Notebooks go digital

Elektronische Labornotizbücher verändern die Art und Weise, wie viele Wissenschaftler mit Informationen umgehen. In diesen Notizbüchern, kurz ELNs, werden Details zu Experimenten und Daten erfasst, die innerhalb von Experimenten und experimentübergreifend vollständig durchsuchbar sind. Sie können den Wissenschaftlern auch automatisch Informationen von Dritten zur Verfügung stellen.

Große ELN-Unternehmen haben in den letzten zwei oder drei Jahren aktiv Fusionen und Übernahmen getätigt und kleinere Unternehmen übernommen, um ihr Portfolio zu erweitern. Die größten Anbieter haben sich zusammengetan, um nicht nur die Datenerfassung, sondern auch die Datenanalyse und -visualisierung zu ermöglichen“, bemerkt John Trigg, ELN-Berater bei PhaseFour Informatics. Das hat es ihnen ermöglicht, eine Plattform anzubieten, in die man einsteigen kann.“

„ELNs bewegen sich weg von disziplinspezifischen Systemen und hin zu einem modularen Ansatz, bei dem man einen generischen Kern, das Autorentool, hat, aber auch die Möglichkeit, andere Arten von Funktionen einzubauen, die den Anforderungen der Chemie, Biologie und Qualitätssicherung entsprechen“, erklärt Trigg. Die größten Anbieter sind IDBS, CambridgeSoft (gehört zu PerkinElmer) und Accelrys, aber es gibt viele kleinere Anbieter, die ELNs mit einigen netten Funktionen anbieten.

Der Preis ist ein großes Problem für den akademischen Bereich

ELNs entwickelten sich aus Desktop-Tools, die auf bestimmte wissenschaftliche Disziplinen ausgerichtet sind, oder aus allgemeinen Authoring-Tools, die das Laborjournal auf Papier nachbilden. Das Ergebnis ist eine bunte Mischung von Produkten, von denen einige in andere Informatikwerkzeuge wie Laborinformationsmanagementsysteme (LIMS), wissenschaftliche Datenmanagementsysteme und Laborausführungssysteme eingreifen. Die Konvergenz stiftet bei den Kunden einige Verwirrung, aber im Grunde genommen bewegen sich die Käufer eines ELN auf ein „papierloses Labor“ zu, in dem das ELN mit anderen Laborsystemen integriert ist.

Große Pharmaunternehmen haben ELNs schon früh eingeführt, aber kleine Biotechs, akademische Labors und kleine Unternehmen im Allgemeinen waren eher zurückhaltend. Außerdem sind einige ELNs Teil größerer Pakete, deren Anschaffung und Wartung mit IT-Unterstützung als teuer angesehen werden könnte.

Accelrys/Contur

Im Jahr 2008 entdeckte das Karolinska Institutet (KI) in Stockholm, Schweden, bei einer internen Prüfung einige wichtige Probleme und beschloss, dass Papiernotizbücher eine Belastung darstellten. Viele der Notizbücher enthielten elektronische Ausdrucke, die ausgedruckt und eingefügt worden waren, was rückständig erschien. Einige Forschungsgruppen am KI nutzten bereits ELNs, erklärt Projektmanagerin Cecilia Bjorkdahl; in der Regel geschah dies, nachdem ein Wissenschaftler für ein Biotech- oder Pharmaunternehmen gearbeitet hatte und an die Universität zurückkehrte. Sie wollten mit der elektronischen Dokumentation weitermachen, die sie zuvor verwendet hatten“, erklärt sie.

Die Universität schloss sich mit zwei medizinischen Universitäten in Schweden zusammen und entschied sich für iLabber von Contur. Wir hatten Epidemiologen und Chemiker und alles dazwischen, also brauchten wir etwas, das nicht zu spezifisch war“, sagt Bjorkdahl. Außerdem bekamen wir hier das meiste für unser Geld. Der Preis ist ein wichtiger Faktor für den akademischen Bereich, das wissen auch die ELN-Anbieter, und KI entschied sich für Contur. Einige der anderen Systeme, die wir uns angeschaut haben, waren mindestens doppelt so teuer, und wir hatten den Eindruck, dass sie viel mehr kontinuierliche Arbeit erfordern würden. Sie sagt, dass das System, für das sie sich entschieden haben, relativ wartungsarm und aus IT-Sicht eines der am einfachsten zu handhabenden ist. Bislang nutzen rund 1800 von 4500 möglichen Mitarbeitern das Contur ELN im Institut.

Doch es gibt auch Nachteile. Es ist ein Standardprodukt“, sagt Bjorkdahl, „das hat einige Nachteile, wenn es darum geht, das System auf die verschiedenen Gruppen zuzuschneiden, und für einige funktioniert es besser. Die unterschiedliche IT-Umgebung verursachte anfangs Probleme, und der ELN-Anbieter musste den Anforderungen für Macs, die 20-30 % der Benutzerschnittstellen ausmachten, mehr Aufmerksamkeit schenken. Es gab eine Client-Version, die von einem Server aus zugänglich war, aber die Probleme veranlassten das Unternehmen, eine Web-Version zu entwickeln, die unabhängig von PC und Mac war. Es gab Beschwerden über die Flexibilität der Textverarbeitungssoftware, an der inzwischen gearbeitet wurde, und es brauchte Zeit, um zu regeln, wer was und wann innerhalb des ELN sehen sollte.

Contur wurde im Mai 2011 von Accelrys übernommen, was zu einigen Spekulationen über die Zukunft ihres ELN führte. Thomas Rozlucki von Accelrys sagt jedoch, dass das Contur-ELN problemlos neben dem eigenen Notebook eingesetzt werden kann. Wir haben erhebliche Anstrengungen unternommen, um das Contur-Produkt in die Accelrys-Unternehmensplattform zu integrieren“, sagt er. Größere Unternehmen könnten die Accelrys-Plattform einsetzen, während Auftragnehmer, Lieferanten oder Partner sich vielleicht für das Contur ELN entscheiden. Das ELN von Accelrys verfügt zum Beispiel über eine sehr starke Instrumentenintegration und wurde in der Vergangenheit bereits in regulierten Umgebungen eingesetzt, was es vom Contur ELN unterscheidet“, erklärt er. Aus Compliance-Gründen müssen große Pharmaunternehmen Instrumente mit ELNs in der Analyse- und Prozesschemie integriert haben. Das Notebook von Accelrys, ehemals Symyx, gilt als anspruchsvolles ELN für Unternehmen.

Accelrys bietet für sein Contur ELN einen akademischen Preis von 120 $ (~£80) für ein 12-Monats-Abonnement. Nach Angaben des Unternehmens, das die Yale University, Carlsberg und Heinz als Kunden nennt, ist eine einstündige Schulung ausreichend. Chemische Strukturen und Reaktionen werden mit proprietären chemischen Zeichenwerkzeugen aufgezeichnet. Bjorkdahl sagt, dass es ihnen ermöglicht, den gesamten Forschungsprozess zu dokumentieren, einschließlich der Entscheidungsfindung, die die Forschung in neue Richtungen führt.

IDBS

Die Chemieabteilung der Universität Cambridge in Großbritannien verwendet seit einigen Jahren die E-WorkBook ELNs von IDBS. IT-Manager Tim Dickens sagt, dass das Unternehmen im Bereich der Chemie und der translationalen Medizin als ein guter Akteur angesehen wird, dass aber die Verbreitung von ELNs im akademischen Bereich sehr lückenhaft ist. Seiner Meinung nach zahlt es sich aus, die in ein Notizbuch gekritzelten Informationen, wie sie hier in Cambridge seit Isaac Newton verwendet werden, durch ein elektronisches System zu ersetzen, das viele Vorteile bietet, wie z. B. die Vermeidung der Wiederholung von Experimenten, die Verknüpfung von Ergebnissen aus verschiedenen Instrumenten und deren Auffinden für die Niederschrift“. Das IDBS-System ist leistungsfähig und hat sich bei Teams, die die Zeit investiert haben, es zu verstehen, als beliebt erwiesen“, fügt er hinzu.

Wir bewegen uns weg vom traditionellen ELN hin zu Datenmanagement, Berechnung und Analyse

Das E-Workbook ist laut IDBS äußerst anpassungsfähig, um den Bedürfnissen aller Forscher gerecht zu werden, vom Forschungsbiologen bis zum medizinischen oder synthetischen Chemiker. Darüber hinaus gibt es eine ChemBook-Anwendung, die auf der E-Workbook-Plattform aufsetzt und deren Funktionalität um spezielle Chemoinformatik-Funktionen erweitert, die es ermöglichen, eine Vielzahl chemischer Datentypen schnell und sicher zu erfassen, auszutauschen, anzuzeigen und zu durchsuchen. Jonathan Davies von IDBS sagt, dass das grundlegende E-Workbook ein Produkt ist, dem wir bestimmte Geschmacksrichtungen hinzufügen können, um es an bestimmte Bereiche anzupassen. ChemBook fügt die Fähigkeit hinzu, die Reaktion zu verstehen, sie zu durchsuchen und Arbeitsabläufe durchzuführen, die für einen Chemiker geeignet sind.

‚Wir bewegen uns weg vom traditionellen ELN, das ein Ersatz für das Papierlaborheft war, und mehr in den Bereich der Datenverwaltung, Berechnung und Analyse‘, sagt Davies. Ein weiterer wichtiger Trend, der von mehreren ELN-Anbietern festgestellt wurde, ist die Konzentration auf die Benutzerfreundlichkeit, was zum Teil auf die einfachen, intuitiven Schnittstellen zurückzuführen ist, die viele Menschen von Produkten wie Smartphones und Tablet-Computern gewöhnt sind. ELNs sind Werkzeuge, die Menschen jeden Tag benutzen. Daher konzentrieren wir uns auf die Gestaltung der Benutzeroberfläche, um sie so unkompliziert und einfach wie möglich zu gestalten“, so Davies.

Ein Nachteil des IDBS-Systems besteht laut Dickens darin, dass es auf Oracle läuft, „einem technisch recht teuren und komplizierten Paket. Es wäre schön, wenn ein alternatives System wie das Open-Source-Datenbanksystem Postgress zum Einsatz käme.‘

Ein weiteres Problem in Cambridge war die Vielfalt der von den Studenten verwendeten Geräte: Die Leute benutzten Linux, Macs, PCs, ihre eigenen Laptops und mehr. Dickens wünscht sich eine voll funktionsfähige Weboberfläche, die es auch ermöglicht, Moleküle zu zeichnen, ohne verschiedene chemische Zeichenprogramme verwenden zu müssen. Ein webfähiges ELN ist jetzt von IDBS erhältlich und wird derzeit verbessert, sagt er.

„Unser Produkt ist eigentlich eine PC-Version, aber wir verlagern immer mehr dieser Funktionalität ins Web mit einer Web-Schnittstelle, die verschiedene Plattformen unterstützt“, erklärt Davies. Er räumt ein, dass Universitäten ein schwieriges Umfeld sind, aber ihr System hat viele Vorteile gegenüber anderen Angeboten. Das Backend ist eine Oracle-Datenbank. Der Vorteil liegt in der Sicherheit, Skalierbarkeit und Leistung. Das ChemBook von IDBS zählt Total Petrochemicals und BASF zu seinen Kunden.

Richard Whitby von der Universität Southampton hat sich eine Reihe von ELNs angeschaut und hält das IDBS-System für das „beste“ für den akademischen Bereich und sagt, dass es seiner Erfahrung nach mit der richtigen Infrastruktur und Schulung ein gutes System ist.

CambridgeSoft

PerkinElmer beschloss nach einer Überprüfung vor etwa zwei Jahren, sein Informatikgeschäft zu erweitern, und erwarb CambridgeSoft im März 2011. Sein ELN ist marktführend und das E-Notebook for Chemistry verspricht, die Bedürfnisse von Forschungschemikern in allen Branchen zu erfüllen. Das E-Notebook ist das gleiche Produkt für alle Branchen, an die wir verkaufen. Die Benutzer kaufen dann zusätzliche Module, die anwendungsspezifisch sind. All diese Teile fügen sich zu einer Plattform zusammen, die wir Ensemble for Chemistry nennen‘, sagt Clive Higgins, Vizepräsident für Marketing bei PerkinElmer.

‚PerkinElmer ist im Bereich der Datenerstellung tätig und hat einen strategischen Schritt unternommen, um einige Unternehmen zu übernehmen und diese Daten durch ELN- und LIMS-Technologien zu verwalten. Das nächste Problem ist die Analyse, Interpretation und Visualisierung dieser Daten“, sagt er. Die meisten Kunden von CambridgeSoft setzen PCs und Windows am Front-End und Oracle-Server am Back-End ein. Zu den Kunden gehören die Harvard University, kleine Biotechs und große Pharmakonzerne.

Ein Beispiel für eine eingebettete Komponente in seinem Chemie-Notebook ist ChemBioDraw, mit dem Chemiker Reaktionsschemata erstellen können; Das ELN generiert automatisch Iupac-Namen und Stöchiometrietabellen, und seine Chemieanwendungen versprechen einen zentralen Knotenpunkt für Aktivitäten, der in den Arbeitsablauf der Chemiker integriert ist. Die mit dem ELN erfassten Daten können mit ChemBioViz durchsucht und analysiert werden, mit optionalen Verbindungen zu Spotfire für eine leistungsstarke Visualisierung und Analyse, so das Unternehmen.

‚Web-basierte ELNs neigen dazu, an ihre Grenzen zu stoßen, wenn man anfängt, Hunderte von Benutzern zu erreichen. Unsere Fähigkeiten und die Zusammenarbeit mit Oracle bedeuten, dass unser Produkt nachweislich skalierbar ist“, sagt Higgins.

Nicht jeder ist davon begeistert. Whitby zum Beispiel beklagt, dass CambridgeSoft „in der Vergangenheit kein wirkliches Engagement gezeigt hat und sich in Bezug auf Pilotprojekte als sehr unflexibel erwiesen hat“.

Doch Dickens in Cambridge ist positiver gestimmt. Wir haben hier einige Leute, die die Einzelplatzversion verwenden, und ich habe den Eindruck, dass sie die Benutzeroberfläche intuitiv finden und die Informationen auf eine saubere und klare Art und Weise erhalten, um den Einstieg zu finden. Außerdem gibt es ein chemisches Inventarsystem. Wenn man in der synthetischen Chemie arbeitet, braucht man nicht unbedingt all die umfangreichen Funktionen, die IDBS bietet.‘

Andere Anbieter

Der Preis für die Einrichtung von Systemen der großen Anbieter kann sich auf etwa 25.000 $ belaufen. Mit dieser Summe spielen sie in einer anderen Liga als kleine Unternehmen oder Labors. Suhaib Siddiqi ist Vizepräsident für Technologie bei ZS Genetics, einem kleinen Genomik-Biotech in Massachusetts in den USA, das verschiedene ELNs getestet hat. Siddiqi ist besorgt, dass einige Notebooks zu viel Unterstützung verlangen: Ich will nicht, dass meine Chemiker zur IT-Abteilung rennen. Wir sind ein Start-up-Unternehmen. Wir wollten ein preisgünstiges, gut gestaltetes Produkt“, sagt er.

Siddiqi entschied sich für Espresso ELN von ChemBytes, das seiner Meinung nach innerhalb von 15 Minuten installiert und benutzt werden konnte. Der Entwickler ist Stefan Abrecht, der vor der Gründung von ChemBytes 20 Jahre lang als Prozesschemiker in der Industrie gearbeitet hat. Espresso richtet sich an organische Chemiker, einschließlich Polymer- und organometallische Chemiker. Es ist nicht so sehr eine Suite für die Formulierungsarbeit“, sagt Abrecht, der das ELN so entwickelt hat, dass es einfach zu installieren und intuitiv zu bedienen ist. Es ist nur fÃ?r PCs verfÃ?gbar.

Espresso benötigt keinen Server, um zu laufen, kostet 129 $ und alle FunktionalitÃ?ten sind lokal eingebaut, einschließlich der Suche nach Reaktionssubstrukturen. Laut Abrecht ist es für diejenigen attraktiv, die nicht über die Ressourcen für eine Serverinfrastruktur verfügen. Das Besondere an meiner Anwendung ist, dass sie sich auf das Experimentprotokoll konzentriert. Ich finde es erstaunlich, dass es Produkte mit kleinen Textfeldern für die Protokolleingabe gibt. Dies ist das Herzstück eines ELN, und deshalb bietet Espresso ELN einen hochfunktionalen Protokolleditor, der mit einer Materialdatenbank verknüpft ist, wobei die stöchiometrischen Daten im Hintergrund gehalten werden“, sagt er. Espresso kann Projektexperimente, die in keiner bestimmten Reihenfolge hinzugefügt werden, automatisch in einem zusammenhängenden grafischen Reaktionsschema anordnen und zusammenfassen. Siddiqi sagt, er würde es begrüßen, wenn das System um weitere biologische Funktionen erweitert würde.

Eine weitere Alternative ist ein Open-Source-ELN; GGA Software Services wurde ausgewählt, um das interne ELN von Pfizer als Open-Source-Version, Indigo, zu entwickeln, zu vermarkten und zu vertreiben. GGA hatte mit Pfizer mehrere Jahre lang zusammengearbeitet, um das ursprüngliche ELN zu unterstützen und zu pflegen. Indigo wird als hochgradig konfigurierbar und erweiterbar beschrieben. Es unterstützt Linux-, Windows- und Mac OS X-Systeme.

„Es wurde unter Mitwirkung von Tausenden von Pfizer-Chemikern über viele Jahre hinweg entwickelt“, sagt Richard Golob von GGA, „es ist also eine getestete und bewährte Plattform. Er sagt, dass GGA bei der Wartung, Anpassung und Konfiguration des ELN für Unternehmen helfen wird. Golob sieht große Chancen, dass Indigo von externen Partnern, Labors und Auftragnehmern, die mit großen Pharmakonzernen zusammenarbeiten, genutzt werden kann, um ein kostengünstiges Chemie-ELN anzubieten. Siddiqi zog Indigo in Erwägung, hielt es aber für zu komplex für seine Bedürfnisse, aber es könnte auch für andere geeignet sein.

Es gibt Dutzende anderer Optionen. Agilent, ein Gerätehersteller, ist durch eine Übernahme in den ELN-Bereich eingestiegen und bietet mit OpenLAB ELN ein Produkt an, das mit Daten aus Geräten umgehen kann. Ein weiteres Unternehmen ist Dotmatics, das aus dem Bereich der Datenanalyse kommt und ein ELN als Mittel zur Erfassung und Analyse von Daten in sein Portfolio aufgenommen hat. Sciency ELN von RURO ist eine weitere Option. Das Unternehmen beschreibt es als eine skalierbare, integrierte Forschungsumgebung für die Verwaltung und gemeinsame Nutzung von Daten, die Laborprozesse rationalisieren kann. Schließlich gibt es noch andere Open-Source-Softwareoptionen, die von den Universitäten Southampton und Manchester entwickelt wurden (LabTrove und Myexperiment).

Großes Bild

Eine Reihe von ELN-Anbietern bieten kostenlose Testversionen an, was bei der Entscheidung für eine ELN-Plattform sicherlich in Betracht gezogen werden sollte. Kosten und Ausgereiftheit variieren, aber die großen Anbieter unterscheiden sich nicht sehr stark im Preis, sagt Trigg. Die meisten der großen Systeme, die es heute gibt, sind recht ausgereift, aber um sie auf Ihre speziellen Bedürfnisse zuzuschneiden, müssen sie konfiguriert werden“, fügt er hinzu, was kostspielig und kompliziert werden kann. Trigg rät potenziellen Kunden, nach den geschätzten Gesamtbetriebskosten über einen Zeitraum von beispielsweise fünf oder 10 Jahren zu fragen. Er ist sich sicher, dass ELNs im Laufe des nächsten Jahrzehnts den Notizblock aus dem Labor verdrängen werden.

„Ich kann mir nicht vorstellen, dass in den nächsten 10 Jahren irgendein Labor noch Papier verwenden will, weil die Bestrebungen in Richtung integrierter End-to-End-Geschäftsprozesse mit nahtlosen Verbindungen zu Informationsflüssen gehen“, sagt er.

Anthony King ist Wissenschaftsjournalist in Dublin, Irland

Dem Trend folgen

Michael Elliot von der Beratungsgruppe Atrium Research spricht mit Chemistry World über die Markttrends bei ELNs

Q. Welche spezifischen Trends haben sich in den letzten Jahren auf dem ELN-Markt herauskristallisiert?

Es gibt mehrere Trends, sowohl aus Markt- als auch aus Produktsicht. In der Biopharmazie verlagert sich der Markt eindeutig mehr in die nachgelagerten Bereiche wie analytische Chemie, Biologika-Entwicklung und Qualität. In anderen Segmenten beschleunigt sich die Einführung von ELN in Sektoren wie der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, der Konsumgüterindustrie und der chemischen Produktion (Nicht-Pharma), was den Trends entspricht, die wir in den späten 1980er und frühen 1990er Jahren bei LIMS gesehen haben.

Beide Trends drängen die Anbieter in unterschiedliche Dimensionen – sie versuchen, die Produkte zu vereinfachen, um ein breiteres Publikum anzusprechen, und gleichzeitig zusätzliche Funktionen hinzuzufügen, wie die für die Entwicklung und Qualität erforderliche Proben- und Ergebnisverfolgung. Dieser Trend zur Konvergenz von LIMS-ähnlichen Funktionen in ELN kann die Produktkomplexität tatsächlich erhöhen.

Q. Wie wurden die Bedürfnisse kleiner Unternehmen und/oder akademischer Einrichtungen von ELN-Anbietern erfüllt?

Ich würde hier zwischen kleinen Unternehmen und der akademischen Welt unterscheiden. Kleine Unternehmen haben sich von Anfang an für ELN entschieden und können aus einer Vielzahl von Optionen wählen. Im akademischen Bereich ist das anders, hier ist die Akzeptanz gering. Zwar haben große Einrichtungen ELN eingeführt, doch handelt es sich dabei nur um einen kleinen Teil des gesamten akademischen Marktes, so dass die Akzeptanzrate bei weniger als 10 % liegt.

Das größere Problem in der akademischen Welt ist die allgemeine Abneigung, ELN schon sehr früh in der Lehre einzusetzen

Die Probleme in diesem Sektor sind recht komplex. Die meisten Einrichtungen haben keinen Bedarf an den Instrumenten zum Schutz des geistigen Eigentums, die die meisten Produkte bieten. Der Bedarf besteht aus der Perspektive der Zusammenarbeit, und es gibt eine große Anzahl von ELN-ähnlichen Tools, die verwendet werden können – einige sogar kostenlos. Während einige Gruppen also keine ELNs verwenden, können sie andere Tools nutzen, die die erforderlichen Funktionen bieten.

Das größere Problem, das ich in der akademischen Welt sehe, ist die allgemeine mangelnde Bereitschaft, ELNs zu ändern und sehr früh in der Lehre einzusetzen. Ja, es gibt einige Probleme mit den Kosten, aber mehrere Anbieter bieten sehr preisgünstige Lösungen für die Lehre an. Es ist eher der Widerstand, die Bedeutung der Technologie – insbesondere für die synthetische Chemie – für zukünftige Arbeitgeber zu verstehen. Wir müssen die Studenten in der Technologie ausbilden, die sie in Zukunft benutzen werden, und lernen, wie man sie verbessern kann, anstatt sie mit veralteten Papierparadigmen auszubilden.

Q Sind in den letzten zwei oder drei Jahren neue ELN-Anbieter auf den Markt gekommen, die besonders innovativ sind?

Genau genommen ist mir in den letzten zwei bis drei Jahren kein Produkt aufgefallen, das besonders neu oder so innovativ ist, dass es sich wirklich von der Masse abhebt. Die letzten paar Jahre waren evolutionäre Veränderungen mit zusätzlichen Funktionen und der Arbeit an einigen neuen Benutzeroberflächen.

Atrium Research veröffentlicht einen umfassenden Überblick über den ELN-Markt.