Vijf vragen aan.....Andries van der Meer
De Toekomst van Organ-on-Chip: Innovatie, Standaardisering en Samenwerking
In dit interview spreken we met Andries van der Meer, hoogleraar aan de Universiteit Twente en hoofdonderzoeker op het gebied van Organ-on-Chip technologie. Andries deelt zijn inzichten over de cruciale rol van standaardisering in dit veld, de uitdagingen en kansen voor de verdere ontwikkeling van Organ-on-Chip modellen, en de impact van het NXTGEN Hightech project op zijn werk. Hij bespreekt hoe samenwerking tussen academische instellingen, bedrijven en regelgevende instanties kan bijdragen aan de versnelling van innovaties en de implementatie van deze veelbelovende technologie in de farmaceutische industrie.
Waarom is standaardisering belangrijk voor Organ-on-Chip en hoe reageert de internationale gemeenschap hierop?
"Standaardisering is cruciaal voor de verdere ontwikkeling en implementatie van Organ-on-Chip technologie. Het helpt bij het creëren van richtlijnen voor het verzamelen en interpreteren van meetgegevens, wat essentieel is voor de reproduceerbaarheid en betrouwbaarheid van de data. Dit is vooral belangrijk voor de farmaceutische industrie en regelgevende instanties zoals de FDA en EMA, die deze gegevens gebruiken voor medicijnontwikkeling en toxicologietesten.
Zelf ben ik sterk betrokken bij dit proces. Op Europees niveau hebben organisaties CEN en CENELEC een focusgroep opgezet om standaardisering voor Organ-on-Chip te verkennen.
Ik was twee jaar voorzitter van deze focusgroep, waarin we met ongeveer 70 tot 80 experts een roadmap hebben geschreven. Dit document, dat vrij te downloaden is, brengt in kaart welke aspecten van de technologie gestandaardiseerd kunnen worden en waar we onze prioriteiten moeten leggen. Samen met NEN, het Nederlands Instituut voor Standaardisatie, werken we eraan om deze standaarden op ISO-niveau in te bedden."
(Tekst gaat verder onder de foto)
"Er zijn twee belangrijke manieren om naar standaardisering in dit domein te kijken. Ten eerste is er een sterke vraag vanuit eindgebruikers en regelgevende instanties om standaarden te ontwikkelen voor de gegevens die Organ-on-Chip modellen opleveren. Dit helpt bij de interpretatie en vergelijking van data met bestaande gegevens, zoals die uit diermodellen. Standaarden zorgen ervoor dat meetgegevens robuust en reproduceerbaar zijn, wat de acceptatie en implementatie van deze modellen in de medicijnontwikkeling vergemakkelijkt.
Ten tweede speelt standaardisering een rol in de innovatie. Om de ontwikkeling van complexere modellen te versnellen, moeten we afspraken maken over hoe verschillende componenten van een Organ-on-Chip geïntegreerd kunnen worden. Dit omvat biologische componenten, technische elementen zoals micro-elektronica en fluidica, en materialen afkomstig uit menselijke weefsels. Door basale afspraken te maken over kwaliteitscontrole en formfactoring, kunnen we sneller nieuwe toepassingen en modellen ontwikkelen.
Internationaal gezien is er brede steun voor standaardisering. Tijdens een recente workshop van het C-Path instituut *, een belangrijk adviesorgaan van de FDA, werd benadrukt hoe belangrijk standaardisering is voor de implementatie van Organ-on-Chip modellen in de medicijnontwikkeling.
De focus ligt hier vooral op het geven van richtlijnen voor meetgegevens en reproduceerbaarheid.
Bedrijven wereldwijd, of ze nu uit de VS, Duitsland, Korea of Nederland komen, zien allemaal de noodzaak van standaardisering. Hoewel ze hun eigen platforms hebben ontwikkeld en marktaandeel hebben veroverd, beseffen ze dat de marktpotentie enorm is en dat samenwerking in een pre-competitief domein essentieel is. Dit betekent dat bedrijven componenten en kennis moeten uitwisselen om sneller tot nieuwe toepassingen en innovaties te komen.
De internationale gemeenschap reageert positief op deze ontwikkelingen. De oprichting van een nieuwe ISO-subcommissie voor Microphysiological Systems en Organ-on-Chip onderstreept de waarde van standaardisering. Deze subcommissie werkt aan standaarden op het gebied van terminologie, biologische componenten, experimentopzet, datamanagement en engineering. Dit pionierswerk vormt een stevige basis voor verdere internationale standaardisatie."
* Critical Path Institute - The Path Forward in Drug Development
Waarom duurt het zo lang voordat Organ-on-Chip een grote markt wordt en wat is de relevantie ervan?
"De belangrijkste toepassingsdomeinen van Organ-on-Chip zijn biomedisch en farmaceutisch onderzoek, zoals het zoeken naar nieuwe therapieën en het begrijpen van menselijke ziektes. Momenteel wordt preklinisch farmaceutisch onderzoek bijna volledig gedomineerd door proefdiermodellen. Dit betekent dat menselijke ziektes worden nagebootst in dieren zoals muizen of honden, waarna kandidaat-medicijnen worden getest op werkzaamheid en veiligheid.
Het systeem is hierop ingericht, en regelgevende instanties vragen vaak om uitgebreide dierproeven. Echter, veel nieuwe therapieën zijn mens-specifiek, zoals celtherapie voor kanker en gentherapie. Deze therapieën werken vaak niet in diermodellen omdat ze gericht zijn op unieke menselijke aspecten.
Daarnaast hebben diermodellen beperkingen zoals hoge kosten, inefficiëntie en een lage voorspellende waarde voor menselijke reacties. Het succespercentage van klinische proeven in de farmaceutische industrie is erg laag, wat wijst op de beperkingen van diermodellen.
Organ-on-Chip technologie biedt een oplossing door de complexiteit van het menselijk lichaam na te bootsen in een gecontroleerde laboratoriumomgeving. Dit maakt het mogelijk om menselijke reacties nauwkeuriger te bestuderen. De technologie is kosten- en tijdsefficiënt en kan worden geoptimaliseerd voor toekomstige generaties van modellen.
De relevantie van Organ-on-Chip ligt in de mogelijkheid om menselijke ziektes en therapieën beter te begrijpen en te ontwikkelen. Dit is vooral belangrijk omdat veel nieuwe medicijnen en therapieën mens-specifiek zijn en niet goed getest kunnen worden in diermodellen. Organ-on-Chip technologie kan de voorspellende waarde van preklinisch onderzoek aanzienlijk verbeteren en de afhankelijkheid van dierproeven verminderen.
De markt voor Organ-on-Chip is potentieel enorm, en het is belangrijk om nu in te spelen op deze technologie om het momentum te behouden en de impact op biomedisch onderzoek en medicijnontwikkeling te vergroten."
Wat verwacht je van het NXTGEN Hightech Biomed 03 Organ-on-Chip project en wat is het belang ervan?
"Wat we doen in Biomed 03 is een voorbeeld stellen voor het hele veld van hoe het ook kan. Het veld van Organ-on-Chip is relatief jong, en het is indrukwekkend hoeveel er al is bereikt in 10 jaar. Wat begon als een academische exercitie is nu een technologie waar vraag naar is vanuit de markt, met commerciële activiteiten in de vorm van Organ-on-Chip bedrijven.
Deze bedrijven hebben echter allemaal hun eigen platformen ontwikkeld, met verschillende systemen voor bijvoorbeeld pompen en uitlezing. Dit maakt het moeilijk om snel te innoveren en nieuwe toepassingen te ontwikkelen. Wat we nu doen met NXTGEN Hightech is erkennen dat de marktpotentie veel groter is, maar dat hiervoor een andere aanpak nodig is. In plaats van gesloten platformen, creëren we een pre-competitief domein waarin bedrijven en academische instellingen samenwerken en hun expertise inbrengen.
Door componenten te combineren en standaarden te gebruiken, kunnen we sneller schakelen en innoveren.
Dit concept werkt al op kleine schaal in academische settings, zoals bij de Universiteit Twente. Het doel is nu om dit schaalbaar en maakbaar te maken, zodat het voldoet aan de huidige en toekomstige vraag uit de markt.
Er zijn specifieke uitdagingen per component, zoals miniaturisatie van sensoren en kwaliteitscontrole van cellen. Het NXTGEN Hightech project helpt ons deze uitdagingen te identificeren en aan te pakken. We bouwen een ecosysteem waarin verschillende partijen samenwerken en hun expertise delen. Dit kan leiden tot een marktpartij die als integrator fungeert, of een gelijk speelveld waarin bedrijven meerdere afzetmarkten bedienen.
Het spannende aan dit project is dat we samen ontdekken waar de knelpunten liggen en hoe we deze kunnen overwinnen om Organ-on-Chip technologie succesvol te ontwikkelen en commercialiseren."
Wat denk jij dat ideaal zou zijn om het volwassen worden van de Organ-on-Chip markt te versnellen? Wat zouden de grote stappen moeten zijn?
"Om de Organ-on-Chip markt te versnellen, moeten we praten met de beoogde eindgebruikers, zoals de farmaceutische industrie. Zij gebruiken nu al enkele bestaande Organ-on-Chip platformen, maar de leercurve is steil en de systemen nemen veel kostbare labruimte in beslag. Deze platformen passen vaak niet in de normale workflow van de labs, die gewend zijn aan gestandaardiseerde microtiterplaten.
Om de adoptie en implementatie te vergroten, moeten we deze uitdagingen aanpakken. Dit betekent inzetten op standaardisatie, zodat de vormfactor en standaarden aansluiten bij wat de eindgebruikers gewend zijn. Daarnaast is automatisering cruciaal, zodat de systemen als turnkey-oplossingen kunnen worden gebruikt zonder uitgebreide training.
Miniaturisering en parallellisering zijn ook belangrijk. De belofte van Organ-on-Chip is dat we in één studie honderden chips kunnen testen met verschillende concentraties van kandidaatmedicijnen. Momenteel zijn we daar nog ver van verwijderd, met studies die slechts enkele datapunten opleveren. Er zijn Organ-on-chip bedrijven die opschaling als uitgangspunt hebben genomen, hoewel ze daarbij concessies doen op het gebied van complexiteit.
De huidige Organ-on-Chip bedrijven komen hier nog mee weg omdat de prijsstelling vergelijkbaar is met dierproeven. Maar om echt te groeien, moeten we naar een model zoals in de micro-elektronica, waar we van grote, logge systemen naar compacte, efficiënte apparaten gaan. Dit zal de implementatie en adoptie aanzienlijk versnellen."
Wat heeft het NXTGEN Hightech project jou tot nu toe gebracht, naast financiële steun?
"Naast de financiële steun heeft het NXTGEN Hightech project mij veel inzichten en ervaringen gebracht. Ik ben betrokken bij zowel het Organ-on-Chip project als het One-stop-Shop project. Het One-stop-Shop project richt zich op het creëren van een ecosysteem waarin meerdere spelers en toeleveranciers samenwerken om werkende en maakbare producten te ontwikkelen. Standaardisatie is een expliciet onderdeel van dit project.
Wat mij vooral opviel, is de enorme energie in het veld om aan de uitdagingen van standaardisatie te werken. Het kostte relatief weinig moeite om dit van de grond te krijgen, dankzij de betrokkenheid van partijen zoals NEN en de bedrijven binnen NXTGEN Hightech.
Daarnaast ben ik veel betrokken bij de faciliteiten en infrastructuur binnen het One-stop-Shop project. Dit is een uitdagende puzzel, vooral omdat we bij de Universiteit Twente investeren in open faciliteiten en infrastructuur die toegankelijk zijn voor partners in het ecosysteem. Het doel is om bedrijven laagdrempelig toegang te geven tot complexe celbiologische assays en microfabricage-technieken.
Deze ervaring heeft me veel bewuster gemaakt van de uitdagingen bij het maakbaar en schaalbaar maken van deze technologie. In mijn dagelijkse praktijk ben ik vaak bezig met het ontwikkelen van nieuwe Organ-on-Chip modellen in het lab. Maar door dit project ben ik me veel meer bewust geworden van wat er allemaal bij komt kijken om deze innovaties kostenefficiënt naar echte producten te vertalen.
Het project heeft me ook laten zien hoe belangrijk samenwerking is met hightech- en biotechbedrijven, mechatronicabedrijven en ingenieursbureaus. Het heeft me duidelijk gemaakt wat onze rol is als universiteit en onderzoeker in dit ecosysteem, en hoe we elkaar nodig hebben om succesvol te zijn.
Er is ook veel synergie met andere domeinen van NXTGEN Hightech, zoals Smart Industries en Semicon. Veel van mijn collega's zijn geïnteresseerd in fotonica, Digital Twins en het optimaliseren van productietechnieken. Nu en ook in de toekomst zijn dit aspecten die we moeten meenemen in de vroege ontwikkeling van nieuwe technologieën om ervoor te zorgen dat ze schaalbaar en maakbaar zijn."