Wereldwijd levens redden met betaalbare moleculaire diagnostische tests

Volledig geautomatiseerde tests: een apart handling-systeem, gebaseerd op het vlakke oppervlak EXCM-30, transporteert en positioneert de microtiterplaat met de elektrische grijper EHPS-16 tussen de verschillende bewerkingsstappen.

Na de handmatige plaatsing kan de operator zich richten op zijn daadwerkelijke taak, namelijk het analyseren van de resultaten.

Ruimtebesparend: elk een portaal neemt het pipetteren en dispenseren van vloeistoffen over, evenals het transporteren en positioneren van de microtitratieplaat.

Hoge doorvoer: twee driedimensionale poorten met pipetteer- en transportsystemen zorgen voor een volledig geautomatiseerd proces van moleculair diagnostische tests.

Hoe veel ziekteverwekkers snel kunnen worden aangetoond zonder dure biosafe laboratoria te hoeven gebruiken, toont Fast MDx. Het bedrijf uit Londen ontwikkelde een patiëntnabij testsysteem dat de gebruikelijke wachttijd van 24 tot 48 uur terugbrengt tot slechts één tot twee uur. Aan boord: automatiseringstechniek van Festo.

Fast MDx is het eerste volledig automatische, patiëntnabije high-throughput testsysteem. Het zal in mei 2023 op de markt komen met een multiplex CE-IVD-goedgekeurde test voor de meest voorkomende ademwegverwekkers, Influenza A, Influenza B, RSV A, RSV B en Covid-19. Verdere assays worden binnenkort aan het testmenu toegevoegd. Het testplatform wordt meestal patiëntnabij in ziekenhuizen, klinieken of huisartsenpraktijken opgesteld. Dit bespaart tijd, kosten en reizen. "Hierdoor krijgen geïnfecteerde mensen sneller een gepersonaliseerde behandeling," legt Richard Lewis uit, oprichter en CEO van Fast MDx.

Snel, gepersonaliseerde tests

Ook al lijkt de pandemie in de publieke opinie en bij regeringen wereldwijd niet meer het overheersende onderwerp te zijn, is het toch belangrijk om artsen snel, betrouwbaar en gepersonaliseerd testresultaten te bieden. Ze moeten immers weten hoe ze patiënten moeten behandelen en wie in quarantaine moet, om de verspreiding van infectieziekten zoals Covid-19 te beperken.

"Het Fast MDx-testsysteem is mobiel en daardoor overal inzetbaar. Voor de bediening is slechts één technicus nodig, niet vijf zoals gewoonlijk in een centraal laboratorium, om in een dienst van 8 uur tot 1.000 patiëntmonsters te verwerken," aldus Lewis. Een bijkomend voordeel van het patiëntnabije concept: de milieu-impact wordt aanzienlijk verminderd doordat lange transportafstanden wegvallen en de voertuigemissies dalen. Bovendien hoeven de monsters niet uitgebreid dubbel verpakt te worden en na één keer gebruik verbrand te worden om kruisbesmetting te voorkomen.

Alles wat nodig is aan boord

Het Fast MDx-platform maakt gebruik van automatiseringstechniek van Festo bij pipetteren en dispensatie. Geautomatiseerde testsystemen besparen de technicus tijd en verminderen menselijke fouten die gepaard gaan met handmatig pipetteren van honderden monsters in gestandaardiseerde buisjes en microtiterplaten. Fast MDx is een volledig geïntegreerd systeem dat alles omvat wat nodig is voor de test, van de monsterspuitjes en wattenstaafjes tot de elektronische overdracht van de resultaten aan het ziekenhuis, de kliniek of de huisartsenpraktijk waar de monstername plaatsvond," legt Lewis uit.

Het bedrijf zal in 2023/24 zijn testaanbod uitbreiden met tests voor ziekenhuisverwekkers zoals C-Diff en MRSA, evenals voor sepsis, waar jaarlijks ongeveer 11 miljoen mensen wereldwijd aan overlijden. Het is ook het perfecte systeem voor het uitvoeren van genomische tests, die artsen informeren over welke screeningstests ze op basis van het DNA van hun patiënten moeten uitvoeren om erfelijke ziekten in een vroeg stadium te detecteren. "Zo kunnen patiënten hun levensstijl aanpassen om het ontstaan van ziekten te voorkomen waarvoor ze genetisch predisposities hebben," aldus Lewis.

Geen kapitaalbinding

"Een voordeel voor exploitanten is dat het systeem geen kapitaal bindt, omdat wij het Fast MDx-testsysteem gratis aan exploitanten ter beschikking stellen," zegt Lewis over zijn sociale onderneming. Dankzij de schaalvoordelen is het het eerste systeem ter wereld dat moleculaire tests en diagnoses overal toegankelijk maakt, niet alleen in welvarendere landen.

De tests op het Fast MDx-platform zijn volledig geautomatiseerd: het systeem omvat handlingportalen met elektrische assen van Festo voor nauwkeurig pipetteren en voor robotgestuurde handling van PCR-microtiterplaten, een warmteversiegelingsmachine van Kbiosystems en de gepatenteerde, ultrasnelle qPCR-thermocycler van Fast MDx, de NGX2. De biosero-software die op het platform wordt gebruikt, integreert en bestuurt alle modules en maakt de bediening zeer eenvoudig. Het platform is zeer compact: het vereist slechts een vloeroppervlak van 0,7 m x 1 m. Dankzij vergrendelbare wielen kan het gemakkelijk van de ene naar de andere locatie worden verplaatst.

De Britse machinebouwer Applied Automation is verantwoordelijk voor de opbouw van het complete testsysteem en voor alle aspecten van veiligheid, risicoanalyse en CE-markering.

Bediening van het Fast MDx-testsysteem

De operator plaatst drie rekken met pipetspuiten en een 96-well microtiterplaat op de daarvoor bestemde plaatsen in het Fast MDx-platform. De assay-kit met alle reagentia en controles wordt eenvoudig in een aluminiumblok geladen en geklikt. 92 patiëntmonsters in Pathtubes® worden in het platform geplaatst en gedurende het hele proces gevolgd met behulp van een unieke barcode, die met een laser op de bodem van elke Pathtube® wordt aangebracht.

Tijdens de monstervoorbereiding werkt het Festo EXCM-plattegrondportaal in de X- en Y-as. De 92 patiëntmonsters worden van onderaf gescand met de optische sensoren van Festo om te controleren of alle monsters aanwezig zijn. Het geautomatiseerde pipetteersysteem, bestaande uit de Festo pipetteerkop DHOE en de wegwerpspuitafzuiger DHAO, is gemonteerd op het vlakke portaal in de Z-richting. De pipetteerkop kan volumes nauwkeurig doseren in het bereik van 10 µl en de pipetteersnelheid kan zo worden ingesteld dat tot 10 ml/sec kan worden gedoseerd.

De mastermix wordt voorbereid, op de microtiterplaat aangebracht en de monsters worden toegevoegd. Elke patiëntmonster wordt met de wegwerp-pipetspuit, die de Pathtube®-deksel van Fast MDx doorboort, opgezogen en in de mastermix in een kuiltje van de microtiterplaat gepipetteerd. Om kruisbesmetting te voorkomen, wordt elke spuit slechts voor één patiëntmonster gebruikt en daarna weggegooid. "Het doorboren van de Pathtube®-deksel bespaart veel tijd en geld, omdat geen conventionele openings- en sluitingssystemen nodig zijn en menselijke handelingen, zoals bij het handmatig pipetteren van honderden monsters in buisjes, worden voorkomen," legt Hannes Rösser uit, expert in handlingtechniek bij Festo.

Elektrische grijpers en assen in gebruik

Een apart handling-systeem, gebaseerd op het EXCM-30 vlakke portaal, neemt de gevulde microtiterplaat met de elektrische grijper EHPS-16 op en plaatst deze in de heatsealer, waar deze wordt verzegeld met kunststoffolie. De verzegelde plaat wordt vervolgens in de RT-Block geplaatst, waar de omzetting van RNA, indien aanwezig, in complementaire DNA (cDNA) wordt gestart.

Ten slotte wordt de plaat in de NGX2 qPCR-thermocycler geplaatst, waar de PCR-reactie plaatsvindt en de cDNA wordt versterkt. De NGX2 gebruikt een ultrasnel fluorescentiedetectiesysteem om te bepalen of de cDNA-sequentie van de betreffende verwekker in een van de onderzochte patiëntmonsters aanwezig is.

De testresultaten worden binnen 1 tot 2 uur elektronisch aan de arts die de test heeft aangevraagd, beschikbaar gesteld, zodat hij het beste gepersonaliseerde behandelplan voor zijn patiënten kan vaststellen.

Onafhankelijke druk-vacuüm-generator

Om onafhankelijk te zijn van een externe pneumatische voorziening, gebruikt het Fast MDx-testsysteem de PGVA druk-vacuüm-generator van Festo, die een druk of vacuüm van +/-0,5 bar produceert. Voor pneumatische voorziening met druk- en vacuümregeling is slechts een 24-volt voeding nodig. De PGVA integreert op een klein oppervlak een mini-compressor, een luchtfiltereenheid, een reservoir en een elektronische druk- en vacuümregeling, wat een gesloten oplossing vormt voor vloeistofhandling in laboratoriumautomatisering.

"Dankzij de nauwe samenwerking tussen Fast MDx en Festo konden we ondanks de extreme complexiteit snel en efficiënt de eerste prototypes bouwen," zegt Richard Lewis, CEO van Fast MDx. "We hebben de uitgebreide expertise van Fast MDx op het gebied van qPCR-thermocycling kunnen combineren met de bewezen 3D-portalen, besturingssystemen en pipetteersystemen van Festo."

Over Fast MDx:

Fast MDx is een sociaal bedrijf dat als doel heeft kosteneffectieve, snelle moleculaire diagnostische tests met hoge doorvoer voor iedereen op de wereld beschikbaar te maken. Fast MDx zal artsen sneller en betrouwbaarder resultaten leveren, zodat zij elke patiënt sneller een individueel behandelplan kunnen bieden. Het bedrijf is een spin-off van de BJS Company, die sinds 1991 actief is in de ontwikkeling van PCR-thermocyclers en tegenwoordig de meeste Tier-1-thermocyclerfabrikanten levert met snelle, precieze, zilveren warmtewisselblokken.