Twentse labchips dringen door in medische en veterinaire markt

Reading time: 7 minutes

Author:

De Lab-on-a-Chip-groep van de Universiteit Twente is de afgelopen jaren een vruchtbare voedingsbodem geweest voor ondernemers. Diverse masters en promovendi zijn in Enschede technologiebedrijfjes gestart met praktische labchips voor de zorg- en landbouwsectoren. Hoe kan het dat ze in Twente zo succesvol zijn met hun uitvindingen en welke problemen moeten de start-ups nog overwinnen?

Een lab-on-a-chip is in de basis een kleine chip, zo‘n beetje ter grootte van een euromunt, waarmee zeer kleine deeltjes in vloeistoffen gemanipuleerd en gemeten kunnen worden. Denk daarbij aan het manipuleren van moleculen of cellen. Het idee is dat je met zo’n chip een meting kan doen die normaal in een laboratorium uitgevoerd dient te worden.

In Twente onderzoekt de Bios/Lab-on-a-Chip-groep van Mesa+ allerlei praktische toepassingen van de chips. Dat heeft verschillende uitvindingen opgeleverd. Een aantal jaren geleden werd bijvoorbeeld een kleine labchip ontwikkeld waarmee het lithiumgehalte in bloed van manisch-depressieve patiënten is te meten. Die hoeven dan niet meer langs het ziekenhuis; ze kunnen nu thuis testen of ze een gezonde dosis lithium innemen. Vorig jaar haalde de groep het landelijke nieuws met een chip waarmee mannen hun vruchtbaarheid kunnen testen. En ook vandaag werken ze nog aan nieuwe uitvindingen. Dit keer is de realisatie van een nanopil om kankercellen in de dikke darm op te sporen het einddoel.

Groot en duur

Opvallend is dat veel van de uitvindingen van de onderzoeksgroep ook worden doorontwikkeld tot concrete eindproducten. Loes Segerink is de laatste onderzoeker uit de groep die met een eigen labchipbedrijf van start ging. Segerink ontwikkelde tijdens haar promotie een labchip die in staat is spermacellen in een zaadmonster te tellen. Het monster wordt aangebracht op de chip en laat de deeltjes door een bijzonder smal kanaal stromen. Boven het kanaal zijn elektrodes aangebracht die een elektrisch veld aanbrengen. Wanneer een cel zich door het veld begeeft, verandert de gemeten weerstand tussen de elektrodes (impedantie). Zodoende is te tellen hoeveel deeltjes erlangs stromen.

’Die impedantie is afhankelijk van de grootte van de cellen die langskomen. Zaadcellen zijn veel kleiner dan witte bloedcellen of andere cellen die in het systeem aanwezig kunnen zijn. Aan de grootte kun je dus herkennen wat voor soort cellen voorbijkomen‘, vertelt Segerink. Daar komt nog bij dat ze erin geslaagd is zwemmende van niet-zwemmende cellen te scheiden. ’Door de kanaaltjes op de chip iets te verruimen, krijgen de spermacellen de mogelijkheid uit de stroom te zwemmen. Die wegzwemmende cellen worden apart geteld. Daarmee kun je ook een telling maken van bewegende en niet-bewegende spermacellen.‘

Loes Segerink ontwikkelde tijdens haar promotieonderzoek aan de UT een labchip die spermacellen telt door de veranderingen in de weerstand te meten als cellen voorbijstromen. Door zich eerst op de veterinaire markt te richten, denkt zij dat haar bedrijf sneller tot een werkend product komt.

Hoewel het ontwerp van de chip af is, moet er nog heel wat onderzoek gebeuren eer de chip ook als meetinstrument mag worden toegepast. Afgelopen zomer kreeg Segerink hiervoor een Valorisation Grant van technologiestichtring STW. Haar bedrijf, Cellanyzer, gaat de chip in eerste instantie toepasbaar maken voor de opsporing van uierontstekingen in melkvee. De nieuwe chip gaat het aantal witte bloedcellen tellen in een melkmonster. ’Op de veterinaire markt denken we sneller een vliegende start te kunnen maken‘, verklaart ze. ’Je hebt minder te maken met de strenge regels rond diagnostiek en de chip is eenvoudiger te realiseren.‘ Melk bevat namelijk nauwelijks andere cellen dan witte bloedcellen, wat het tellen relatief eenvoudig maakt. Bovendien speelt de bewegelijkheid van de cellen geen rol van betekenis, waardoor het ontwerp eenvoudiger kan.

Het geld van de subsidie gaat Segerink vooral besteden aan praktische problemen die komen kijken bij het inzetten van de uitvinding. ’Ik wil onder meer het meetsysteem verkleinen. Het monster plaatsen we weliswaar op een chip, maar de impedantie kan alleen nog worden opgewekt door een grote machine. Ik wil een compacte handheld gaan maken die ook in het veld te gebruiken is. Ook moeten we nog onderzoeken of de metingen onder alle omstandigheden uitgevoerd kunnen worden. Wanneer het bijvoorbeeld warm is in een stal kunnen de metingen anders uitpakken dan wanneer het koud is. Eerdere tests werden altijd bij kamertemperatuur uitgevoerd en we weten dus niet precies in hoeverre er een afwijking is. In het ontwerp zullen we een referentie in moeten bouwen waardoor je zeker weet dat je onder alle omstandigheden juist meet.‘

Ook gaat Segerink onderzoeken of haar ontwerp niet goedkoper gemaakt kan worden. ’Voor een meting is het bijvoorbeeld nodig te weten welk volume door de microkanalen is gestroomd. Eerder deden we dat met een pomp. In ons ontwerp willen we die echter liever niet aanbrengen, omdat die relatief groot en duur is. We bekijken daarom of we het volume kunnen bepalen aan de hand van de metingen van de chip.‘

Als alles goed gaat, zal er binnen twee jaar een prototype voor Cellanyzer zijn ontwikkeld. De geleerde lessen zullen worden gebruikt bij de verdere ontwikkeling van de thuisvruchtbaarheidstest voor mannen.

Tot wasdom

De Twentse Bios/Lab-on-a-Chip-groep staat onder leiding van professor Albert van den Berg. Hij is erg enthousiast dat er zo veel belangstelling is voor de commerciële mogelijkheden van labchips. ’Er worden al meer dan tien jaar lab-on-a-chips ontwikkeld en ik heb altijd het gevoel gehad dat er veel te weinig gebruik werd gemaakt van de toepassingen. Ik ben dus erg blij dat dat nu eindelijk gebeurt.‘

Van den Berg denkt dat het niet zozeer de labchip is die in de belangstelling staat, maar dat er de laatste jaren überhaupt veel interesse in microfluïdica is gekomen. ’Internationaal zie je dat dit soort technologie op heel brede schaal tot wasdom begint te komen en tot realisatie begint te leiden. Op het gebied van DNA-analyse wordt er bijvoorbeeld veel van chiptechnieken gebruikgemaakt om DNA te sequencen. Dan praat je echt over een miljoenenmarkt. Wij zijn in Twente gelukkig dat we redelijk vooraan meedoen en de eerste bedrijven hebben die op de medische en veterinaire markt lab-on-a-chips daadwerkelijk tot producten weten om te zetten.‘

Zelf is Van den Berg eigenlijk nauwelijks betrokken bij de spin-offbedrijven die rond zijn vakgroep zijn gestart. Wel had hij een aantal jaren geleden een rol bij de oprichting van Medimate van Huub Maas, de ontwikkelaar van de lithiumtest. ’Bij die lab-on-a-chip keken we naar de snelheid van nanodeeltjes in het microkanaal. Met de elektrodes konden we de snelheid van geladen ionen manipuleren. Die snelheid verschilt per type ion en op basis van die kennis kunnen we bepalen wanneer welke ionen langskomen en vaststellen wat de concentratie van bepaalde ionen is.‘ Het ontwerp van de chip was beslist anders dan dat van Segerink. ’Bij het onderzoek van Loes hebben we ons vooral gericht op de vraag hoe je de beweging van deeltjes kunt manipuleren en meten. Zo zoeken we steeds een nieuw onderzoeksveld dat een uitdaging is voor de wetenschap.‘

Hoewel de uitvindingen van de Lab-on-a-Chip-groep de laatste jaren de weg naar de markt lijken te vinden en bedrijven interesse hebben in de techniek, is Van den Berg toch nog altijd een echte fundamentele wetenschapper. ’Een onderzoek moet vernieuwend zijn en goede publicaties opleveren, anders ben je gewoon een ontwikkelbedrijf dat in opdracht handelt‘, stelt hij. ’Er bestaat wel een spanningsveld tussen hoe vernieuwend een onderzoek is en in hoeverre het gefinancierd kan worden door de markt voor een praktische toepassing. In principe richt je je als wetenschapper op welke onderzoeksprojecten wetenschappelijk uitdagend zijn. Als je vijf projecten hebt die je wilt doen, kijk je natuurlijk wel met een schuin oog naar de haalbaarheid. In dat geval kan de financiering een criterium zijn.‘

Philips of ASML

Start-ups die in Twente beginnen, moeten zelf hun funding regelen en vervolgstappen bepalen wanneer ze een uitvinding te gelde willen maken. Wel ondersteunt de universiteit de bedrijfjes nog op allerlei manieren. ’Het Mesa+-instituut waar wij bij zitten, heeft allerlei maatregelen genomen om startende bedrijven te faciliteren‘, zegt Van den Berg. ’Er is een startsubsidie die vrij gemakkelijk te verkrijgen is als je een idee hebt. Er zijn allerlei loketten waar je aan kunt kloppen om cursussen te doen over de vraag hoe je een business op moet zetten. Patentassistentie en juridische adviezen kun je goed krijgen. Daarnaast zijn er allerlei valorisatiesubsidies beschikbaar, bijvoorbeeld bij STW of het Nanonext-programma. Ook op het gebied van faciliteiten is er ondersteuning. Zo is er de High Tech Factory, waar bedrijven in de microsysteem- en nanotechnologie massa kunnen maken voor de commerciële markt. Het ecosysteem is helemaal klaar voor ondernemers en masters met een goed idee hoeven zich alleen te richten op de essentiële dingen.‘

Daar komt nog bij dat Twente geen ASML of Philips in de buurt heeft waar allerlei talentvolle mensen aan de slag kunnen. Er is daardoor meer ruimte om zelf te ondernemen. Het belangrijkste is volgens Van den Berg echter de gemixte omgeving die het Mesa+-instituut biedt. ’Er lopen hier ingenieurs rond, nanotechnologen, fysici, chemici … Het komt hier allemaal bij elkaar. Puur als elektrotechnicus of biomedisch technicus kun je dit niet doen. Je hebt echt een mix van ideeën nodig en bij onze groep komt dat allemaal bij elkaar. Dat is echt fantastisch.‘