Biologie en technologie zijn steeds meer verweven

Het Leuvense imec is wereldtop in het onderzoek naar chip- en nanotechnologie. Wist u echter dat het onderzoekscentrum ook een belangrijke Health-poot heeft?

Elke Giets is doctor in de bio-ingenieurswetenschappen (KU Leuven). Elke werkt voor imec op het raakpunt van technologie en gezondheid.

"Wat onze Chief Technology Officer Health Peter Peumans en mijzelf drijft, is een grote nieuwsgierigheid en het oplossings- en systeemgericht denken. We willen weten waarop wetenschap en bedrijven vastlopen en onderzoeken of en hoe technologie mee een oplossing kan bieden. Het is heel aanlokkelijk om vanuit de technologie te vertrekken en dan te kijken wat je ermee kunt. Maar bij imec proberen we steeds bewuster een stapje terug te zetten en te kijken naar de noden van de wetenschappers, de maatschappij en de industrie. Uiteraard moet er een match zijn met de imec-technologie: ze moet een disruptief verschil kunnen maken."

"Om complexe problemen op te lossen, moet je verschillende stukjes expertise samenbrengen. Van imec, maar ook van artsen of wetenschappers in andere onderzoeksdomeinen. Wij zijn geen experts in ziektebeelden, we zijn techneuten. De input van ziekenhuizen, artsen, wetenschappers is cruciaal om tot een optimale systeemoplossing te komen. Zo werken we met artsen en ziekenhuizen samen aan klinische studies om iets in een heel vroeg stadium te testen. En we benutten de diepgaande expertise van andere wetenschappers zoals neurowetenschappers om de toepassing goed te begrijpen. Zij spreken vaak een heel andere taal dan technologen. Het is mijn rol bij imec om een probleem scherp te stellen op basis van externe input en dan de juiste mensen uit verschillende werelden bij elkaar te brengen om het probleem uit te werken en zo tot een oplossing te komen voor een gezondheidsvraagstuk."

"Bij chiptechnologie denkt iedereen meteen aan computers of auto’s. Andere toepassingen zijn veel minder bekend. Bijvoorbeeld wordt de verwevenheid tussen de wereld van biologie en technologie steeds groter. Nieuwe generaties van therapieën zoals mRNA-vaccins en CAR-T-celtherapie zijn daar mooie illustraties van. Imec heeft technologie om tot op het niveau van één cel te werken, om welbepaalde types cellen te identificeren, te selecteren en te manipuleren. Celtherapie bij kanker bijvoorbeeld is een immuuntherapie met eigen witte bloedcellen. Die worden geïsoleerd en gemanipuleerd om ze selectief tegen de kanker te laten reageren. Daarnaast bouwen we chips waarop we de biologie van organen kunnen repliceren. Dat noemen we organ-on-chip. Dit opent baanbrekende mogelijkheden. Ziektebeelden in de hersenen bijvoorbeeld kunnen we bij patiënten maar heel moeilijk bestuderen. Op een chip kunnen we biologisch materiaal aanbrengen en er neurale netwerken uit de hersenen op repliceren. Andere technologie waaraan we werken, moet het mogelijk maken om op een niet-invasieve manier en met grote resolutie naar de hersenen te 'kijken' om beter te begrijpen hoe ons brein werkt. Dat kan de wetenschap over neurodegeneratieve ziekten of andere ziektebeelden flink vooruithelpen."

"Wat we doen, is een netwerk op een chip bouwen van een aantal celsoorten die betrokken zijn in een bepaald ziektebeeld in de hersenen. Vervolgens kijken we naar het gedrag van die cellen. Bij neuronen kunnen we dat elektrisch uitmeten. Dit gaat over bepaalde netwerken die een model kunnen vormen. De dag dat we het hele brein op een chip zullen hebben, is nog veraf. Er wordt wel al gesproken over multi-orgaanmodellen op een chip om de interactie tussen verschillende organen beter te begrijpen. Hoe haalbaar, relevant en representatief dat onderzoek zal zijn, is nu nog niet duidelijk."

"Ja, het repliceren van de biologie op een chip zou patiëntspecifiek kunnen gebeuren. Als je bijvoorbeeld van een geneesmiddel weet dat het veel bijwerkingen heeft voor de longen, zou een persoonlijk longmodel van een patiënt op een chip je kunnen leren hoe het zit met de bijwerkingen bij die specifieke patiënt. Of bij epilepsie bijvoorbeeld zou je kunnen denken aan een model waarmee je per patiënt kunt nagaan welk van de vele geneesmiddelen aanslaat. Nu is dat vaak een lang proces van trial and error. Uiteindelijk zou je zelfs een virtueel model van het lichaam kunnen opbouwen en dat koppelen aan contextuele gegevens zoals bewegings- of slaappatronen. Zo’n 'digitale tweeling' zou mensen feedback kunnen geven over hun gezondheid, voeding en levensstijl of zou professionele zorgverleners kunnen helpen bij het formuleren van advies op maat van de patiënt."

"In uitgeademde lucht zitten kleine druppels, aerosolen. Met onze chiptechnologie kunnen we die heel efficiënt opvangen op een chip van twee vierkante centimeter. Vervolgens detecteren we door middel van een PCR-test of er genetisch materiaal van het virus aanwezig is in de aerosolen en hoeveel. Na minder dan achttien minuten wordt het resultaat optisch uitgelezen. Een ademstaal afnemen is bovendien veel gemakkelijker en aangenamer dan een neuswisser, een bloedafname of speekselafname. We onderzoeken nu of we het moleculair analyseren van een ademstaal ook kunnen inzetten voor andere virale, bacteriële of inflammatoire aandoeningen van de luchtwegen of misschien zelfs longkanker."

"Imec is een onderzoekscentrum, we zijn geen farma- of biotechbedrijf. Maar de samenwerking tussen de technologiepartner en de biologie-expert of het farmabedrijf wordt zeer belangrijk voor de toekomstige gezondheidszorg. Imec-technologie kan in de onderzoeksfase helpen om processen in het lichaam beter te begrijpen om van daaruit gerichtere therapieën te ontwikkelen. Daarnaast kunnen we ook technologie aanleveren voor de maakprocessen van die nieuwe therapieën. Die processen worden meer en meer technologie- en datagedreven. Voor celtherapieën of mRNA-vaccins is zeer krachtige technologie nodig. Je moet bijvoorbeeld uit miljoenen cellen heel specifiek een welbepaald type cel identificeren, isoleren, manipuleren en dan toedienen aan de patiënt. Ook het data-aspect wordt steeds belangrijker. Al die nieuwe technologie zorgt voor een grote toevloed aan gegevens die moeten worden samengebracht en verwerkt tot inzichten. Dat vraagt op zijn beurt nieuwe technologie. In de gezondheidszorg zitten data nog vaak in silo’s. Iedereen houdt ze angstvallig voor zichzelf. In de researchfase zijn data heel businessgevoelig. Het gaat over kennis van bedrijven en onderzoekers, over intellectuele eigendom. Later in de keten heb je de privacygevoeligheid van gezondheidsgegevens van het individu. Als je al die data in de keten zou kunnen samenbrengen, zou dat tot levensreddende inzichten kunnen leiden."

"De toolbox van de arts wordt groter. Er wordt een nieuwe dimensie aan toegevoegd. Technologie om bijvoorbeeld de hersenen op een heel hoge resolutie te bekijken, zou kunnen leiden tot nieuwe inzichten die toelaten om ziektes vroeger te detecteren. Ook het ontcijferen van het genoom bijvoorbeeld heeft tot grote vooruitgang in de gezondheidszorg geleid. Imec ontwikkelde technologie om genoomdata snel en goedkoop om te zetten in nuttige informatie voor artsen. Wij betrekken artsen heel actief in veel projecten rond gezondheid. Ze zijn onmisbaar omwille van de toegang tot patiënten, de kennis van ziektebeelden en de kennis van de context van patiënten."

"Imec is een van de wereldleiders in onderzoek en ontwikkeling van geavanceerde chiptechnologie. Heel veel bedrijven komen voor hun chiponderzoek naar ons, ook uit Silicon Valley. We werken samen met veel van de grote chipspelers. We helpen hen ook om hun processen en toestellen op punt te stellen. En het testen van heel veel infrastructuur die nodig is voor de nieuwe chiptechnologie voor de komende tien jaar, gebeurt in onze cleanroom in Leuven. Op dat vlak zijn we uniek in de wereld. De cleanroom en de brains, de mensen zijn onze twee grote troeven. Er werken wereldwijd 5.000 mensen voor imec, bijna honderd nationaliteiten, met unieke, diepe kennis en gedrevenheid. Het is natuurlijk een uitdaging om die profielen aan te trekken, maar België heeft een unieke positie. We hebben een rijk ecosysteem van farmabedrijven én we hebben toonaangevende onderzoekscentra zoals imec in nano-elektronica of VIB in biotechnologie. Als we de handen in elkaar slaan en het ecosysteem hier nog meer versterken, zal onze aantrekkingskracht alleen maar groeien. In de gezondheidszorg kan dat ervoor zorgen dat de nieuwe therapieën in de toekomst robuust beschikbaar zullen zijn en dat België zijn competitieve positie versterkt met werkgelegenheid, met een unieke talentpool en met game-changing bedrijven die een totaal nieuwe aanpak in de markt zetten. Imec kan daarin een grote bijdrage hebben. Dat is onze ambitie."