In een vorige blog gingen we dieper in op hoe die technologie werkt en waarom ze zo veelbelovend is. In deze blog kijken we naar wat daarachter zit: de samenwerking die nodig is om zo’n systeem te ontwikkelen.
Want een biosensor ontwikkelen is geen puur chemisch, biologisch of technologisch vraagstuk. Het is een combinatie van al die aspecten. Dat betekent dat verschillende onderzoekers vanaf het begin moeten samenwerken en hun kennis op elkaar moeten afstemmen.
Binnen het SOCan-consortium brengen we daarom clinici, genetici, (elektro)chemici en ingenieurs samen. Elk van hen kijkt vanuit een andere invalshoek naar dezelfde vraag: wat moet deze technologie kunnen om echt bruikbaar te zijn in de praktijk?
Die samenwerking start niet in het labo, maar bij het scherp definiëren van het probleem.
Het probleem scherpstellen: wat moet deze biosensor kunnen?
Verschillende disciplines bekeken die vraag elk vanuit hun eigen perspectief. Clinici vertrokken vanuit de praktijk: hoe snel moet een test resultaat geven? Hoe betrouwbaar moet die zijn om een behandeling op te baseren? En hoe past zo’n technologie in de workflow van een ziekenhuis?
Genetici en elektrochemici keken dan weer naar de technologische kant: welke beperkingen hebben bestaande biosensoren? Hoe gevoelig kunnen we meten? En hoe zorgen we ervoor dat de sensor enkel het juiste doelwit detecteert?
Om die inzichten te combineren, werden twee complementaire trajecten opgestart. Enerzijds bevroeg een klinische partner via een vragenlijst een brede groep stakeholders binnen de gezondheidszorg om noden en verwachtingen in kaart te brengen. Anderzijds voerden een geneticus en een elektrochemicus samen een systematische literatuurstudie uit naar de beperkingen van bestaande elektrochemische biosensoren.
Waarom is deze biosensor zo moeilijk te ontwikkelen?
Die brede verkenning bracht een aantal duidelijke uitdagingen naar voren.
Eerst en vooral is er gevoeligheid: de biosensor moet uiterst kleine hoeveelheden tumor-DNA kunnen detecteren. Tegelijk is ook specificiteit essentieel: hij mag enkel reageren op het juiste DNA-fragment en niet op gelijkaardige, maar irrelevante fragmenten.
Daarnaast is er de nood aan multiplexing: het gelijktijdig meten van meerdere biomerkers, zoals specifieke stukjes tumor-DNA, in één staal. Dat is belangrijk omdat kanker zelden door één enkele genetische verandering wordt bepaald.
Een bijkomende uitdaging is werken met echte patiëntstalen. In tegenstelling tot vereenvoudigde labostalen bevatten die een complexe mix van moleculen die metingen kunnen verstoren. Die “matrix” maakt het veel moeilijker om betrouwbare resultaten te bekomen.
Tot slot moet de biosensor ook snel zijn: hoewel huidige technieken, zoals next-generation sequencing, klinisch relevante signalen opleveren, neemt dit vaak meerdere dagen in beslag. Een snellere doorlooptijd is daarom essentieel om een duidelijke meerwaarde te bieden ten opzichte van de huidige klinische praktijk.
Van uitdaging naar oplossing: wat hebben we bereikt?
Onderzoekers van het SOCan consortium.
De gezamenlijke inspanningen beginnen hun vruchten af te werpen.
Elektrochemici verbeterden de signaalgeneratie met fotosensitizers, lichtgevoelige moleculen die een meetbaar elektrisch signaal produceren wanneer ze geactiveerd worden. Daardoor kunnen nu meerdere signalen tegelijk in één staal worden gemeten, een belangrijke stap richting multiplexing.
Tegelijk werd gewerkt aan opschaling. Waar eerder één staal per keer werd geanalyseerd, kunnen we vandaag tot 96 stalen tegelijk verwerken. Dat verhoogt de efficiëntie en brengt de technologie dichter bij praktische toepassing in een ziekenhuisomgeving.
Ook de capture probes, moleculen die specifiek binden aan tumor-DNA, werden verder verfijnd. Chemische en genetische optimalisaties maken dat ze hun doelwit specificieker herkennen, wat de betrouwbaarheid van de meting verhoogt.
Een recente doorbraak is de integratie van een amplificatiestrategie zoals loop-mediated isothermal amplification (LAMP). Hiermee worden kleine hoeveelheden DNA eerst vermenigvuldigd, zodat ze makkelijker detecteerbaar zijn. Het resultaat: een verbetering in gevoeligheid.
Toch blijven er uitdagingen. De sensor bereikt nog niet het detectieniveau van gevestigde methodes zoals PCR of sequencing, en de robuustheid bij verschillende soorten patiëntstalen moet nog worden getest. Ook moeten de systemen nog compacter en gebruiksvriendelijker worden gemaakt voordat ze routinematig in ziekenhuizen kunnen worden ingezet.
Kortom: we boeken belangrijke vooruitgang, maar het werk is nog niet af. De technologie wordt steeds beter, nauwkeuriger en relevanter voor de kliniek, maar het traject naar een volledig werkende, betrouwbare biosensor voor dagelijks gebruik bij patiënten loopt nog verder.
De som der delen
Deze vooruitgang onderstreept één duidelijke les: innovatie ontstaat niet binnen één discipline, maar precies op het kruispunt ervan.
Wat begint als een chemisch idee, moet biologisch relevant, technisch haalbaar en klinisch bruikbaar zijn. Dat vraagt om voortdurende afstemming, bijsturing en samenwerking.
Of, zoals het vaak aanvoelt: een gesprek voeren in drie talen tegelijk.
Maar net in die complexiteit schuilt de kracht. Wanneer genetici, (elektro)chemici en clinici hun expertise bundelen, wordt het geheel meer dan de som der delen, en komt een werkbare, klinisch relevante biosensor echt binnen bereik.
Referenties
Schrijf je in op onze nieuwsbrief
En blijf op de hoogte van de laatste inzichten in wetenschap en technologie.