LAB column insights

Henk Heijthuisen adviseert de redactie van LABinsights Technische singulariteit

Met genoegen kijk ik terug op mijn jeugd in de jaren zeventig van de 20e eeuw, specifiek naar de positieve verwachtingen die men destijds had.

Alle technische ontdekkingen kwamen uit Amerika en beloofden ons een gouden toekomst. We keken naar de Jetsons, Back to the Future en Star Wars. De dromen van Jules Verne kwamen uit en er cirkelden en landden mensen rond en op de maan. Alleen de tijdmachine, zoals beschreven door H.G. Wells, bleef science fiction. Nu, enkele decennia later zijn de VS nog steeds toonaangevend in het bedenken van nieuwe technieken, maar het zijn vooral de Chinezen die alles in elkaar zetten. De schattige robot uit de Jetsons kun je via internet bestellen. Hij/zij zit binnen 24 uur gezellig kletsend naast je op de bank.

Wat betekenen deze technische ontwikkelingen voor ons lab en wat zijn de beloften voor de toekomst? Er staan nu op menige plaats robots in het lab die het analytische werk hebben overgenomen. De mens is nog nodig bij de voorbewerking van monsters en het toelichten van de resultaten aan de klanten. Ik heb collega’s die ervan overtuigd zijn dat de techniek in laboratoria altijd ondergeschikt zal blijven aan de analisten. De toekomst zal hen teleurstellen.

Voorlopig is het einde in de miniaturisatie van computerchips nog niet in zicht. De ontwikkeling van kunstmatige intelligentie gaat razendsnel. De robots in ons lab zullen straks slimmer zijn dan al onze analisten samen en zij zullen het lab overnemen. Dat moment wordt technische singulariteit genoemd. Ook nu al ziet menig klinisch-chemisch laboratorium er verlaten uit. Er wordt daar al in razend tempo door robots geanalyseerd. Het is een kleine stap om de huidige generatie labrobots te voorzien van kunstmatige intelligentie. De robot gaat straks zelf de consumables en chemicaliën ‘just in time’ bestellen op basis van het monsteraanbod en de gewenste doorloopsnelheid. Ook het onderhoud regelt de robot zelf en hij beloont zijn onderhoudsmonteur met een zelfgebrouwen koffievariant naar keuze uit een van zijn zijvakjes. Geen eindeloos laboverleg meer, de robots vergaderen in milliseconden en hebben meer daadkracht dan menig manager van nu.

Waar blijft ik als analist dan, zult u denken? Nergens. Die vind je in het openluchtmuseum naast de smid, de automonteur en andere verloren gegane ambachten. Leuk voor de kleinkinderen om te laten zien wat u vroeger voor werk deed.

En dan zal de speelrobot van die kinderen slim opmerken:

“Gelukkig is die tijd voorbij.”

Van kleine DNA-sequencer tot grootste genoomspecialist

Baseclear 28 jaar: van DNA-sequencer- tot microbioomexpert

In 28 jaar tijd is het Leidse bedrijf BaseClear uitgegroeid van een klein DNA-sequencing lab tot de grootste onafhankelijke genoomspecialist van Europa en expert op het gebied van ‘microbial genomics’. “De technologie is volwassen geworden en ondergeschikt aan de toepassing.”

Els van den Brink | Fotografie: Marco Vellinga

Toen Bas Reichert en Erna Barèl in 1993 hun bedrijf BaseClear oprichtten, waren ze zelf nog bezig met de afronding

van hun studie biologie aan de Universiteit Leiden. Met een gehuurde sequencer deden ze de eerste DNA-analyses in een kleine labruimte in Rijnsburg, waarna ze de resultaten persoonlijk bij hun klanten afleverden. Achtentwintig jaar later staan ze nog steeds aan het roer van hun bedrijf, dat ondertussen meer dan zestig werknemers heeft en sinds drie jaar gevestigd is in het speciaal voor hen ontworpen Nucleusgebouw op het Leiden Bioscience Park.

Sequencing

In die 28 jaar is BaseClear meegegroeid met de technologische ontwikkelingen op het gebied van DNA-sequencing. Het begon met het sequencen van korte stukjes DNA, ook wel bekend als Sanger sequencen. Nog altijd heeft BaseClear meerdere apparaten staan voor dit soort werk, die veelvuldig worden gebruikt voor diverse toepassingen. In de loop der jaren kwam daar het zogenaamde Next Generation Sequencing bij, waarmee steeds grotere stukken DNA gesequenced konden worden. “Wij hebben apparaten van zowel Illumina als PacBio en Oxford Nanopore Technologies”, vertelt CEO Bas Reichert. “Al die apparaten werken op een net iets andere manier, waardoor ze ook andere

‘In één run een bacterie compleet sequencen’

toepassingen hebben. Bij Illumina gaat het om heel veel data met korte leeslengtes, terwijl het bij PacBio en Oxford Nanopore Technologies om heel lange leeslengtes gaat. Die leeslengtes zijn de afgelopen jaren steeds langer geworden, en de hoeveelheid data die verwerkt kan worden steeds groter, waardoor je in één run een bacterie compleet kan sequencen.”

Volwassen technologie

“In feite is de sequencingtechnologie nu zo ver ontwikkeld, dat ze volwassen is geworden. Vandaar dat wij ons veel meer zijn gaan focussen op de toepassingen waarvoor we deze technologie kunnen inzetten, terwijl de technologie zelf meer ondergeschikt is geworden”, zegt COO Erna Barèl. “Kenmerkend voor onze aanpak is dat we echt met onze klanten meedenken over de aanpak van hun onderzoeksproject. Vanaf de onderzoeksopzet tot de data-analyse en interpretatie. Het sequencen zelf is daarin een essentiële stap, maar we merken dat het voor onze klanten niet zo veel meer uitmaakt hoe wij dat precies doen, als het maar helpt om hun vraag te beantwoorden. Vandaar dat we ook steeds meer klanten hebben die van zichzelf maar heel weinig kennis hebben van genomics.”

Bas Reichert: ‘Ons sterke punt ligt op de combinatie van microbiologie en genomics’

Microbioom

“Toen we destijds nadachten over deze nieuwe focus, kwamen we tot de conclusie dat ons sterke punt ligt op de combinatie van microbiologie en genomics”, vertelt Reichert. “Wij deden altijd al veel analyses van micro-organismen in het kader van kwaliteitscontroles, en daarnaast hadden we al veel projecten gedaan voor klanten op het gebied van biotechnologie en fermentatie. Bovendien zagen we dat op dat moment het onderzoek naar microbiomics in opkomst was – dat sloot daar precies bij aan. Vandaar dat we besloten hebben om ons vooral daarop te gaan richten.”

Bij microbiomics draait het niet om de analyse van een enkel micro-organisme, maar om hele communities van bacteriën, gisten en andere micro-organismen, ook wel het microbioom genoemd. Het meest bekend is het microbioom in de darmen, de darmflora, maar het kan ook gaan om het microbioom op de huid

‘We kijken of we door aanpassingen in de voeding methaanuitstoot kunnen verminderen’

of in de mond, of het microbioom in de bodem. Die diversiteit is ook terug te zien in de projecten die nu binnen BaseClear gaande zijn, variërend van projecten op het gebied van babyvoeding, probiotica, de behandeling van huidaandoeningen, zoals eczeem en acne en de ontwikkeling van microbioomvriendelijke cosmeticaproducten.

Van cosmetica tot diervoeding

Een van de nieuwste toepassingen ligt op het gebied van cosmetica. “Er is bijvoorbeeld een fabrikant van shampoos die ons gevraagd heeft om te kijken naar het micro-organisme dat hoofdroos veroorzaakt. Hij wil graag weten waarom de ene persoon daar nu wel last van heeft en de andere niet. En natuurlijk wil hij ook weten of het product dat hij aan zijn shampoo wil toevoegen, uiteindelijk ook het gewenste effect heeft”, vertelt Reichert. Een heel andere toepassing ligt op het gebied van diervoeding. “Hierbij staat bijvoorbeeld de vraag centraal of het mogelijk is om dieren efficiënter voedingsstoffen te laten opnemen uit hun voeding, waardoor ze sneller en harder gaan groeien. Een andere vraag is of het mogelijk is om de methaanuitstoot van dieren te verminderen. Uiteindelijk wordt die methaan namelijk geproduceerd door de micro-organismen in de darmflora. Vandaar dat we samen met klanten aan het kijken zijn of we door aanpassingen in de voeding die methaanuitstoot kunnen verminderen”, legt Reichert uit.

Dieetadvies

Via de spin-off ‘MyMicroZoo’ doet BaseClear tegenwoordig ook microbioomanalyses voor consumenten. “We doen een paar duizend van zulke analyses per jaar. We hebben ondertussen ruim vijfentwintig diëtisten getraind, die mensen kunnen helpen om de uitkomst van de analyse te begrijpen en op basis daarvan advies te geven over hun dieet. De kennis op dit gebied neemt steeds meer toe, dus we verwachten dat dit de komende jaren nog wel verder zal groeien.”

Mogelijk dat BaseClear zelf ook nog een bijdrage kan leveren aan die kennis, want al die analyses die het bedrijf doet, leveren natuurlijk een schat aan informatie op. “De meeste data is natuurlijk het eigendom van onze klanten, maar soms kunnen we met toestemming van hen wel meta-analyses doen aan die data. Bij MyMicroZoo hebben we van al die consumenten zowel data over hun microbioom als over hun leefstijl. Het zou heel interessant zijn om te zien of je daar trends in kan ontdekken, en of je bijvoorbeeld een ander patroon ziet bij mensen die meer bewegen”, zegt Reichert.

Een leven lang ontwikkelen bij Centrum voor Innovatief Vakmanschap Biosciences

Voor biotechbedrijven is het soms een uitdaging om het laboratoriumpersoneel te laten meegroeien met de continue technologische ontwikkelingen waar ze mee te maken hebben. Voor analisten is een afgeronde MBO- of HBO-opleiding eigenlijk niet het einde, maar het begin van een leerproces, waarbij ze zich door de jaren heen mee ontwikkelen met de veranderingen van het werkveld. En daarbij natuurlijk ook hun eigen focus kiezen, zoals kwaliteitsaspecten, nieuwe technologieën of de bijbehorende informatica. Om dit meer te faciliteren wordt vanuit het mboRijnland gewerkt aan het opzetten van een nieuw publiek-privaat samenwerkingsverband, het Centrum voor Innovatief Vakmanschap Bio Sciences. BaseClear is een van de bedrijven die hier als partner bij betrokken is, naast bedrijven als Janssen Biologics, Eurofins en het LUMC. De komende maanden wordt er door de betrokken partners druk gebrainstormd hoe ze dit concept van Leven Lang Ontwikkelen concreet kunnen vormgeven. Kijk voor meer informatie op https://civ-biosciences.nl/.

Erna Barèl en Bas Reichert die in 1993 hun bedrijf BaseClear oprichtten.

‘Bij MyMicroZoo hebben we van consumenten zowel data over hun microbioom als over hun leefstijl’

Veenendaals bedrijf MolGen maakte tijdens coronajaar een gigantische groeispurt door Moleculaire totaaloplosser: meer dan alleen COVID

Hoe een bescheiden leverancier van DNA-extractie kits aan de agromarkt in een jaar tijd uitgegroeide tot een scale-up met ruim zestig medewerkers. COVID-19 gaf de zuiveringsoplossingen voor DNA en RNA een flinke zet, maar de diagnostische totaaloplossingen voor coronateststraten blijken ook heel geschikt voor andere vormen van moleculaire diagnostiek.

Nico Yau, productmanager bij MolGen, in actie bij de PurePrep TTS.

Els van den Brink | Fotografie: MolGen

Die groeiparel in de life sciences heet MolGen. Het Veenendaalse bedrijf heeft tijdens het afgelopen coronajaar een gigantische groeispurt doorgemaakt. Terwijl het bedrijf, opgericht in 2018, voor corona nog niet meer was dan een bescheiden leverancier van DNA-extractie kits aan de agromarkt als hobby van de aandeelhouders, is het een jaar later geëvolueerd tot een ruim zestig hoofden tellende scale-up. Het is de bedoeling om door te groeien naar honderdtwintig mensen aan het eind van 2021. “Het is net the American dream”, zegt productmanager Nico Yau lachend. Ook internationaal is het bedrijf bezig met uitbreiding. Zo is er ondertussen al een kantoor geopend in de Verenigde Staten, en zijn vestigingen in andere landen in voorbereiding. Door de sterke groei was MolGen genoodzaakt om het afgelopen jaar meermalen te verhuizen. “In ons huidige pand in Veenendaal zit gelukkig nog heel veel groeiruimte”, zegt Yau.

Teststraten

De scale-up is gespecialiseerd in de high-throughput zuivering van DNA en RNA. Oorspronkelijk lag de focus op de agro-markt, onder meer in de planten- en zaadveredeling. Bij het begin van de coronacrisis werd echter al snel duidelijk dat de kits en apparatuur van MolGen met minimale aanpassingen heel geschikt waren voor de uitvoering van de COVID-19 PCR-testen, zeker omdat het ook daar ging om grote aantallen monsters. Een heel aantal GGD-teststraten maakt nu gebruik van de systemen van MolGen, evenals de bijbehorende moleculair diagnostische labs die de monsters van deze teststraten analyseren.

Totaaloplossing

De onderneming levert ondertussen veel meer dan alleen apparatuur voor de zuivering van DNA en RNA. “We bieden een totaaloplossing om laboratoria te ontzorgen, zodat ze zelf niet meer bij tig leveranciers hun materialen hoeven in te kopen”, vertelt Yau. Dat begint al met de buisjes die de medewerkers van de coronateststraten gebruiken om de swabs in te doen na de afname. “De buffer die in die buisjes zit, is deels door ons ontwikkeld. Zo hebben wij er bijvoorbeeld een kleurstof aan

‘De bottleneck is altijd de RNA-extractie en de PCR’

toegevoegd, waardoor het goed zichtbaar is als je ergens knoeit. Daarnaast hebben we er een component aan toegevoegd die zorgt voor afbraak van vast lichaamsmateriaal dat soms met het neusslijm meekomt, zodat pipetpunten hierdoor niet verstopt raken. De buffer is daarmee niet alleen een virustransportmedium dat zorgt dat het virus intact blijft, maar tegelijkertijd ook een lysisbuffer, waardoor celmateriaal wordt afgebroken. Dat scheelt uiteindelijk weer tijd, omdat daarmee tijdens transport van de monsters de eerste stap van de analyse al wordt uitgevoerd.”

Van buisjes naar plaat

In het lab moeten al deze buisjes weer worden geopend, om de monsters over te brengen in een multititerplaat. Dit kan volledig geautomatiseerd gebeuren met de PurePrep TTS van MolGen. Yau legt uit: “Als je elke dag duizenden swabs in het lab binnenkrijgt, is het veel werk om die allemaal handmatig te openen, en bovendien is dat voor medewerkers risicovol. Bovendien lukt het pipetteren uit de buisjes vaak niet goed, ook niet met een pipetteerrobot, omdat die dan vaak de swabs mee omhoog zuigt, waardoor die de lucht in vliegen. Bij de PurePrep TTS gebeurt het hele proces voor de veiligheid in een afgesloten kast. Daarbij maakt de pipetteerrobot een roterende beweging in het buisje om de swab van zich af te duwen. Dat werkt heel goed.”

Yau is heel enthousiast over de nieuwste variant van dit appa-

raat, de PurePrep TTS 2.0, die op de agenda staat voor lancering. Hij vertelt: “Ondanks alle maatregelen blijft er een kans dat er aerosolen vrijkomen, daarom is bij dit apparaat een UV-cleaner toegevoegd die de lucht opzuigt bij het openschroeven van de buisjes en over een UV-lamp geleidt. Voor de monsters zelf maakt dat verder niet uit. Bovendien is de robot sneller geworden, hij kan nu wel 220 buisjes per uur verwerken.” Tot slot worden er ook buffer en magnetische beads toegevoegd aan elk monster, voorheen een aparte handeling.

Snelle toegangstesten

Als de monsters zijn overgebracht naar een microtiterplaat, kan de daadwerkelijke RNA-extractie plaatsvinden, gevolgd door de uiteindelijke PCR-reactie. Ook hiervoor levert MolGen de nodige apparatuur, met daarbij ook een systeem om de bijbehorende extractiebuffers te maken, en alle benodigde disposables. “De apparatuur voor PCR is op dit moment nog niet van onszelf, maar we zijn wel bezig om daar iets voor te regelen”, vertelt Yau. MolGen is ondertussen hard bezig om de processen nog verder te versnellen, zodat mensen nog eerder hun testuitslag kunnen ontvangen. Dat is vooral van belang als er in de nabije toekomst steeds meer gewerkt gaat worden met toegangstesten en testen voor reizigers op bijvoorbeeld vliegvelden en evenementen. Zo wordt er bijvoorbeeld gekeken naar het gebruik van spuugcupjes, die de monsterafname een stuk makkelijker en sneller zouden kunnen maken, legt Yau uit. “De bottleneck is altijd de RNA-extractie en de PCR. De RNA-extractie proberen we te versnellen door verdere automatisering. Voor de PCR kijken we naar nieuwe PCR-technieken, zoals LAMP-PCR, waarbij de hele reactie op één temperatuur wordt uitgevoerd. Terwijl een

‘We zijn veel meer dan alleen een COVID diagnostiek-leverancier’

‘We hebben een component toegevoegd, zodat pipetpunten niet verstopt raken door lichaamsmateriaal dat met neusslijm meekomt’

conventionele PCR twee uur duurt, zou je dat met LAMP-PCR significant kunnen inkorten tot 20 minuten”, merkt Yau op. In sommige teststraten wordt die LAMP-test nu al ingezet.

Meer dan COVID

Persoonlijk hoopt Yau dat op een gegeven moment al die coronatesten niet meer nodig zijn. Voor het bedrijf hoeft dat niet uit te maken, denkt hij, omdat de systemen multi-inzetbaar zijn in verschillende markten en voor een breed scala aan testen. “Omdat we het systeem zelf ontwikkeld hebben, is het heel eenvoudig om aanpassingen te maken voor andersoortige testen, zoals SOA-testen of bloedonderzoek. Wij zijn ten slotte veel meer dan alleen een COVID diagnostiek-leverancier.”

Ebru Özdemir, validation analyst, bedient de PurePrep 96 voor RNA- en DNA-zuivering.

Onderzoeker Qi Zhang in het laboratorium van de Rijksuniversiteit Groningen.

Eenvoudig manipuleerbaar, natuurlijk molecuul tot 87% recyclebaar

LIPONZUUR VEELBELOVENDE, RECYCLEBARE BOUWSTEEN VOOR Redactie: Vincent Hentzepeter | Fotografie: RUG PLASTICS?

Het research center is een gezamenlijk project van de RUG en de East

China University of Science and Technology (ECUST) in Shanghai. Aan de leiding staan de Groningse Nobelprijswinnaar voor chemie Ben Feringa en de Chinese hoogleraren Da-Hui Qa en He Tian. Feringa spreekt van een gecontroleerde manier om polymeren te fabriceren van liponzuur. Dit natuurlijke zuur is een krachtige antioxidant die andere antioxidanten helpt te regenereren en wordt als supplement verkocht. Het bestaat uit een ringstructuur waarin twee zwavelatomen aan elkaar gekoppeld zijn. Deze kunnen na verbreking van die binding reageren met andere monomeren. Nieuw is dat nu er een manier is ontdekt om dit proces gecontroleerd te laten verlopen, waardoor het mogelijk wordt er lange polymeren van te kunnen maken.

Zelfherstellend

De carboxygroep aan het molecuul reageert gemakkelijk met metaalionen. Die kunnen zo kruisverbanden met de polymeren aangaan, waardoor er een zacht, elastisch materiaal ontstaat. Er kan ook een stevige film via ionenverbindingen worden verkregen door het indampen van een oplossing van het molecuul in water met natriumhydroxide, een sodaverbinding. Beide processen zijn omkeerbaar, wat ze interessant maakt voor recycling. Bovendien maakt dit mechanisme het materiaal ook nog eens zelf-herstellend. Een snee ‘geneest’ door beide randen tegen elkaar te drukken. Binnen een paar minuten zitten die dan weer aan elkaar vast.

Reversibele polymerisatie

Gangmaker in het onderzoek is Qi Zhang. Hij was eerst als promovendus bij ECUST in Shanghai betrokken, later als postdoc aan de RUG. Hij hoefde niets aan het liponzuur te veranderen om het geschikt te maken voor ‘depolymerisatie’. De polymeren vallen van nature uiteen door ze bloot te stellen aan natriumhydroxide. Ze lossen op en worden monomeren, de elementaire bouwstenen voor nieuwe plastics. Door toevoeging van wat zuur slaan de monomeren neer en kunnen ze teruggewonnen worden. Van belang daarbij is dat de kwaliteit van die gerecyclede monomeren niet onderdoet voor de maagdelijke bouwstenen. Daarmee komt reversibele polymerisatie binnen handbereik.

Veelbelovend molecuul

Uit labonderzoek blijkt nu dat het materiaal een aantal keren te recyclen is zonder kwaliteitsverlies. Dat wekt verwachtingen, maar Feringa waarschuwt wel dat een echte, industriële toepassing nog ver weg is. Het recyclingspercentage van 87% is hoog, maar nog lang geen 100%. In een reactie via Science LinX schrijft hij: “Dit is een eerste bewijs dat het werkt. We zijn nu bezig met experimenten om nieuwe polymeren met andere functionaliteiten te maken en om het proces van polymeriseren en depolymeriseren beter te leren begrijpen. Onze experimenten laten zien dat we harde en zachte, elastische polymeren kunnen maken op een gecontroleerde manier en dat we zo ook weer kunnen depolymeriseren. Dat maakt dit molecuul zo veelbelovend.’

Referentie: Qi Zhang, Yuanxin Deng, Chen-Yu Shi, Ben L. Feringa, He Tian and Da-Hui Qu: Dual closed-loop chemical recycling of synthetic polymers by intrinsically reconfigurable poly(disulfides) Matter 4 February 2021; doi.org/10.1016/j. matt.2021.01.014

Betrouwbare flowmeting cruciaal voor opschaling bioreactoronderzoek Photanol kweekt cyanobacteriën voor groene grondstoffen

Photanol zoekt op het Amsterdam Science Park naar de perfecte condities waaronder cyanobacteriën duurzame grondstoffen van de juiste samenstelling kunnen produceren voor onder meer de chemische industrie. Voor de opschaling van lab- naar pilot en demoschaal is beheersing van het bioreactoronderzoek, en dus de procesomstandigheden, cruciaal.

Vincent Hentzepeter | Fotografie: FOODnote

Tientallen bioreactoren staan te borrelen in de laboratoria

van Photanol. De cyanobacteriën – in de volksmond blauwalgen of blauwwieren – moeten bij de optimale temperatuur en lichtintensiteit continu gevoed worden met een juiste dosis CO2. Via fotosynthese zetten ze de koolstof in koolstofdioxide om in organische verbindingen die als bouwstenen kunnen dienen voor bijvoorbeeld polymeren in de chemische industrie. Een toepassing is organische grondstoffen, waarvoor een partnerschap is aangegaan met Nobian, een onderdeel van Nouryon. Het concern is een belangrijke bondgenoot in het onderzoek naar duurzame winning van grondstoffen met blauwalgen ter vervanging van fossiele. In een pilotinstallatie in het Amsterdamse Prodock-gebouw en in een demofabriek op Chemie Park Delfzijl test Photanol of resultaten onder R&D- en pilotcondities ook voor productieschaal gelden. “Het doel is om in de demofabriek 50.000 liter microalgen te cultiveren”, zegt Sabrina Botton, Senior Scientist, Upscaling Team Lead. “Het gaat daar nu om serieuze hoeveelheden, er is een extra team opgezet.”

Geoptimaliseerde kweekmethode

Photanol groeit als kool, ervaart Botton zelf. Het partnerschap met onder andere Corbion en Nobian helpen erg in deze ontwikkelingen. Ook de samenwerking met partner Renolit, de Duitse ontwikkelaar van plasticfolies en slangen, zorgt voor nieuwe ontwikkelingen binnen de jonge onderneming. Zo’n tien jaar geleden werd de startup opgericht door prof. Joost Teixeira de Mattos en prof. Klaas Hellingswerf. Ze combineerden hun kennis van microbiologische processen, fermentatie en fotosynthese. Dat resulteerde in een geoptimaliseerde kweekmethode voor het cultiveren van cyanobacteriën. Nu, in 2021, is Hellingswerf CSO bij Photanol. Teixeira de Mattos verliet Photanol in 2016 en ging als hoofd R&D verder bij Sustenso dat zich richt op circulaire energieoplossingen. “Klaas is bij ons de drijvende kracht achter de fotosynthesetechnologie en hij ontwikkelde het

‘Wij bieden een heel goed alternatief voor fossiele brandstoffen’

daarbij behorende fermentatieproces,” verwoordt Botton. “We produceerden aanvankelijk lactaat, melkzuur, met cyanobacteriën die we daarvoor speciaal aanpasten met genen van andere bacteriën. Lactaat is de bouwsteen voor melkzuurpolymeren, een van de belangrijkste grondstoffen voor bioplastics. Gaandeweg ontdekten we en vonden we bewijs dat het ook mogelijk was andere moleculen te produceren. Samen met onze partner Corbion besloten we ons te gaan concentreren op de productie van bepaalde organische zuren. Ons onderzoek wordt steeds interessanter, nu ook overheden de circulaire economie stimuleren en strengere regels gaan toepassen op de uitstoot van CO2. Wij bieden een heel goed alternatief voor fossiele brandstoffen. Om

Sabrina Botton, Senior Scientis, Upscaling Team Lead bij Photonol zet cultures met cyanobacteriën in de incubator-schudder.

te bewijzen dat we ook economisch competitief zijn op industriële schaal, zijn we op dit moment nog wel afhankelijk van investeerders, partners en overheidssubsidies.”

Koolstoffixatie

Waar Botton en haar team in het bioreactoronderzoek aan werken is katalyse van specifieke, organische bestanddelen met cellen als grondstoffabriekjes. “Gebruik makend van genen

‘Condities optimaliseren voor het cultiveren van de bacteriën, zoals temperatuur, CO2-gehalte, pH en nutriënten’

van andere bacteriën en hun enzymatische eigenschappen zijn cyanobacteriën de ideale cellen om met licht en CO2 biomassa te maken: koolstoffixatie. In de natuur zijn er duizenden genen om te doen wat je wilt dat ze doen, maar welke promotor is vereist om de werking van je gen te reguleren en tot de gewenste productie te komen en constante kwaliteit te leveren? In de praktijk moet je een effectieve combinatie vinden van allerlei genetische bouwblokken en die in je stam krijgen. Van E. Colibacteriën en gisten is hierover veel in de literatuur te vinden, voor cyanobacteriën is er veel minder beschikbaar. Bij ons onderzoek komt daarom veel trial and error kijken.”

CO2-concentraties

Voor het onderzoek zelf volstaat een lab op ML1-niveau, speciale reactoren voor de bacteriekweek, het creëren van de juiste condities en goede meetapparatuur. “Zonder licht geen fotosynthese en geen koolstoffixatie, dus dat is een belangrijke factor. We proberen de condities te optimaliseren voor het cultiveren van de bacteriën, zoals temperatuur, CO2-gehalte, pH en nutriënten.” Dat is experimenteren, balanceren, aanpassen en finetunen. Met diverse parameters die elkaar beïnvloeden is het zaak exact te

Juliette Martin, onderzoeker opschaling bij Photanol, bezig met onderzoek aan een bioreactor.

weten wat er in en uit het systeem gaat. “Hoeveel CO2 moet je toevoeren? Meer of minder heeft ook effect op de pH en je kweekcondities. Je moet exact weten hoeveel je hiervan geeft. Door parameters hoger of lager te kiezen, werken we toe naar een optimum. Dat proberen we dan op pilotschaal te implementeren, dat zit je zo op 1.000 liter, en gaat dat goed, dan gaan we naar demoschaal. We spelen veel met de gascompositie, de belangrijkste parameter die heel het proces meetbaar moet zijn. We meten CO2-concentraties in de orde van grootte van 400 ppm, dat is 0,04% atmosferisch, tot 5%. Een hoge CO2-dosis kan de productie opvoeren, maar het verlaagt ook de pH. En een pH lager dan 7 vinden cyanobacteriën niet fijn, dat geeft nieuwe problemen om op te lossen.”

Meet- en regeltechniek

Diverse massaflowcontrollers van Vögtlin regelen in de twee laboratoriumzalen van Photanol de toevoer van CO2. Sinds de aanschaf van de nieuwe meet- en regeltechniek kunnen de onderzoekers de processen veel beter beheersen. Minstens zo belangrijk: ze weten exact wat er in- en uitgaat op basis van zeer betrouwbare data. “We moeten precisie-instrumenten hebben om de culturen onder gecontroleerde omstandigheden te laten groeien. Daarom hebben we ons laten adviseren door Ton Bol [ex-directeur ABT, red.]. We werkten eerst met rotameters, die zijn erg onnauwkeurig. Je meet eigenlijk semi-kwantitatief. De foutenmarge zit in de orde van 10%. Dat is voor ons onderzoek veel te hoog. Met de VA-meters, massaflowcontrollers, is dit teruggebracht naar 1%. Wat we meten is veel reproduceerbaarder. Dat is superbelangrijk, want we moeten alles wat we onderzoeken kunnen reproduceren. Dat is cruciaal voor de opschaling. Weten wat je doet en wat er in de bioreactoren gebeurt, daar draait het om, en dat hebben we nu in de vingers.”

Groen productieproces

Duurzame productie van grondstoffen staat voorop bij Photanol. Het voordeel van cyanobacteriën is dat ze voor de productie van bouwstenen genoeg hebben aan CO2 en licht, dat levert een heel groen productieproces op. Botton: “Bij de kweek van melkzuurbacteriën moet je die voeden met suiker. Ons proces is duurzamer, omdat dat niet hoeft, maar het gaat wel langzamer. Alles wat je nodig hebt is een locatie waar het warm is en waar genoeg licht is.”

Bas Haringa, applicatiespecialist bij Sakura Finetek Europe, bedient het Tissue-Tek SmartConnect Automated Transfer System.

Snel en veilig biopten verwerken met robotarm Cobot versnelt pathologieflow

Inzet van cobots, robotapplicaties die veilig in de ruimte kunnen samenwerken met mensen, is de volgende stap in de automatisering van histopathologielabs. Een eerste toepassing is het automatisch transporteren van pathologisch weefsel tussen twee instrumenten om zo de workflow in het histopathologielab te optimaliseren.

Vincent Hentzepeter | Fotografie: FOODnote

In de showroom van Sakura Finetek Europe in Alphen a/d Rijn geeft applicatiespecialist Bas Haringa op een touchscreen een werkopdracht in. Na een ‘go’ gaat de opgestelde cobotarm aan het werk. De cobot haalt de magazijnen uit het laadstation en brengt deze naar het scangedeelte van de SmartConnect waar de cassettes voor de traceerbaarheid worden gescand, scant ze langs een barcodelezer, om ze daarna over te brengen naar naar de geautomatiseerde doorvoermachine en inbedder. Voordelen:

Samenwerking met cobots verhoogt productiviteit Cobottoepassingen in het lab van simpel tot slim

Uit studies blijkt dat de mens-robot samenwerking de productiviteit van medewerkers met 85 procent verhoogt. De robots doen vaak het grovere werk, de vakman maakt het af. Samen zijn ze bijna twee fte’s. Cobots kosten tussen de 20.000 en 40.000 euro, maar verdienen zich snel terug, doordat ze het werk van één persoon overnemen. Gemiddeld 10,5 maand na de aanschaf is de investering er al uit. Ze zijn bijna onderhoudsvrij, dus zijn er nauwelijks aanvullende kosten. Kooiconstructies om medewerkers te beschermen zijn meestal niet nodig, een voorwaarde voor samenwerking met mensen op de werkvloer. Cobots zijn voorzien van zelflerende software, waardoor ze snel taken aanleren, vaak al in 1,5 uur. Dit alles maakt cobots:

X Snel inzetbaar X Flexibel bruikbaar tussen taken X Simpel te programmeren en te bedienen X Werkt veilig samen met mensen, stopt bij aanraking

Meer leren over cobotapplicaties, zie: https://www.universal-robots.com/nl/academy/ Universal Robots heeft in meerdere laboratoria in de Benelux zo’n 70 cobots draaien, zowel voor simpele als complexe taken. ‘Pick & place’ valt in de categorie simpel, zoals het oppakken van meerdere medicijnflessen door de robotarm om die in te zetten. Slim is de applicatie waarbij tien cobots van Universal Robots samenwerken om het geslacht van een ongeboren kuiken te bepalen. Allereerst worden meerdere eieren in een carrousel geplaatst. Hierna wordt er door middel van een laser een klein gaatje gemaakt in het ei, zonder dat deze breekt of er schade ontstaat aan het embryo. Met een pipetje wordt een klein deel van het vruchtwater afgenomen en bewaard. Hiermee kan het geslacht van het ongeboren kuiken bepaald worden. Het proces is te zien op deze video:

https://www. youtube.com/ watch?v=lbPJghN9fns

medewerkers krijgen meer tijd om hun vakkennis in te zetten, verliezen geen tijd meer met het overzetten van cassettes van het ene in het andere apparaat, en het lab ontvangt een continue stroom van ingebedde weefselblokken en geen grote batch

‘Cobots zijn snel en flexibel inzetbaar, relatief eenvoudig te programmeren, en veilig in de samenwerking’

ineens. Ergo: minder werkdruk, een gelijkmatiger toestroom van cassettes en een efficiëntere workflow.

Automatisering

De inzet van collaboratieve robots voor het pre-analytische pathologieproces door Sakura Finetek Europe komt voort uit een groeiende vraag vanuit de sector om meer pathologieaanvragen te kunnen verwerken. Het Tissue-Tek SmartConnect Automated Transfer systeem ondervangt personeelstekorten in pathologielabs wereldwijd. Door deze krapte kan de verwerking van aanvragen vertraging oplopen en de kwaliteit onder druk komen te staan. Naar verwachting stromen er door pensionering de komende jaren relatief veel analisten uit. Automatisering van het pathologieproces is geboden, want de het aantal aanvragen zal in de toekomst verder aanzwellen. Volgens het Global Cancer Observatory-onderzoek (GLOBCAN2020) van het International Angency for Research on Cancer (IARC), van de World Health Organisation (WHO), waren er in 2020 19 miljoen nieuwe kan-

Fabian de Zeeuw, productmanager bij Sakura Finetek Europe, Bas Haringa, applicatiespecialist bij Sakura Finetek Europe, Kees van Roekel, sales en project manager bij Gibas Automation, Christian Janse, area sales development manager bij Benelux Universal Robots.

kergevallen. Naar verwachting is dit aantal in 2040 gestegen tot meer dan 30 miljoen gevallen per jaar. De opkomst van de digitale pathologie noopt eveneens tot automatisering. De inzet van kunstmatige intelligentie door pathologen maakt standaardisatie van de pre-analytische fase nog belangrijker. Zo moeten coupes voor AI-beeldanalysesoftware altijd even dik en identiek aangekleurd zijn voor een adequate interpretatie. De inzet van cobots reikt de helpende hand om de gewenste automatiseringsslag te kunnen maken die pathologielabs klaarstoomt voor de toekomst.

Proof of concept

De cobotopstelling is na bijna twee jaar ontwikkeling en testen klaar om uit te rollen in het lab. Dit technische hoogstandje is een co-innovatie met Gibas Automation, distributeur van Universal Robots. De proof of concept is nu geleverd, binnenkort wordt de eerste cobotoplossing geïnstalleerd bij een ZuidDuits histopathologielab. Een van de grote voordelen van een geautomatiseerde pre-analytische fase is dat histopathologen de hele dag door aan de slag kunnen met blokken binnen een continue stroom. De kleinere charges kunnen, anders dan de huidige grote, direct worden verwerkt. Dit geeft rust aan de medewerkers en zorgt ervoor dat de doorlooptijd van aanvragen gelijkmatiger wordt.

‘Minder werkdruk, een gelijkmatiger toestroom van aanvragen en een efficiëntere workflow’

Casettes worden volautomatisch gescand voor track & trace.

Optimale doorstroom

In de praktijk zorgt de cobot voor het verwerken van de cassettes in de doorvoermachines. Het doorvoeren van weefsel gebeurt in menig laboratiorium nog in de nacht, waardoor er backlogs ontstaan. Door het continue voeden van de automatische doorvoermachine en -inbedder zorgt de SmartConnect cobot de gehele dag voor een continue stroom van cassettes door het lab. Dit geeft een constant debiet van cassettes die de analisten beter aankunnen dan één batch met honderden cassettes ineens. Zo wordt de doorlooptijd geoptimaliseerd.

Track & Trace

Patiëntendossiers mogen nooit verloren gaan, in een geautomatiseerd proces uiteraard ook niet, maar dan is de monsterflow wel beter te beheersen via track & trace. Het systeem houdt daarnaast de omgevingscondities in de gaten met temperatuur als belangrijke parameter. Mocht er onverhoopt een te hoge of te lage temperatuur gemeten worden, dan wordt er een melding afgegeven. Ook hiervan wordt alle data opgeslagen om terug te kunnen kijken wanneer de temperatuur onder of boven een bepaalde waarde ligt. Dit is een extra waarborg voor de kwaliteit.

Automatiseringsstappen in het histopathologieproces

Vanaf het laadstation kan de analist tot zes magazijnen met cassettes ineens aanbieden aan de SmartConnect die vanaf dan al het manuele werk overneemt. De cobot laadt en ontlaadt de automatische weefselverwerker Tissue-Tek Xpress x120 Rapid Tissue Processor waarna de geautomatiseerde inbedder (Tissue-Tek AutoTEC a120) zonder menselijke tussenkomst wordt geladen. Het ontladen van dit instrument gaat ook automatisch. Het is ook mogelijk om conventioneel verwerkt weefsel, bijvoorbeeld afkomstig van de Tissue-Tek VIP6AI, af te geven aan de cobot, die het vervolgens aanbiedt aan de automatische inbedder AutoTEC a120. De aan de cobot gekoppelde QR-code geeft de SmartConnect de tracking en tracing mogelijkheid. Dit maakt het mogelijk de gescande data te koppelen aan het LIS van het lab. Via het LIS kan de analist bepalen waar de cassettes zich bevinden in het proces.

Bekijk de video van de cobotapplicatie op: https://youtu.be/bTAN4cDRElY