Begin 2019 legden nanotechnologen Pepijn Beekman en Dilu Mathew hun kennis van biomarkers en sensortechnologie bij elkaar. Nog datzelfde jaar wonnen ze met hun Twentse start-up ECsens de 4TU Impact Challenge. Nu maken ze hun biosensor geschikt voor zowel kankerscreening als snelle coronavirustests. ‘Je legt één druppeltje bloedplasma op de sensor. Nano-elektrodes meten dan een signaal als een bepaalde biomarker aanwezig is’, legt Beekman uit.

Kanker kun je in veel gevallen goed zien met beeldvormende technieken, maar het blijft een uitdaging om de activiteit van de tumor vast te stellen. Begint de tumor al uit te zaaien bij de diagnose? En hoeveel effect heeft vervolgens een behandeling? MRI- en CT-scans geven hierover maar beperkte informatie, volgens Beekman. ‘Soms is een tumor groot, maar groeit hij niet meer. Of het is juist andersom. Dan is een tumor klein, maar wel heel actief. Scans zijn bovendien invasief en duur, dus die krijgen patiënten maar eens in de paar maanden.’

De huidige bloedtest is een test op het prostaat specifiek antigeen (PSA). Dit eiwit is niet heel specifiek voor prostaatkanker. Een verhoogde PSA-waarde kan namelijk ook andere, niet-kankergerelateerde oorzaken hebben. De uitslag geeft enkel een kans weer op een tumor. Dan is meer onderzoek nodig. Daarom werkt ECsens aan een nieuwe methode om met één niet-invasief onderzoek te meten of je een tumor hebt en hoe die zich gedraagt. Beekman: ‘Zo’n bloedtest zou je zelfs wekelijks kunnen doen.’

Elektrisch signaal

De biosensor van ECsens meet met behulp van een antilichaam op minuscule elektrodes. Het bloedplasma beweegt zich door een kanaaltje naar de sensor die een elektrisch signaal registreert. Bij aanwezigheid van een bepaalde biomarker wijkt die af van het achtergrondsignaal. Beekman: ‘De vloeistofstroom bevat heel veel deeltjes, sommige kunnen op de antilichamen stuiteren of non-specifiek blijven plakken. Andere blijven juist heel stevig vastzitten en hebben een stabiele interactie met het oppervlak.’ Het laatste signaal verraadt de aanwezigheid van de gezochte biomarker.

Bij allerlei soorten tumoren in epitheelweefsel, zoals darmkanker, prostaatkanker en huidkanker, komen extracellulaire blaasjes met het eiwit EpCAM vrij. De sensor meet het aantal van die blaasjes. Is dat hoog, dan wijst dat meestal op een actieve tumor in het epitheel. Bij gezonde mensen is alleen een achtergrondsignaal te meten. ‘De antilichamen maken de test zeer specifiek, verwachten we. De kleine elektrodes maken de sensor juist heel sensitief’, legt Beekman uit. Ook helpt een antifouling om te voorkomen dat de blaasjes naast in plaats van op de elektrodes blijven plakken.

De eerste tests

Op dit moment werken Beekman en Mathew, samen met universitair hoofddocent Séverine Le Gac van de Universiteit Twente (UT), aan twee belangrijke stappen op weg naar de praktijk. In oktober zijn de eerste tests begonnen met bloed van ongeveer veertig patiënten met prostaatkanker. Elke drie tot vier maanden krijgt Beekman vervolgens nieuwe bloedsamples van die patiënten. Hiermee wil hij de prognostische waarde van de sensor gaan vergelijken met die van MRI- en CT-scans.

In de volgende fase wil Beekman vaker bloed afnemen om de tumoren nog beter te kunnen volgen over de tijd. Je hoeft patiënten dan zelfs niet meer in een ader te prikken, want een vingerprik volstaat ook. Het hele validatieproces neemt nog een aantal jaar in beslag. Ondertussen sleutelen de oprichters van ECsens aan de onderzoeksopstelling. ‘De hele testopstelling moet straks in een schoenendoos passen. Nu neemt die nog een heel laboratorium, of eigenlijk zelfs meerdere, in beslag’, zegt Beekman.

Een handzame testkit is inmiddels ook nodig voor een nieuwe missie van ECsens: een sneltest ontwikkelen voor SARS-CoV-2. Beekman: ‘Ik verwacht dat we over een jaar een goede coronatest hebben ontwikkeld. Die is veel makkelijker te valideren, want je hebt geen achtergrondsignaal. Je hebt het virus wel of niet bij je. Bovendien hoef je mensen niet te volgen over de tijd, zoals bij kanker.’ Door andere antilichamen te gebruiken, is de sensor nu geschikt gemaakt voor SARS-CoV-2. Op deze manier kun je de sensor ook voor allerlei andere kleine deeltjes aanpassen.

Ondersteuning

Beekman en Mathew richten zich binnen hun start-up vooral op de technische kant. Om ook op zakelijk vlak de juiste stappen te zetten, krijgen ze vanuit de UT hulp van een business developer. Beekman: ‘We merken dat het heel belangrijk is om hierin ondersteuning te krijgen. We kunnen altijd terecht met vragen. Als start-up ben je heel kwetsbaar in het begin. Je kunt een fantastisch idee hebben, maar als je dat te vroeg weggeeft aan een investeerder, dan heb je zelf minder de controle in handen. Daar wees onze business developer ons op.’ Hij geeft een voorbeeld: ‘Als je € 1 miljoen kunt krijgen en je bedrijf wordt op € 2 miljoen gevalideerd, dan ben je de helft van je aandelen kwijt. Dat is niet zo handig. Als je even wacht, dan krijg je nog steeds € 1 miljoen, maar is je bedrijf misschien wel € 5 miljoen waard. Dan krijgt die investeerder maar 20 %.’

De business developer helpt ook om die investeerders te vinden. Voor de ontwikkeling van de coronatest was dat een fluitje van een cent. In juni stonden de investeerders al in de rij.