Notebooks gaan digitaal

Elektronische labnotebooks veranderen de manier waarop veel wetenschappers met informatie omgaan. In deze notitieboeken, afgekort ELN’s, worden experimentgegevens en data vastgelegd die volledig doorzoekbaar zijn binnen en tussen experimenten. Ze kunnen ook automatisch informatie van derden aan wetenschappers verstrekken.

Grote ELN-bedrijven zijn de afgelopen twee of drie jaar actief geweest op het gebied van fusies en overnames, waarbij ze kleinere bedrijven hebben omarmd om hen te helpen hun portfolio te verbreden. De grootste leveranciers hebben tools samengevoegd om niet alleen data capture te bieden, maar ook data analyse en data visualisatie,’ merkt John Trigg op, ELN consultant bij PhaseFour Informatics. Dit heeft hen in staat gesteld om een platform aan te bieden waar je op in kunt pluggen.

‘ELN’s bewegen weg van discipline-specifiek naar een modulaire aanpak waar je een generieke kern hebt, de authoring tool, maar met de mogelijkheid om andere soorten functionaliteit in te pluggen die voldoen aan de eisen van chemie, biologie en kwaliteitsborging,’ legt Trigg uit. De grootste spelers zijn IDBS, CambridgeSoft (eigendom van PerkinElmer) en Accelrys, maar er zijn veel kleinere spelers die ELN’s aanbieden met een aantal handige functies.

Prijs is een groot probleem voor academici

ELN’s zijn geëvolueerd van desktop-tools, speciaal voor specifieke wetenschappelijke disciplines, of van generieke auteurstools, die het papieren labnotitieboek nabootsen. Het resultaat is een bonte verzameling van producten, waarvan sommige in de buurt komen van andere informatica-instrumenten zoals laboratoriuminformatiebeheersystemen (LIMS), systemen voor het beheer van wetenschappelijke gegevens en systemen voor de uitvoering van laboratoria. De convergentie zorgt voor enige verwarring bij klanten, maar in essentie gaan mensen die een ELN kopen in de richting van een ‘papierloos lab’, waarbij het ELN integreert met andere laboratoriumsystemen.

Big farma waren de early adopters van ELN’s, maar kleine biotechs, academische labs en kleine bedrijven in het algemeen zijn voorzichtiger geweest. Bovendien maken sommige ELN’s deel uit van grotere pakketten die als duur kunnen worden beschouwd in aanschaf en onderhoud met IT-ondersteuning.

Accelrys/Contur

In 2008 ontdekte het Karolinska Institutet (KI) in Stockholm, Zweden, enkele belangrijke problemen tijdens een interne audit en besloot het dat papieren notitieboekjes een verplichting waren. Veel van de notitieboekjes bevatten elektronische print-outs die waren afgedrukt en ingeplakt, wat achterlijk leek. Sommige onderzoeksgroepen van het KI gebruikten al ELN’s, legt projectmanager Cecilia Bjorkdahl uit; meestal gebeurde dit nadat een academicus voor een biotech- of farmaceutisch bedrijf had gewerkt en weer terugkwam op de universiteit. Ze wilden doorgaan met de e-documentatie die ze eerder hadden gebruikt”, legt ze uit.

De universiteit sloeg de handen ineen met twee medische universiteiten in Zweden en koos voor iLabber van Contur. We hadden epidemiologen, chemici en alles daartussenin, dus we hadden iets nodig dat niet te specifiek was’, zegt Bjorkdahl. Bovendien kregen we hier het meeste voor ons geld. Prijs is een belangrijk punt voor academici, erkennen ELN-leveranciers, en KI besloot dat Contur waarde bood. Sommige van de andere systemen die we bekeken waren minstens twee keer zo duur en we kregen de indruk dat ze veel meer continu werk zouden vereisen. Ze zegt dat het systeem dat ze hebben gekozen relatief weinig onderhoud vergt en vanuit IT-perspectief een van de eenvoudiger te hanteren was. Tot nu toe gebruiken ongeveer 1800 mensen het Contur ELN in het instituut op een totaal van 4500.

Toch zijn er ook nadelen. Het is een out-of-the-box product,’ zegt Bjorkdahl, ‘dus dat heeft wat nadelen als het gaat om het op maat maken van het systeem voor de diverse groepen en voor sommigen werkt het beter.’ De gevarieerde IT-omgeving zorgde in het begin voor problemen en de ELN-leverancier moest meer aandacht besteden aan de eisen voor Macs, die 20-30% van de gebruikersinterfaces uitmaakten. Er was een client-versie beschikbaar die toegankelijk was vanaf een server, maar de problemen spoorden het bedrijf aan om een webversie te ontwikkelen, agnostisch voor PC en Mac. Er waren klachten over de flexibiliteit van het tekstverwerkingsprogramma, waaraan sindsdien is gewerkt, en het kostte tijd om te regelen wie wat wanneer moest zien binnen het ELN.

Contur werd in mei 2011 overgenomen door Accelrys, wat leidde tot enige speculatie over de toekomst van hun ELN. Thomas Rozlucki van Accelrys zegt echter dat het ELN van Contur prima naast het eigen notebook kan worden gebruikt. We hebben veel werk verzet om het Contur-product te integreren met het enterprise-platform van Accelrys’, zegt hij. Grotere bedrijven zouden het Accelrys-platform kunnen gebruiken, terwijl aannemers, leveranciers of partners misschien kiezen voor het Contur ELN. Het Accelrys ELN heeft bijvoorbeeld ook een zeer sterke instrumentintegratie en is in het verleden ingezet in gereguleerde omgevingen, waardoor het zich onderscheidt van het Contur ELN’, legt hij uit. Om compliance-redenen moet big pharma instrumenten geïntegreerd hebben met ELN’s in analytische en proceschemie. De Accelrys notebook, voorheen Symyx, wordt gezien als een geavanceerde, enterprise ELN.

Accelrys biedt een academische prijs met korting op zijn Contur ELN van $120 (~£80) voor een abonnement van 12 maanden. Een uur training is voldoende, aldus het bedrijf, dat Yale University, Carlsberg en Heinz als klanten noemt. Chemische structuren en reacties worden vastgelegd met behulp van gepatenteerde chemische tekentools. Bjorkdahl zegt dat het hen in staat stelt het hele onderzoeksproces te documenteren, inclusief de besluitvorming die het onderzoek in nieuwe richtingen stuurt.

IDBS

De scheikunde-afdeling van de Universiteit van Cambridge in het Verenigd Koninkrijk gebruikt de E-WorkBook ELN’s van IDBS nu al een aantal jaren. IT-manager Tim Dickens zegt dat het bedrijf wordt gezien als een goede speler op het gebied van chemie en translationele geneeskunde, maar zegt dat de penetratie van ELN’s in de academische wereld zeer fragmentarisch is geweest. Volgens hem is de terugverdientijd duidelijk: “informatie die in een notitieboekje wordt gekrabbeld, de technologie die hier in Cambridge al sinds Isaac Newton wordt gebruikt, wordt vervangen door een elektronische opstelling die veel voordelen biedt, zoals het voorkomen dat experimenten worden overgedaan, het koppelen van resultaten van verschillende instrumenten en het lokaliseren van die resultaten om ze op te schrijven”. Het IDBS-systeem is krachtig en is populair gebleken bij teams die de tijd hebben geïnvesteerd om het te begrijpen, voegt hij eraan toe.

We stappen af van het traditionele ELN naar gegevensbeheer, berekening en analyse

Het E-werkboek is volgens IDBS in hoge mate aanpasbaar om te voldoen aan de behoeften van alle onderzoekers, van elke onderzoeksbioloog tot de medicinale of synthetische chemicus. Het heeft ook een ChemBook applicatie die op het E-werkboek platform zit en de functionaliteit uitbreidt met specifieke cheminformatica mogelijkheden die het mogelijk maken om een verscheidenheid aan chemische datatypes snel en veilig vast te leggen, te delen, weer te geven en te doorzoeken. Jonathan Davies van IDBS zegt dat het basis E-workbook een “product is waaraan we bepaalde smaken kunnen toevoegen om aan bepaalde domeinen te voldoen. ChemBook voegt de mogelijkheid toe om de reactie te begrijpen, te doorzoeken, en om workflows te kunnen doen die passen bij een chemicus.

‘We stappen af van het traditionele ELN, dat een vervanging was voor het papieren labnotitieboek, en gaan meer naar het gebied van gegevensbeheer, berekening en analyse’, zegt Davies. Een andere belangrijke trend, opgemerkt door meerdere ELN-leveranciers, is een focus op gebruiksgemak, deels aangewakkerd door de gemakkelijke, intuïtieve interfaces die veel mensen gewend zijn te gebruiken op producten zoals smartphones en tabletcomputers. ELN’s zijn instrumenten die mensen elke dag gebruiken. We concentreren ons dus op het ontwerp van de gebruikersinterface om het zo eenvoudig mogelijk te maken”, zegt Davies.

Een nadeel van het IDBS-systeem, zegt Dickens, is dat het op Oracle draait, “een vrij duur pakket om technisch te beheren en vrij ingewikkeld. Het zou mooi zijn als het een alternatief systeem zou gebruiken, zoals het open source databasesysteem Postgress.’

Een ander probleem in Cambridge was de verscheidenheid aan apparaten die studenten gebruikten, met mensen die Linux, Macs, PCs, hun eigen laptops en meer gebruikten. Dickens zou graag een volledig functionele webinterface zien, inclusief de mogelijkheid om moleculen te tekenen zonder verschillende chemische tekenpakketten te hoeven gebruiken. Een web-enabled ELN is nu beschikbaar bij IDBS en wordt nog verbeterd, zegt hij.

‘Ons product is eigenlijk een pc-versie, maar we verplaatsen steeds meer van die functionaliteit naar het web met een webinterface die verschillende platforms ondersteunt,’ legt Davies uit. Hij geeft toe dat universiteiten een uitdagende omgeving zijn, maar zegt dat hun systeem veel voordelen heeft ten opzichte van sommige andere aanbiedingen. De backend is een Oracle-database. Het voordeel daarvan zit in de beveiliging, schaalbaarheid en prestaties. IDBS’s ChemBook rekent Total Petrochemicals en BASF tot zijn klanten.

Richard Whitby van de universiteit van Southampton heeft een aantal ELN’s bekeken en ziet het IDBS-systeem als “het beste” voor de academische wereld” en zegt dat zijn ervaring is dat het met de juiste infrastructuur en training een goed systeem is.

CambridgeSoft

PerkinElmer besloot na een evaluatie zo’n twee jaar geleden zijn informatica-activiteiten uit te breiden en nam in maart 2011 CambridgeSoft over. Haar ELN is marktleider en het E-Notebook voor Chemie belooft tegemoet te komen aan de behoeften van onderzoekschemici in alle industrieën. Het E-notebook is hetzelfde product, aan welke industrie we ook verkopen. Gebruikers kopen vervolgens extra modules die toepassingsspecifiek zijn. Al die onderdelen passen samen in een platform dat we Ensemble for Chemistry noemen’, zegt Clive Higgins, vice-president marketing bij PerkinElmer.

‘PerkinElmer houdt zich bezig met het creëren van gegevens en heeft een strategische zet gedaan door een aantal bedrijven over te nemen en die gegevens te beheren via ELN- en LIMS-technologieën. Het volgende probleem is de analyse, interpretatie en visualisatie van die gegevens”, zegt hij. De meeste klanten van CambridgeSoft werken met PC’s en Windows aan de voorkant en Oracle-servers aan de achterkant. Harvard University, kleine biotechs en big pharma zijn klanten.

Een voorbeeld van een embedded component in zijn chemie-notebook is ChemBioDraw, waarmee chemici reactieschema’s kunnen maken; Het ELN genereert automatisch Iupac-namen en stoichiometrietabellen en de chemietoepassingen beloven een centraal knooppunt voor activiteiten dat is geïntegreerd in de workflow van chemici. Gegevens die zijn vastgelegd met behulp van het ELN kunnen worden doorzocht en geanalyseerd met ChemBioViz met optionele koppelingen naar Spotfire voor krachtige visualisatie en analyse, aldus het bedrijf.

‘Webgebaseerde ELN’s hebben de neiging om hun mogelijkheden te verliezen wanneer je honderden gebruikers begint te krijgen. Onze mogelijkheden en samenwerking met Oracle betekenen dat ons product bewezen schaalbaar is,’ zegt Higgins.

Niet iedereen is enthousiast. Whitby klaagt bijvoorbeeld dat CambridgeSoft ‘in het verleden geen echte betrokkenheid heeft getoond en zeer inflexibel is gebleken met betrekking tot pilots’.

Maar Dickens van Cambridge is positiever. Ik heb begrepen dat zij de interface intuïtief vinden en dat de informatie op een duidelijke en heldere manier wordt aangeboden om mee te beginnen. En er is ook een chemisch inventarissysteem. Als je in de synthetische chemie werkt, heb je niet per se behoefte aan alle rijke functies die IDBS biedt.

Andere spelers

De prijs voor het opzetten van systemen van de grote spelers kan oplopen tot zo’n 25.000 dollar. Dat bedrag plaatst hen in een andere competitie dan wat kleine bedrijven of labs in gedachten zouden kunnen hebben. Suhaib Siddiqi is vice-president technologie bij ZS Genetics, een kleine genomics biotech in Massachusetts in de VS, die een verscheidenheid aan ELN’s heeft getest. Siddiqi is bezorgd dat sommige notebooks te veel ondersteuning vroegen: “Ik wil niet dat mijn chemici naar de IT rennen. We zijn een beginnend bedrijf. We wilden een redelijk geprijsd, goed ontworpen product,” zegt hij.

Siddiqi koos voor Espresso ELN van ChemBytes, dat volgens hem binnen 15 minuten geïnstalleerd en gebruikt kan worden. De maker is Stefan Abrecht, die 20 jaar als proceschemicus in de industrie heeft gewerkt voordat hij ChemBytes oprichtte. Espresso richt zich op organisch chemici, waaronder polymeer- en organometaalchemici. Het is niet zozeer een suite voor formuleringswerk”, zegt Abrecht, die het ELN zo ontwikkelde dat het eenvoudig te installeren en intuïtief te gebruiken is. Het is alleen beschikbaar om met pc’s te werken.

Espresso heeft geen server nodig om te draaien, kost 129 dollar, en alle functionaliteit is lokaal ingebouwd, inclusief het zoeken naar reactiesubstructuren. Het is aantrekkelijk voor degenen die niet over de middelen voor serverinfrastructuur beschikken, aldus Abrecht. Wat mijn applicatie onderscheidt, is dat het zich richt op het experimenteerprotocol. Ik vind het verbazingwekkend om producten te zien met kleine tekstvakjes voor het invoeren van het protocol. Dit is het hart van een ELN, dus Espresso ELN heeft een zeer functionele protocol editor, gekoppeld aan een materialendatabase, met stoichiometrische gegevens die op de achtergrond worden bijgehouden,’ zegt hij. Espresso kan automatisch projectexperimenten, die in geen speciale volgorde zijn toegevoegd, rangschikken en samenvatten in een aaneengesloten grafisch reactieschema. Siddiqi zegt dat hij graag meer biologische mogelijkheden aan het systeem toegevoegd zou zien.

Een ander alternatief is een open source ELN; GGA Software Services werd gekozen om het interne ELN van Pfizer te ontwikkelen, op de markt te brengen en te distribueren als een open source versie, Indigo. GGA had al enkele jaren met Pfizer samengewerkt om het oorspronkelijke ELN te ondersteunen en te onderhouden. Indigo wordt beschreven als zeer configureerbaar en uitbreidbaar. Het ondersteunt Linux-, Windows- en Mac OS X-systemen.

‘Het is ontwikkeld met de inbreng van duizenden chemici van Pfizer gedurende vele jaren,’ zegt Richard Golob van GGA, ‘dus het is een getest en bewezen platform.’ Hij zegt dat GGA zal helpen bij het onderhouden, aanpassen en configureren van het ELN voor bedrijven. Golob ziet grote kansen voor het gebruik van Indigo door externe partners, laboratoria en aannemers die met grote farmaceutische bedrijven werken, door een goedkoop chemie ELN aan te bieden. Siddiqi heeft Indigo overwogen, maar vond het te complex voor wat zij nodig hadden, maar wellicht is het geschikt voor anderen.

Er zijn tientallen andere opties. Agilent, een instrumentenbedrijf, kwam in de ELN-ruimte door een overname en biedt een product, OpenLAB ELN, dat kan omgaan met gegevens die van instrumenten komen. Een ander bedrijf is Dotmatics, afkomstig uit de arena van gegevensanalyse en een ELN aan hun portfolio toegevoegd als middel voor het vastleggen en analyseren van gegevens. Sciency ELN van RURO is een andere optie. Het bedrijf omschrijft het als een schaalbare, geïntegreerde onderzoeksomgeving voor het beheren en delen van gegevens die laboratoriumprocessen kan stroomlijnen. Tot slot zijn er nog andere open-source softwareopties die zijn ontwikkeld door de universiteiten van Southampton en Manchester (LabTrove en Myexperiment).

Grote foto

Een aantal ELN-leveranciers biedt gratis proefversies aan en dit is zeker het overwegen waard als je een keuze maakt voor een ELN-platform. Kosten en geavanceerdheid variëren, maar de grote leveranciers verschillen niet enorm in prijs, zegt Trigg. De meeste grote systemen zijn nu behoorlijk geavanceerd, maar om ze aan te passen aan je specifieke behoeften kan configuratie nodig zijn”, voegt hij eraan toe, wat duur en ingewikkeld kan worden. Trigg adviseert potentiële klanten om te vragen naar een schatting van de totale eigendomskosten over een periode van bijvoorbeeld vijf of tien jaar. Hij is ervan overtuigd dat ELN’s in de komende tien jaar het papieren notitieblokje uit het lab zullen verdringen.

Ik kan me niet voorstellen dat er in de komende tien jaar nog laboratoria zullen zijn die papier willen gebruiken, vanwege de drang naar geïntegreerde end-to-end bedrijfsprocessen met naadloze koppelingen naar informatiestromen,” zegt hij.

Anthony King is een wetenschapsschrijver uit Dublin, Ierland

De trend volgen

Michael Elliot van adviesgroep Atrium Research praat met Chemistry World over de markttrends op het gebied van ELN’s

Q. Welke specifieke trends zijn er de afgelopen jaren in de ELN-markt naar voren gekomen?

Er zijn verschillende trends, zowel vanuit een markt- als productperspectief. In de biofarmacie beweegt de markt zich veel meer stroomafwaarts, naar gebieden als analytische chemie, biologische ontwikkeling en kwaliteit. In andere segmenten neemt het gebruik van ELN in sectoren als voeding en dranken, consumentenproducten en chemische productie (niet-farma) toe, wat overeenkomt met de trends die we eind jaren tachtig, begin jaren negentig in LIMS zagen.

Beide trends duwen leveranciers in verschillende dimensies: ze proberen producten te vereenvoudigen voor een breder publiek en voegen tegelijkertijd extra functionaliteit toe, zoals het traceren van monsters en resultaten die nodig zijn voor ontwikkeling en kwaliteit. Deze trend van convergentie van LIMS-achtige functionaliteit in ELN kan de complexiteit van het product juist vergroten.

Q. Hoe zijn de behoeften van kleine bedrijven en/of de academische wereld vervuld door ELN-leveranciers?

Ik zou hier een onderscheid willen maken tussen kleine bedrijven en de academische wereld. Kleine bedrijven hebben ELN omarmd vanaf het allereerste begin en hebben een grote verscheidenheid aan opties om uit te kiezen. Academia is een ander beestje waar adoptie laag is. Hoewel grote instellingen ELN hebben geïmplementeerd, is dit een klein deel van de totale academische markt, wat resulteert in een adoptiepercentage van minder dan 10%.

Het grotere probleem in de academische wereld is een algemene onwil om ELN al heel vroeg in het onderwijs te adopteren

De problemen zijn vrij complex in deze sector. De meeste instellingen hebben geen behoefte aan de instrumenten voor de bescherming van intellectuele eigendom die de meeste producten bieden. De behoefte is er vanuit het oogpunt van samenwerking, en er zijn een groot aantal hulpmiddelen die “ELN-achtig” zijn en kunnen worden gebruikt – sommige zelfs gratis. Dus, hoewel sommige groepen geen ELN’s gebruiken, kunnen ze andere tools gebruiken die de noodzakelijke functionaliteit bieden.

Het grotere probleem dat ik in de academische wereld zie, is een algemene onwil om te veranderen en ELN’s heel vroeg in het onderwijs te adopteren. Ja, er zijn wat problemen met de kosten, maar verschillende aanbieders bieden zeer laaggeprijsde oplossingen voor onderwijsdoeleinden. Het heeft meer te maken met weerstand om het belang van de technologie – met name voor de synthetische chemie – voor toekomstige werkgevers in te zien. We moeten studenten opleiden in de technologie die ze in de toekomst zullen gebruiken en manieren leren om die te verbeteren, in plaats van hen op te leiden via verouderde papieren paradigma’s.

Q Zijn er de afgelopen twee of drie jaar nieuwe ELN-leveranciers op de markt gekomen die bijzonder innovatief zijn?

Eerlijk gezegd is me in de afgelopen twee tot drie jaar geen enkel product opgevallen dat zo vernieuwend is dat het echt boven het maaiveld uitsteekt. De laatste paar jaar zijn evolutionaire veranderingen geweest met extra mogelijkheden en werk aan enkele nieuwe gebruikersinterfaces.

Atrium Research publiceert een uitgebreid overzicht van de ELN-markt.