Biotechnologische innovators profiteren van verbindende software

Digitale labplatforms die de samenwerking tussen chemici, biologen en informatici verbeteren, worden de norm in een post-pandemische wereld.

Op het hoogtepunt van de COVID-19 pandemie, Boston Universiteit nam de stoutmoedige beslissing om in het najaar van 2020 weer in persoon te gaan leren. Een deel van die keuze kwam voort uit het feit dat de campus zijn eigen faciliteiten had ontwikkeld om duizenden swabs te testen en de resultaten in minder dan 24 uur te leveren.

Om haar snelle testaanpak te realiseren, wendde de universiteit zich tot eLabNext, een specialist in het helpen van laboratoria bij het ontwikkelen van een digitale infrastructuur. Door middel van geleidelijke schaalvergroting ontwikkelde het partnerschap een softwareoplossing die gerobotiseerde monsterverwerking integreerde met de elektronische medische dossiers van 40.000 werknemers en studenten.

"We zaten er middenin en zorgden ervoor dat de robotsystemen de datastroom konden orkestreren om sommige weken tot 10.000 tests per dag uit te voeren", herinnert Erwin Seinen, medeoprichter en managing director van eLabNext zich. "Het vergde veel samenwerking tussen veel leveranciers om dat voor elkaar te krijgen."

Op slechts een paar kilometer afstand van de Universiteit van Boston zit een andere grote voorstander van samenwerking: Vlaggenschip PionierenEen van 's werelds toonaangevende incubators van biotechnologisch talent. Het meest bekend om zijn vroege steun aan Moderna en zijn boodschapper-RNA (mRNA)-technologie ondersteunt deze durfkapitaalgroep nu verschillende start-ups die zich richten op het verbeteren van de menselijke gezondheid en duurzaamheid met behulp van gegevensintensieve technieken.

"Het is moeilijk om je een Moderna voor te stellen zonder de integratie van deze gegevensinfrastructuren vanaf het begin", zegt Aram Adourian, senior wetenschappelijk adviseur bij Flagship Pioneering. "Moderna heeft de tijd die nodig is om kandidaat-geneesmiddelen van onderzoek naar kliniek naar productie te brengen echt verkort. Dat is zeker een archetype voor de toekomst van biotech in life sciences ventures."

Moderna's prestaties met mRNA tijdens de pandemie bewijzen dat biotech de wereld kan veranderen, vooral als chemici, biologen en datawetenschappers kunnen samenwerken met minimale vertraging. Het bouwen van de digitale infrastructuur die nodig is om dat doel te bereiken zou een belangrijke overweging moeten zijn voor elke biotechonderneming die streeft naar flexibiliteit.

Barrières voor connectiviteit slechten

mRNA-vaccins zijn een uitstekend voorbeeld van samenwerking in de moderne biotechnologie, van de chemici die nodig zijn om speciale lipide nanodeeltjes te maken die ervoor zorgen dat het vaccin door de celwanden kan dringen, tot de informaticaspecialisten die met hun modellen sneller dan verwacht mogelijke kandidaten hebben geïdentificeerd.

"In onze groepen worden experimenten vaak gepland tussen natte labteams en computationele teams, waardoor een soort iteratief, heen-en-weer optimalisatieproces mogelijk wordt om de biologische vragen aan te pakken", zegt Adourian. "Je moet deze samenwerkingsverbanden vroeg aangaan, vooral in de fase van het experimentele ontwerp."

Volgens Wouter de Jong, medeoprichter van eLabNext, zijn biotechnologische laboratoria die graag voorop willen lopen in innovatie snel geneigd om tools zoals elektronische lab notebooks (ELNs) te gebruiken om te zorgen voor accurate registratie en naleving van audit trails. Wat veel klanten ervan lijkt te weerhouden om beter samen te werken, is een gebrek aan gegevensconnectiviteit.

"Een van de uitdagingen is dat deze laboratoria vol zitten met verschillende softwaretools - spreadsheets, databases die ergens op een laptop staan - wij doorbreken deze silo's om een uniform gegevensbeheersysteem te bieden", zegt De Jong.

"Toegankelijkheid is een echt probleem," voegt Seinen toe. "Je wilt niet in een black box terechtkomen en niet in staat zijn om je gegevens naar buiten te brengen."

Gegevens toegankelijk voor elke wetenschapper

Onnodige compartimentering is een probleem dat blijft bestaan bij digitale labplatforms die ontworpen zijn voor specifieke vakgebieden. "Zelfs de manier waarop scheikundigen en biologen naar informatie zoeken kan verschillen, dus als organisaties op zoek gaan naar een one-size-fits-all software voor hun lab, is het onvermijdelijk dat iemand buiten de boot valt," zegt Seinen. "Vanuit onze ervaring is het zo dat een echt werkend platform toegankelijk moet zijn voor elke wetenschapper."

Om interoperabiliteit te bereiken, laat het platform van eLabNext gebruikers specifieke add-ons kiezen om aan hun behoeften te voldoen, vergelijkbaar met het app-keuzeproces op een smartphone. De opties gaan van chemie tot genetica en plantenbiologie, en worden allemaal gevoed door een overkoepelend platform waar verschillende velden kunnen samenkomen. Het in vogelvlucht bekijken van de activiteiten van een laboratorium helpt ook bij het nemen van zakelijke beslissingen.

Het bouwen van een uniforme softwareomgeving die zinvol is voor alle wetenschappers is één sleutel tot de digitale gezondheid van een laboratorium, maar de mogelijkheid om de gegevens te manipuleren met programmeertools zoals software development kits (SDK's) en application programming interfaces (API's) wordt steeds belangrijker. "In de farmaceutische productie of zelfs bij COVID-19 labtests moet je samenwerken met robotica en andere softwareoplossingen", zegt De Jong. "Met API's kun je op een zeer gestructureerde manier gegevens uit het systeem pushen en halen, waardoor al deze systemen met elkaar kunnen samenwerken."

Voor andere onderzoekers kan het nodig zijn om hun eigen software voor data-analyse en -beheer op maat te maken met behulp van SDK's. Om softwareleveranciers een voorsprong te geven, biedt eLabNext een marktplaats waar deze tools toegankelijk zijn voor geïnteresseerde gebruikers. "Het is een open ecosysteem - we nodigen elke speler uit die digitale oplossingen wil bieden aan hun klanten," zegt De Jong. "Het is volledig aanpasbaar en er is veel betrokkenheid van onze partners, zowel gevestigde als nieuwe."

Wat FAIR is, is eerlijk

Bij Flagship Pioneering merkt Adourian op dat laboratoria zich houden aan de FAIR Data Principles, een filosofie die in 2016 is ontwikkeld door een wetenschappelijk consortium dat onderzoekers wil leiden bij het produceren en publiceren van gegevens die vindbaar, toegankelijk, interoperabel en herbruikbaar zijn. Om deze doelen te bereiken moet digitalisering holistisch worden benaderd. Hoewel deze principes eenvoudig te implementeren waren voor de computationele kant van de activiteiten van Flagship, merkt Adourian op dat de digitale overgang in natte laboratoria meer fundamenteel denken vereiste.

"Er is een grotere reeks uitdagingen," zegt hij, verwijzend naar de enorme hoeveelheden heterogene gegevens die worden gegenereerd door bijvoorbeeld genomische en proteomische technologieën. Waar wordt deze informatie ondergebracht en hoe kunnen wetenschappers en gegevensanalisten ermee omgaan? "Dit heeft te maken met de metadata die platformen zoals eLabNext kunnen extraheren voor downstream analyse, en vervolgens kunnen itereren en de geanalyseerde datasets weer terugbrengen in het platform."

Het gebruik van kunstmatige intelligentie (AI) om gegevensrijke workflows te analyseren wint aan populariteit in dit tijdperk van multidisciplinaire samenwerking - niet alleen zodra projecten van start gaan, maar vanaf het begin. Adourian onthult dat technologiebedrijven zoals Tesla en Facebook als inspiratie dienen voor veel startende biotechbedrijven.

"Technologiebedrijven beschikken over grote hoeveelheden gegevens die ze gebruiken en samenvoegen om innovatiekansen te identificeren", zegt hij. "Wij streven ernaar om AI toe te passen waar het zinvol is en verschillende smaken ervan te gebruiken in het hele continuüm, of het nu gaat om high-throughput moleculaire gegevens zoals genexpressie, of om productieprocessen en wettelijke goedkeuring."

Lees verder op Nature