Sinds eind februari kan de nieuwe STRIP-1-robot in medisch-microbiologisch laboratorium PAMM in Veldhoven dagelijks tot twintigduizend coronatests analyseren. Dat is een unicum in Nederland, waar een normaal regionaal centrum voor infectieziektes en pathologie volgens het RIVM ongeveer zeshonderd tests per dag kan uitvoeren. De robot neemt slechts een paar vierkante meter in beslag en heeft maar een operator nodig.

In een Utrechts park ontstond vorig jaar op Eerste Paasdag het idee om de testcapaciteit drastisch te verhogen met robotica gecombineerd met een slimme testinfrastructuur. Het idee leidde tot een samenwerking tussen het Hubrecht Instituut en biotech bedrijf Genmab, die buren zijn op het Utrecht Science Park. Het doel was de reguliere diagnostiek te ontlasten.

‘Veel ziekenhuizen hadden robots die maar 24 tot 96 tests konden doen. Dat was altijd genoeg’, vertelt Peter Krijger, postdoc biomedische genetica van het Hubrecht Instituut. Het oude systeem kon de enorme vraag naar COVID-tests niet aan, waardoor andere diagnostiek in het gedrang kwam. Het proces was namelijk verre van efficiënt voor grote aantallen. Krijger: ‘Bevoorrading van bijvoorbeeld reagentia en pipetpuntjes was ook een probleem. Alles was op begin april.’

Nieuw testprotocol

Krijger en zijn collega’s lichtten samen met Martijn Bosch van Genmab, specialist in labautomatisering, het hele proces van afname tot uitslag door. ‘We begonnen met de vraag hoe je zo snel mogelijk RNA kunt opwerken voor de qpcr’, vertelt Krijger. ‘Maar om twintigduizend tests te kunnen doen, moet je alles in veel kleinere volumes gaan uitvoeren, miniaturisering, en dat begint al in de teststraat.’

Daar gebruiken ze een nieuw protocol, mede ontwikkeld door medisch-microbiologisch laboratorium PAMM. Testbuizen met 3 tot 5 ml vloeistof zijn vervangen door veel kleinere buisjes met een barcode aan de onderzijde. De geteste persoon koppel je aan die code met behulp van een scanner. Het wattenstaafje doop je alleen een paar keer in slechts 400 µl vloeistof. Daarna zet je het buisje in een 96-wells-plaat. Die heeft een streepjescode voor inklaring bij het diagnostisch centrum.

De buisjes bevatten al een kant-en-klare vloeistofmix met onder meer lysisbuffer om het virus inactief te maken. In het laboratorium neemt de robot vervolgens het hele proces over om de sample klaar te maken voor de pcr-machine, beginnend met de RNA-isolatie en eindigend met de voorbereiding voor de pcr. Vier 96-wells-platen komen daarbij samen in een 384-wells-plaat. De enige handmatige stap is wanneer je de plaat vanuit de robot in het pcr-apparaat plaatst.

Bosch: ‘Met die opzet heb je veel minder apparatuur én veel minder operators nodig.’ Volgens hem zou je de laatste stap ook nog kunnen automatiseren, maar maakt dat voor de snelheid weinig uit. ‘De winst zit vooral in de afnamemethode en logistiek, het automatisch openen en sluiten van buisjes en het pipetteren.’ Bovendien is het proces veilig, omdat het eventueel aanwezige virus niet meer actief is.

Meer automatisering

De robot zelf bestaat uit een omhulsel van het Zwitserse bedrijf Tecan waarbinnen verschillende robotonderdelen met elkaar samenwerken. De afzonderlijke modules hebben hun dienst al bewezen bij ander laboratoriumwerk. Bosch: ‘We hebben samen met het Hubrecht gekeken hoe we alle stappen uit het ontwikkelde proces konden vertalen naar geautomatiseerde processen in de robot.’

Dat leverde een aantal concepten op die laboratoria nog nauwelijks of helemaal niet gebruiken. Zo heeft de multichannel-arm met 384-wells-kop niet een, maar twee armen aan de zijkanten om de platen sneller door het proces te laten gaan. ‘De ene arm kan bezig zijn met de RNA-isolatie, terwijl de andere met de assayplaat zelf werkt’, vertelt Bosch. Onafhankelijk van elkaar en van de pipetteerkop werken de twee armen tegelijk.

Een ander voorbeeld is de integratie van een spinvessel om de magnetische bolletjes eruit te halen die je aan de samples toevoegt om met een magneet het RNA eruit te trekken. ‘Het vat met de bolletjes beweegt altijd, ook als de pipeteerkop erin gaat. Zo houd je alles in suspensie, want je wilt niet dat de bolletjes neerslaan’, gaat Bosch verder. Vervolgens zuigt de hele pipeteerkop met 96 keer de bolletjesmix erin óók de sample zelf op en mixt alles door elkaar in de assayplaat. ‘Dat scheelt veel pipeteerpuntjes en reagentia en maakt de test veel goedkoper. En je bent in tijden van schaarste minder afhankelijk van leveranciers.’

Software van Bodegro maakt het mogelijk om een sample geanonimiseerd van begin tot eind te volgen door de barcodes op buisjes, rekjes en platen te scannen. De software koppelt de uitslag aan het buisje en verwerkt die in het landelijke systeem van de GGD, zodat de geteste persoon de uitslag krijgt. Ook dat is een groot verschil met het huidige testsysteem.

Krijger: ‘In het begin ging dat nog met gewone stickertjes en later ook wel met barcodes, maar na het pipetteren wordt er nog steeds genummerd. Dat is foutgevoeliger en kost meer tijd. De Excelsheet met de uitkomsten moet iemand handmatig invoeren in het systeem dat terugkoppelt naar de patiënt. Dat kan allemaal niet met twintigduizend tests per dag.’

Toekomstige taken

Het project kreeg voorfinanciering van kankeronderzoeksinstituut ONCODE, dat zag dat de kankerscreening in de knel kwam, en van de Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen en donateurs van het Hubrecht Instituut. Vervolgens droeg het ministerie van VWS bij aan de totstandkoming van de STRIP-1 robot. Vlak voor de kerst werd hij bij PAMM in Veldhoven geïnstalleerd. De eerste twee maanden is de robot uitvoerig getest en verder verfijnd om even goede resultaten te halen als met de huidige manier van testen. Eind februari moet de robot volledig in bedrijf zijn na de validatie van de procedure bij PAMM.

Na de intensieve testfase waarin we nu zitten, zien Krijger en Bosch nog hele rits toekomstige taken voor de robot. ‘Als de regering evenementen gaat vrijgeven, dan wil je al die mensen kunnen testen’, zegt Bosch. ‘Voor een congres met vijftienhonderd bezoekers laat je de robot even een paar uren draaien. Andere tests, zoals de ademtest, zijn toch minder nauwkeurig, dus daar zou ik geen heel voetbalstadion mee testen. Pcr blijft de gouden standaard op dit moment.’

‘Ook voor andere virussen in de toekomst hoeven we maar een paar dingen aan te passen, zoals misschien de lysisbuffer’, vult Krijger aan. ‘Een nieuwe qpcr-test is in een dag ontwikkeld en getest.’ Bosch filosofeert nog wat verder: ‘Je kunt ook denken aan veterinair testen bij een uitbraak van een dierziekte. De robot kan het in ieder geval.’