Sync Biosystems ontvangt € 2,5 miljoen om technologie te valideren bij internationale eindgebruikers

Nauwkeurige vloeistofregeling om celkweek en geneesmiddelentests te verbeteren

Het internationale δypha-consortium heeft van de Europese Innovatieraad een transitiesubsidie van 2,5 miljoen euro ontvangen om de technologie van Sync Biosystems vanuit de pilotfase tot een product te brengen. Leiders in de branche en onderzoekswereld, integrale leden van het consortium, nemen deel als eindgebruikers: Charles River Laboratories, Prinses Máxima Centrum voor kinderoncologie en Bambino Gesù Children’s Hospital. Zij zullen door middel van specifieke toepassingsvoorbeelden aantonen hoe de technologie hun tests voor de ontwikkeling van geneesmiddelen en hun zoektocht naar betere behandelingen voor patiënten beïnvloedt. Om de resultaten van de in vitro-technologie te vertalen naar niveaus die relevant zijn voor patiënten, zal consortiumpartner ESQlabs specifieke computermodellen op basis van de fysiologie ontwikkelen. δypha heeft als doel om celkweek- en geneesmiddelentests te verbeteren met geautomatiseerde en continue vloeistofregeling in standaard celkweekplaten.

Verbeterde in-vitromodellen noodzakelijk bij de ontwikkeling van geneesmiddelen
Meer dan 90% van de geneesmiddelen in de pijplijn voor de ontwikkeling van preklinische geneesmiddelen slaagt niet voor klinische proeven. Dat biedt mogelijkheden om de efficiëntie te verbeteren. Daarvoor moet de voorspelbaarheid van de celkweekmodellen die momenteel worden gebruikt verder worden verhoogd. Een van de aspecten die in de huidige celkweeksystemen ontbreekt, is de juiste tijdschaal van veranderingen in het celkweekmedium. Veel processen in het menselijk lichaam hebben tijdschalen in de orde van seconden, minuten of uren. In de standaard celkweek die voor het testen van geneesmiddelen wordt gebruikt, wordt echter geen rekening gehouden met deze kinetische component. De mogelijkheid om dynamische veranderingen in de cellulaire omgeving te kunnen toepassen, is van cruciaal belang om ons begrip van cellulair gedrag te bevorderen. Onderzoekers kunnen dergelijke wijzigingen ook gebruiken om fluctuerende geneesmiddelconcentraties zoals die bij patiënten worden waargenomen te simuleren. Daardoor is een nauwkeuriger onderzoek mogelijk naar de complexe relaties tussen blootstelling aan geneesmiddelen en de behandelingseffecten of bijwerkingen ervan. Bij gebrek aan gebruiksvriendelijke technologie om de celkweekcondities dynamisch te beheersen, vertrouwen wetenschappers momenteel echter sterk op diermodellen om de kinetiek van geneesmiddelen te bestuderen. Potentiële beperkingen bij de mogelijkheden om de resultaten die bij dieren zijn verkregen naar de menselijke situatie te vertalen, in combinatie met het doel om diermodellen te verminderen of zelfs te vervangen (3V-principe), benadrukken hoe noodzakelijk het is om alternatieven te ontwikkelen in biomedisch onderzoek.

Een oplossing die de manier waarop biologen werken niet verandert
Sync Biosystems lost dit probleem op door celkweekapparaten aan te sluiten op hun vloeistofcontrolesysteem. De technologie is gebaseerd op een specifiek ontworpen adapter, die standaard celkweekapparaten verbindt met het geautomatiseerde vloeistofcontrolesysteem. Daardoor kunnen op een specifiek moment door de gebruiker gedefinieerde geneesmiddelconcentraties worden toegediend.

Celkweekbiologen kunnen daardoor zelf bepalen hoe het medium of de geneesmiddelconcentratie in de loop van de tijd verandert, zonder dat ze daarvoor hun normale proces hoeven te veranderen. Dr. Dannis van Vuurden, kinderoncoloog bij het Prinses Máxima Centrum voor kinderoncologie, legt uit: „Als we in ons model niet kunnen controleren hoe medicijnniveaus in de loop van de tijd veranderen, kunnen we nooit begrijpen wat er daadwerkelijk bij een patiënt gebeurt. De celkweekmodellen die we gebruiken, zijn van grote waarde, maar we moeten ze aan de juiste omstandigheden onderwerpen, vergelijkbaar bij het gebruik in patiënten.” Uit klinische gegevens weten we dat de volgorde en timing van het toedienen van verschillende medicijncombinaties een enorm effect kan hebben op het vermogen om tumorcellen te doden. Met de δypha-technologie kunnen we nu verschillende geneesmiddelencombinaties geautomatiseerd testen op basis van informatie.

Microfluïdische adapter: zachter dan een pipet
Een van de factoren die controle bemoeilijkt, is het feit dat de celkweek geen schuifspanning of turbulentie moet ervaren. Dat maakt het uitdagend om de omgeving van de cellen te veranderen. Traditionele (automatische) pipetten veroorzaken deze effecten wel. De oplossing van Sync Biosystems is echter bewezen zachter dan een pipet, zodat zelfs cellen in suspensie automatisch kunnen worden vernieuwd. Het celverlies wordt bovendien tot een minimum beperkt. De sleutel hiervoor ligt in het ontwerp van de plug-and-play-adapter. Dr. Marijn Vlaming, hoofd Biotherapeutics Drug Discovery bij Charles River, is enthousiast over het gebruik van de technologie: „We gebruiken in onze laboratoria verschillende complexe celkweekmodellen, zoals primaire cel-, stamcel- en organoïdemodellen, die proberen het menselijk lichaam in een schaal na te bootsen. De cellen vormen een nauwkeurige representatie van de menselijke biologie, maar zijn ook erg gevoelig voor hun micro-omgeving. Subtiele veranderingen kunnen tot veel variaties leiden. Met deze technologie willen we dat oplossen binnen het δypha-project.”

Hightech-engineering voor biotechnologische toepassingen
Sinds het begin van deze eeuw maakte de biotechnologie een opmerkelijke groei door, die leidde tot baanbrekende modellen op basis van mensen, zoals organoïden en stamcelmodellen. „Toch worden ze in principe nog steeds gekweekt op de 100 jaar oude petrischaal”, zegt dr. Berend van Meer, CTO en medeoprichter van Sync Biosystems. „Dit verbaasde me echt toen ik ongeveer 10 jaar geleden overstapte van engineering naar stamcelbiologie; het controleniveau bij celkweek is vele malen lager dan bij bijvoorbeeld micro-elektronica.   Het is dan ook geen verrassing dat de uitkomsten van geneesmiddelentests met celkweekmodellen vaak buitensporige variabiliteit vertonen.” Sync Biosystems werd opgericht als onderdeel van de Demcon-groep, een Nederlands hightech-engineeringbedrijf dat op veel gebieden actief is. System Engineer Jasmijn Büskens: „Het is belangrijk om deze verschillende manieren van denken samen te brengen: niet alleen hightech en biotechnologie, maar ook de computationele modellering van ESQlabs en farmacologie. De zaken die wij proberen op te lossen, zijn te complex voor slechts één discipline.”

Europese subsidie om impact te maken
De Europese Innovatieraad is juist op zoek naar dit soort innovaties, die wetenschappelijk verantwoord zijn en een enorme potentiële impact op de wereld te hebben. Tessa de Korte, directeur Biologie bij Sync Biosystems: „Met het controleniveau dat we hier willen bereiken, kunnen we experimenten uitvoeren in celkweek die voorheen niet mogelijk waren. We schalen onze activiteiten verder dan wat haalbaar is in diermodellen. Vergroting van de voorspellende kracht van celkweekmodellen belooft de afhankelijkheid van dierproeven aanzienlijk te verminderen.” Om écht impact te hebben, is echter meer nodig dan alleen solide wetenschap. Van Meer: „Dat we deze prestigieuze subsidie hebben ontvangen, bevestigt dat onze technologie een gamechanger kan worden voor celkweek- en geneesmiddelentests. Nu moeten we de volgende stap zetten in product- en marktontwikkeling. Met de EIC-financiering kunnen we de δypha-technologie verder ontwikkelen en samen met onze partners de impact van onze technologie demonstreren bij het aanpakken van actuele uitdagingen.