De siste fem årene har det vært vanlig bruk av molekylær og lateral flow point-of-care diagnostikk. For å bekjempe utfordringene forårsaket av pandemien, kom tusenvis av diagnostiske produkter inn på markedet som til slutt banet vei for et akselerert utviklingsveikart.

I dag kan gründere som ønsker å utvikle lateral flow eller molekylær diagnostikk ganske enkelt finne et spesialisert utviklingsfirma som bruker ferdige systemer og sofistikert off-the-shelf (OTS) verktøy for å utvikle og kommersialisere et produkt på rekordtid.

Selv om disse ferdige løsningene eksisterer for molekylære og laterale strømningsanalyser, eksisterer det ennå ikke akselererte veikart for hematologiske og kvantitative immunanalyser (f.eks. CBC-panel, elektrokjemiske biosensorer, ELISA, etc.). Disse immunanalysene er typisk avhengige av nøyaktig kvantifisering av ikke-NAAT-biomarkører (f.eks. proteiner, cytokiner, små molekyler, etc.), mens hematologiske analyser er avhengige av vurdering, identifikasjon og/eller kvantifisering av individuelle celler for å komme frem til en klinisk diagnose. Det er akkurat disse typer analyser som vil gi de mest lovende mulighetene for fremtidige prøve-til-svar-produkter som genererer raskere informasjon for bedre klinisk beslutningstaking.

For å bidra til å bane vei for et akselerert utviklingsveikart for hematologiske og kvantitative immunanalyser, utviklet teamet vårt en ferdiglaget modulære proof-of-concept system. Denne bloggen diskuterer hvordan dette systemet kan bidra til å fremskynde og redusere risikoen for produktutvikling på måter som ligner på det som gjøres for lateral flow og molekylære analyser.

Å utvikle en behandlingspunktdiagnostikk handler om eksperimentering og innsamling av data.

På et høyt nivå krever vellykket utvikling av behandlingspunktdiagnostikk å ta en analytisk analyse fra et tett kontrollert miljø (f.eks. et sentralt laboratorium) og vellykket og robust utføre det i et mindre tett kontrollert miljø (f.eks. ). Utenfor laboratoriet må pleieproduktet kontrollere for virkningen av økt variasjon. Ellers kan det ødelegge robusthet og analytisk ytelse. Individuelle drivere for variasjon inkluderer arbeidsflytvariasjoner, brukeropplæring, oppbevaringsforhold, alder på forbruksmateriellet, temperatur og fuktighet, reagens-lot-til-lot-variasjoner, kvaliteten på prøven, etc.

Under produktdesign og utvikling må virkningen av individuelle drivere vurderes. Dette kan bare gjøres gjennom praktisk eksperimentering. Dataene fra disse eksperimentene går deretter inn i designbeslutninger. Det er her utviklere befinner seg i litt av en gåte, for ideelt sett ville man begynne å teste umiddelbart; hvordan kan en utvikler begynne å teste uten å ha et proof-of-concept-system i hånden? Og hvordan designe og bygge et anvendelig proof-of-concept-system uten en skikkelig forståelse av krav til kontroll for variasjon i resultater?

Hvordan kan et ferdig modulært proof-of-concept-system få fart på utviklingen?

Å utnytte hyllevarekomponenter (OTS) bidrar til å takle deler av denne utfordringen. Spesielt parametere som "reagens-lot-til-lot-variabilitet" eller "variabilitet på grunn av prøvekvalitet" kan undersøkes ved bruk av tradisjonelle laboratorietester og OTS-komponenter. Imidlertid kan variasjoner som følge av arbeidsflytvariasjoner (f.eks. "hvordan reagenser blandes" eller "hvor lenge reagensene inkuberes" osv.) ofte bare adresseres og kontrolleres ved automatisering av analysen. Automatisering av en analyse oppnås vanligvis ved en form for kontrollert væskehåndtering inne i et engangsforbruksmateriale. Forbruksdelene håndterer prøven og strømmen av våte og tørre reagenser mens et flerbruksinstrument brukes til dataanalyse.

Det kan ta lang tid å lage et tilpasset proof-of-concept-system som automatiserer arbeidsflyten. Dette er grunnen til at laterale strømningsanalyser og molekylære analyser ofte overføres til allerede eksisterende systemer for å fremskynde utviklingen. Kvantitative immunanalyser og hematologiske analyser trenger ofte mer tilpasning enn lateral flow og molekylære analyser, som er grunnen til at begrensede ferdige løsninger finnes og hvorfor vi har designet en ferdiglaget modulære proof-of-concept-system (Figur 1). Ved å bruke dette modulære systemet kan vi fremskynde testing med verktøy som allerede har vist seg å fungere uten omfattende modifikasjoner av forbruksmateriell og instrument.

Figur 1. Modulært Proof-of-Concept-system som den første prototypen for kvantitative immunanalyser og hematologisk diagnostikk. Basert på analysekrav kan moduler inkluderes eller ekskluderes uten omfattende tilpasning.

Hvordan fremskynder dette utviklingen i et eksempel fra den virkelige verden? La oss si at en klient planlegger å utvikle en behandlingspunktdiagnostikk som kan kvantifisere en biomarkør i blod. Vi liker å starte eksperimentering så snart som mulig for å forstå variasjon og demonstrere teknisk gjennomførbarhet av produktkonseptet. Dette krever å lage et proof-of-concept-system som vi kan bruke i eksperimenter. Men vi ønsker også å utsette kostbart og tidkrevende tilpasset produktdesign til teknisk gjennomførbarhet er demonstrert. Ved å bruke vårt modulære system kan vi raskt overføre analysen til en tilpassbar mikrofluidisk patron som kontrollerer væskehåndtering mens vi bruker et medfølgende ferdig proof-of-concept-instrument for å analysere analysen.

Dette betyr i praksis at vi umiddelbart automatiserer arbeidsflyten og begynner å teste med en gang, i motsetning til å starte med dyrt og tidkrevende spesialdesignarbeid. Å utnytte vårt ferdige modulære proof-of-concept-system betyr selvfølgelig ikke at produktet er i sin endelige formfaktor. Men denne tilnærmingen hjelper kundene med å oppnå teknisk gjennomførbarhet på den mest kostnadseffektive og tidssensitive måten. Først etter at teknisk gjennomførbarhet er demonstrert, går vi i gang med designarbeid for å komme frem til et tilpasset diagnostisk produkt i en mer endelig konfigurasjon.

Hva kan det modulære systemet gjøre?

Modulsystemet består av et forbruksmateriell og et instrument. For å imøtekomme de fleste immuno- og hematologiske analyser, kan det modulære forbruksmaterialet kontrollere opptil 4 tørre og/eller våte reagenser (se figur 2). Disse reagensene kan blandes, inkuberes, rekonstitueres, varmes/avkjøles og kombineres med automatisert prøvehåndtering. Ved behov kan prøven klargjøres i en separat modul (f.eks. lysering, rensing, filtrering osv.) for å gi maksimal fleksibilitet.

Figur 2. Ferdiglaget modulært forbruksmateriell som kan akseptere en prøve, automatisere væskehåndtering og kan skreddersys for å kjøre en rekke forskjellige analyser for tidlig gjennomførbarhetstesting.

Bobler kan fjernes fra fluidkanalene ved hjelp av en boblefelle. Hver fluidkanal kan åpnes eller lukkes, noe som gir fleksibilitet uten behov for å redesigne patronen. Et separat modulært engangsreaksjonskammer er en del av patronen. Dette reaksjonskammeret kan gli inn i forbrukshuset og kan inkludere en rekke modaliteter (f.eks. elektrokjemisk biosensor, ELISA, optiske kammer for å vurdere individuelle celler, etc.).

Hele patronen passer inn i et proof-of-concept instrument som aktiverer væsker og utfører elektrisk eller optisk analyse. Systemet kommuniserer data til en egen datamaskin som kjører OTS-programvare for analyse. Tilpasning av programvareanalyse og/eller algoritmeutvikling kan brukes etter behov. Ved å bruke dette modulære systemet kan vi begynne å teste nesten umiddelbart mens vi kontrollerer arbeidsflyten og gir muligheten til å optimalisere individuelle komponenter (f.eks. den elektrokjemiske biosensoren, prøveprep-modulen og/eller finjustering av dataanalyse, etc.).

konklusjonen

Den modulære proof-of-concept diagnoseplattformen hjelper smart, tidssensitiv og kostnadseffektiv utvikling, samtidig som den tillater tilpasning etter at de fleste tekniske risikoene er trukket tilbake. Modulært verktøy er utrolig nyttig for å akselerere utviklingsprogrammer og trekke tilbake teknisk risiko tidlig. Tilnærmingen som er skissert i denne bloggen prioriterer tidlig teknisk fjerning av risiko uten overforbruk, samtidig som man kommer frem til tilpasset og godt utformet markedsklar diagnostikk som oppfyller et definert markedsbehov. Det skal bli spennende å se flere diagnostiske produkter for behandlingspunkt som kommer på markedet ved å bruke denne tilnærmingen.

Bilde: StarFish Medical

Joris van der Heijden er Bio Services Program Manager ved StarFish Medical. Tidligere var han direktør for FoU hos Spartan Bioscience hvor han ledet utviklingen av en covid-19 diagnostisk test. Joris tok sin doktorgrad i infeksjonssykdommer fra UBC.

 

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://starfishmedical.com/blog/modular-rapid-prototyping/