of-concept-systeem dat de workflow automatiseert, kan veel tijd in beslag nemen. Dit is de reden waarom laterale flowtesten en moleculaire testen vaak worden overgezet naar reeds bestaande systemen om de ontwikkeling te versnellen. Kwantitatieve immunotesten en hematologische testen vergen vaak meer maatwerk dan laterale flow- en moleculaire testen. Daarom bestaan ​​er beperkte kant-en-klare oplossingen en hebben we een kant-en-klaar oplossing ontworpen. modulaire proof-of-concept-systeem (Figuur 1). Door dit modulaire systeem te gebruiken, kunnen we het testen versnellen met gereedschappen waarvan al is aangetoond dat ze werken zonder uitgebreide aanpassingen aan het verbruiksartikel en het instrument.

Figuur 1. Modulair Proof-of-Concept-systeem als eerste prototype voor kwantitatieve immunoassays en hematologische diagnostiek. Op basis van de testvereisten kunnen modules worden opgenomen of uitgesloten zonder uitgebreide aanpassingen.

Hoe versnelt dit de ontwikkeling in een praktijkvoorbeeld? Laten we zeggen dat een cliënt van plan is een point-of-care-diagnostiek te ontwikkelen die een biomarker in bloed kan kwantificeren. We willen graag zo snel mogelijk beginnen met experimenteren om de variabiliteit te begrijpen en de technische haalbaarheid van het productconcept aan te tonen. Dit vereist het creëren van een proof-of-concept-systeem dat we in experimenten kunnen gebruiken. Maar ook het dure en tijdrovende productontwerp op maat willen we uitstellen totdat de technische haalbaarheid is aangetoond. Met behulp van ons modulaire systeem kunnen we de test snel overbrengen naar een aanpasbare microfluïdische cartridge die de vloeistofbehandeling regelt, terwijl we een bijbehorend kant-en-klaar proof-of-concept-instrument gebruiken om de test te analyseren.

Dit betekent in feite dat we de workflow onmiddellijk automatiseren en meteen beginnen met testen, in plaats van te beginnen met duur en tijdrovend ontwerpwerk op maat. Het gebruik van ons kant-en-klare modulaire proof-of-concept-systeem betekent uiteraard niet dat het product zijn definitieve vormfactor heeft. Maar deze aanpak helpt klanten de technische haalbaarheid op de meest kosteneffectieve en tijdgevoelige manier te bereiken. Pas nadat de technische haalbaarheid is aangetoond, beginnen we aan het ontwerpwerk om te komen tot een op maat gemaakt diagnostisch product in een meer definitieve configuratie.

Wat kan het modulaire systeem precies?

Het modulaire systeem bestaat uit een verbruiksartikel en een instrument. Om de meeste immuno- en hematologische tests mogelijk te maken, kan het modulaire verbruiksartikel maximaal 4 droge en/of natte reagentia aansturen (zie figuur 2). Deze reagentia kunnen worden gemengd, geïncubeerd, gereconstitueerd, verwarmd/gekoeld en gecombineerd met geautomatiseerde monsterbehandeling. Indien nodig kan het monster in een aparte module worden voorbereid (bijvoorbeeld lyse, zuivering, filtratie, enz.) om maximale flexibiliteit te bieden.

Afbeelding 2. Kant-en-klaar modulair verbruiksartikel dat een monster kan accepteren, de vloeistofbehandeling kan automatiseren en kan worden aangepast om een ​​verscheidenheid aan verschillende assays uit te voeren voor vroege haalbaarheidstests.

Bellen kunnen uit de vloeistofkanalen worden verwijderd door middel van een bellenvanger. Elk vloeistofkanaal kan worden geopend of gesloten, waardoor flexibiliteit ontstaat zonder dat de cartridge opnieuw hoeft te worden ontworpen. Een aparte modulaire reactiekamer voor eenmalig gebruik maakt deel uit van de cartridge. Deze reactiekamer kan in de verbruiksbehuizing worden geschoven en kan een verscheidenheid aan modaliteiten omvatten (bijv. elektrochemische biosensor, ELISA, optische kamers om individuele cellen te beoordelen, enz.).

De hele cartridge past in een proof-of-concept-instrument dat vloeistoffen aanstuurt en elektrische of optische analyses uitvoert. Het systeem communiceert gegevens naar een aparte computer waarop OTS-software draait voor analyse. Maatwerk van softwareanalyse en/of algoritmeontwikkeling kan naar wens worden toegepast. Met behulp van dit modulaire systeem kunnen we vrijwel onmiddellijk beginnen met testen, terwijl we de workflow controleren en de mogelijkheid bieden om individuele componenten te optimaliseren (bijvoorbeeld de elektrochemische biosensor, de monstervoorbereidingsmodule en/of het verfijnen van de data-analyse, enz.).

Conclusie

Het modulaire proof-of-concept diagnoseplatform ondersteunt slimme, tijdgevoelige en kosteneffectieve ontwikkeling en maakt maatwerk mogelijk nadat de meeste technische risico's zijn uitgesloten. Modulaire tooling is ongelooflijk nuttig bij het versnellen van ontwikkelingsprogramma's en het vroegtijdig beëindigen van technische risico's. De aanpak die in deze blog wordt geschetst, geeft prioriteit aan het vroegtijdig afbouwen van technische risico's zonder te veel geld uit te geven, terwijl er toch wordt gewerkt aan op maat gemaakte en goed ontworpen marktklare diagnostiek die voldoet aan een gedefinieerde marktbehoefte. Het zal spannend zijn om te zien dat meer point-of-care-diagnostische producten op de markt komen met deze aanpak.

Afbeelding: StarFish Medical

Joris van der Heijden is Programmamanager Bio Services bij Zeester Medisch. Voorheen was hij Director of R&D bij Spartan Bioscience, waar hij leiding gaf aan de ontwikkeling van een point-of-care COVID-19 diagnostische test. Joris is gepromoveerd op infectieziekten bij UBC.

 

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• PlatoData.Network Verticale generatieve AI. Versterk jezelf. Toegang hier.
• PlatoAiStream. Web3-intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• PlatoESG. carbon, CleanTech, Energie, Milieu, Zonne, Afvalbeheer. Toegang hier.
• Plato Gezondheid. Intelligentie op het gebied van biotech en klinische proeven. Toegang hier.
• Bron: https://starfishmedical.com/blog/modular-rapid-prototyping/