‘Bijna al het labwerk om bijvoorbeeld nieuwe cellijnen te maken voor de productie van medicijnen gebeurde nog met de hand’, vertelt ceo Federico Muffatto (foto) van de Amsterdamse start-up Digi.Bio. Muffatto realiseerde zich bij zijn vorige werkgever hoe omslachtig dit was. ‘Het duurde maanden en er ging vaak iets mis. Maar het kon simpelweg niet sneller, gezien de schaal waarop we moesten werken.’

Met de gedachte daar iets aan te doen, zag Digi.Bio in 2016 het levenslicht. Samen met head of operations Sabrina Zaini staat Muffatto aan het roer van de start-up. Het bedrijf was een van de winnaars van de Academic Startup Competition 2020 (zie kader onderaan dit artikel).

Kleine volumes

Digi.Bio richt zich op digital microfluidics, een techniek op basis van een minuscule chip, geavanceerde software en microfluidics om geautomatiseerd met grote aantallen samples te werken. Het grootste verschil met handmatig laboratoriumwerk waarmee je cellijnen produceert, zit in de volumes en de hoeveelheden.

Zelf pipeteren is mogelijk tot op een schaal van mil­liliters en soms microliters. Je hebt veel cellen nodig en het duurt weken om menselijke cellen te laten groeien.’ Volgens Muffatto is het een enorme uitdaging om dit hele proces te versnellen.

Digi.Bio’s lab-op-een-chip heeft veel minder cellen nodig, per compartiment slechts één cel. Alle stappen die je vervolgens handmatig moest doen met die cellen vinden nu plaats op de chip, zoals inbrengen, selecteren en laten groeien van cellen, media verwisselen en cellen testen, bijvoorbeeld met ELISA.

‘In plaats van iets enkele honderden of duizenden keren herhalen, kan dat op een chip veel vaker. Je kunt zo ook in een eerder stadium bepalen welke samples de juiste cellen bevatten. Je hoeft ze niet eerst langere tijd te laten groeien voordat je ze kunt testen.’

Het scheelt dus simpelweg tijd als je met kleine volumes en een groot aantal samples werkt. Praktisch gezien moeten echter wel dezelfde handelingen plaatsvinden als voorheen. Daarvoor stuurt de door Digi.Bio ontwikkelde software die handelingen aan, met behulp digital microfluidics.

Dit berust op het principe van electrowetting; een elektrisch veld variëren om een oppervlak meer hydrofiel of hydrofoob te maken. Losse druppels vloeistof kun je zo heel precies laten bewegen, bijvoorbeeld van en naar compartimenten met cellen. De bewegingen van die druppels zijn softwarematig te sturen. Het systeem maakt ook gebruik van beeldanalyse en machine learning om nog meer inzicht in het proces te krijgen.

Kunstmatige intelligentie

De techniek van digital microfluidics bestond al een aantal jaren voor de oprichting van Digi.Bio, maar was nog niet doorontwikkeld voor biotechnologische laboratoria. Zaini legt uit waarom dat nu wel gebeurt. ‘De laatste jaren zijn de chips veel geavanceerder geworden en tegelijk goedkoper. Het is nu dus veel makkelijker om digital microfluidics verder te ontwikkelen. Voor laboratoria kan het tegenwoordig uit om hun processen verder te automatiseren. Het is een groeiende markt nu.’

Muffatto vult aan: ‘We willen het voor biologen net zo makkelijk maken als met een pcr-machine of een spectrofotometer. Je hoort weleens dat genomics de wereld hebben veranderd, maar eigenlijk moet die eer gaan naar de bouwers van geautomatiseerde pcr-apparaten.’ Concurrenten die ook met digital microfluidics werken, zitten meer in de diagnostiek of in personal health. Digi.Bio zou de eerste zijn die werkt aan toepassingen in de regeneratieve geneeskunde.

Met het platform van Digi.Bio kun je experimenten nauwgezet volgen en aanpassen, waar nodig op basis van kunstmatige intelligentie. ‘Dat is nog een voordeel ten opzichte van handwerk’, vertelt Zaini. ‘Iemand die de deur van het lab opendoet, kan bij wijze van spreken een zuchtje wind veroorzaken. Dat kan invloed hebben op een experiment. Een op het eerste gezicht kleine verstoring kan grote gevolgen hebben, maar dat blijkt later pas. Met kunstmatig intelligentie kunnen we de processen op de chip veel preciezer volgen.’

‘Het is simpelweg te veel data om te controleren’, vervolgt Muffatto. ‘Je moet die data dus allemaal in samenhang laten analyseren door de computer om daar nuttige conclusies uit te trekken voor je volgende experiment.’

Breder aanbod

Digi.Bio richt zich op in eerste instantie op toepassingen in de regeneratieve geneeskunde. ‘Denk hierbij aan therapieën op basis van cellijnen die met CRISPR-Cas zijn gemaakt’, vertelt Muffatto. ‘Dit zijn vaak dure behandelingen en dat komt doordat het productieproces heel langzaam gaat. Met onze digital microfluidics willen we dat veranderen. Een jaar werk moet je dan kunnen terugbrengen tot een paar weken’, stelt hij.

Op dit moment werkt Digi.Bio met een handjevol laboratoria die het Early Acces Program gebruiken. Zij krijgen een apparaat, chips, toegang tot een onlineprotocoleditor en persoonlijke ondersteuning. Volgend jaar hoopt het bedrijf de pilot af te ronden. Daarna gaan Muffatto en Zaini hun product breder aanbieden aan universiteiten en bedrijven.

Muffatto: ‘We richten ons uiteindelijk niet alleen op regeneratieve geneeskunde, maar op het hele veld van de synthetische biologie. Ik denk dat onderzoek in dit vakgebied veel sneller kan gaan. En dat gaat ook gebeuren, we leven tenslotte in de eeuw van de biologie.’