Kis vállalkozás, nagy kihívás: az Elvesys alkotta meg a világ leggyorsabb kórokozó-felismerő rendszerét

 Read in  |   Print

"Igen pontos, precíz és gyors adatgyűjtési képességre van szükségünk. Fejlesztésünk korai szakaszában az NI termékeire támaszkodtunk, és a gyártó kedvező árainak köszönhetően az értékesített végtermékekben is meg tudtuk tartani ezeket a paneleket. A fejlesztési költségek mérséklése szempontjából ez hihetetlen előnyöket jelent"

- Dr Maël Le Berre, CTO and Cofounder, Elvesys

The Challenge:
A közegészségügy válságos helyzete sajnos már nem csupán az apokaliptikus regényekben vagy a hollywoodi katasztrófafilmekben jelenik meg. Az ebolához és az influenzához hasonló járványok vagy az olyan jellegű fertőzések, mint a lépfene (anthrax) a világnépesség növekedésének és mobilizálódásának egyenes következményei. E betegségek gyors és megbízható diagnosztizálására alkalmas detektálási eljárások kidolgozása ténylegesen életmentő erejű.

The Solution:
Az Elvesys, egy kórokozó-felismerés területére szakosodott induló francia kisvállalkozás az NI adatgyűjtő egységei és a LabVIEW szoftver segítségével alkotta meg a világ első, betegek olcsó diagnosztizálására szolgáló kórokozó-detektáló rendszerét.

Author(s):
Dr Maël Le Berre, CTO and Cofounder - Elvesys
Dr Guilhem Velvé Casquillas, CEO and Cofounder - Elvesys

 

Óriási kihívással szembenézve: országos járványok elleni küzdelem  

A kórokozók hatékony felismerése terén kritikus jelentőségű a gyorsaság és a pontosság. A francia Nemzeti Mérnöki Akadémia ezért az egészségügyi informatika fejlődésének elősegítését tartja a XXI. század egyik kiemelt mérnöki feladatának. E nagyszabású terv mögötti elsődleges célkitűzés a közegészségügyi vészhelyzetekkel ― országos járványokkal, vegyi vagy biológiai támadásokkal ― kapcsolatos felkészültség és a válaszreakciók javítása.

 

Példa nélküli, életmentő válaszreakció

Napjaink kórokozó-detektáló eljárásai meglehetősen hosszú időt vesznek igénybe, a pontos, megbízható eredményekhez pedig költséges laborberendezések szükségesek. Életveszélyes járványok ― például lépfene vagy ebola ― kitörésének megelőzése során percek is sokat számítanak.

Az említettek miatt fejlesztette ki az Elvesys a Fastgene nevű eljárást, amellyel a világon a leggyorsabban mutatható ki egy csepp vérből vagy nyálból bármilyen kórokozó. A Fastgene segítségével az ebola hat, a lépfene pedig hét perc alatt detektálható, ami rendre 7-szer, illetve 14szer gyorsabb eredményközlést biztosít, mint a jelenlegi legjobb módszerek. Mindezek következtében gyorsabban elkezdhető a betegek kezelése és minimalizálható a kórokozók járványokhoz vezető továbbterjedése.

 

1. ábra A Fastgene kórokozó-felismerési eljárás

 

A technológia

A Fastgene eljárás az Elvesys által kifejlesztett mikrofluidikai technológián alapul. A mikrofluidika folyadékminták precíziós, mikroelektronikai eszközökkel történő kezelésével foglalkozó tudományág. A mintamennyiség drasztikus ― egy csepp nyál vagy vér térfogatára való ― lecsökkentése révén lehetőség nyílik arra, hogy többféle diagnosztikai műveletet egyetlen, ún. „chip‑en kialakított labor” („lab-on-a-chip”) segítségével végezzünk el. A Fastgene „chip-en kialakított labor” alapú kórfelismerő eljárásával adott mennyiségű DNS gyorsan megsokszorozható, megnövelve ily módon a mintában előforduló elemek számát. Ennek köszönhetően a kórokozók lényegesen könnyebben mutathatók ki.

A mikrofluidikai elrendezés három rendszertechnikai blokknak köszönheti a sikerét: egy mikrofluidikai mintakezelő alrendszernek, egy fluoreszcens jelölésen alapuló detektáló- és mérő alrendszernek, valamint a teljes folyamatot irányító szoftveres felületnek. A DNS-sokszorozás során a mintában előforduló kórokozók teljes mennyiségét a duplázódott DNS-ekben megjelenő fluoreszcens pont érzékelésével határozza meg a rendszer.

A DNS-sokszorozódás gyors lefolyása következtében kritikus jelentőségű, hogy a fluoreszcens érzékelő rendszer a pontosság csökkenése nélkül legyen képes követni a folyamatokat. E célból Elveflow márkanéven, az NI USB-6003 típusú, kedvező árú, többfunkciós DAQ-eszközének felhasználásával kifejlesztett és piacra dobott egy egyedi fluoreszcens olvasót az Elvesys. Egy összetett laborfolyamat miniatürizálásához olyan szoftverrel összeintegrált áramkört kellett megvalósítani, amely 100 kHz-es mintavételezési sebességgel működik, DNS-ek kismértékű megváltozását is képes érzékelni nagy háttérzaj mellett, és a DNS-ek számának pontos meghatározása érdekében 16 bites felbontással rendelkezik.

 

2. ábra Az Elvesys választása az NI DAQ egységére esett, a modul pontosságának, precizitásának, jelbefogási sebességének és kedvező árának köszönhetően

 

Az Elvesys a LabVIEW programcsomag és annak több mint 950 beépített elemző funkciója segítségével optimalizálta a pontosságot és a mérési sebességet, a fejlesztési idő minimalizálása mellett. A fluoreszcens olvasó automatizálására ―  a DNS-érzékelés és az adatok elemzésének összetettsége ellenére ― az Elvesys LabVIEW-alapú felhasználói kezelőfelületet hozott létre, biztosítva ezzel a rendszer helytől független, könnyű kezelhetőségét.

 

3. ábra Az NI DAQ modul fennakadásmentes illesztése a LabVIEW-hoz, a Fastgene rendszer vezérlésének kialakítása során. Ezzel a megoldással jelentősen sikerült lerövidíteni a fejlesztési időt

 

A fejlesztési idő lerövidítése a LabVIEW és az NI DAQ modul segítségével 

Egy 20 főből álló kis csapat munkájának köszönhetően az Elvesys, Elveflow márkanéven piacra dobta az Elvesys a Fastgene nevű kórokozó-érzékelő rendszerének kifejlesztése során alkalmazott technológiákat. Külső befektetői háttérrel nem rendelkező, gyors fejlesztési ciklusokkal működő, erősen fejlesztésorientált, kezdő vállalkozásként nélkülözhetetlen volt - az itt ismertetett és a további, az Elveflow megoldáson alapuló berendezések sikeres megépítéséhez, - egy teljes mértékben testre szabható, magas szintű fejlesztőkörnyezet segítségével programozható DAQmodul.

Külön kiemelendő, hogy az Elvesys kevesebb mint két év alatt tervezte meg, fejlesztette ki és építette meg a teljes kórokozó-érzékelő rendszerének prototípusát, amely iránt élénk érdeklődést mutatott a Francia Állami Beszerzési Hivatal (SAE). A SAE további megbízást adott az Elvesys számára egy másik, francia katonáknál bevetéseken rendszeresíthető prototípus kifejlesztésére. Míg ez utóbbi eszközök katonák vagy városok védelmében játszhatnak szerepet, a fő alkalmazási területe továbbra is betegek orvosi vizsgálat során történő, gyors, olcsó diagnosztizálása marad.

Élvonalbeli mikrofluidikai technika és az NI megbízható mérőrendszerének alkalmazásáért az Evelsys-nek odaítélték a francia kormány Világméretű Innovációs Díját.

 

4. ábra Az Elveflow immár piacvezető helyet foglal el mikrofluidikai tudományos berendezések világában

 

Author Information:
Dr Maël Le Berre, CTO and Cofounder
Elvesys
France

Bookmark and Share


Explore the NI Developer Community

Discover and collaborate on the latest example code and tutorials with a worldwide community of engineers and scientists.

‌Check‌ out‌ the‌ NI‌ Community


Who is National Instruments?

National Instruments provides a graphical system design platform for test, control, and embedded design applications that is transforming the way engineers and scientists design, prototype, and deploy systems.

‌Learn‌ more‌ about‌ NI