Zeszyty przechodzą na technologię cyfrową

Elektroniczne zeszyty laboratoryjne zmieniają sposób, w jaki wielu naukowców korzysta z informacji. Te notatniki, w skrócie ELN, przechwytują szczegóły eksperymentów i dane, które można w pełni przeszukiwać w ramach i pomiędzy eksperymentami. Mogą one również automatycznie dostarczać naukowcom informacje pochodzące od osób trzecich.

Duże firmy produkujące ELN aktywnie uczestniczyły w fuzjach i przejęciach w ciągu ostatnich dwóch lub trzech lat, przejmując mniejsze firmy, aby pomóc im w poszerzeniu ich portfolio. Najwięksi dostawcy łączą narzędzia, aby zapewnić nie tylko przechwytywanie danych, ale także ich analizę i wizualizację” – zauważa John Trigg, konsultant ds. sieci ELN w firmie PhaseFour Informatics. Umożliwiło im to przejście w kierunku oferowania platformy, do której można się podłączyć.

„ELN-y odchodzą od bycia specyficznymi dla danej dyscypliny i zmierzają w kierunku podejścia modułowego, w którym masz ogólny rdzeń, narzędzie do tworzenia, ale z możliwością podłączenia innych rodzajów funkcji, które spełniłyby wymagania chemii, biologii i zapewnienia jakości” – wyjaśnia Trigg. Najwięksi gracze to IDBS, CambridgeSoft (własność PerkinElmer) i Accelrys, ale jest wielu mniejszych graczy oferujących ELN z kilkoma ciekawymi funkcjami.

Cena jest ogromnym problemem dla środowisk akademickich

ELN wyewoluowały z narzędzi desktopowych, dedykowanych konkretnym dyscyplinom naukowym, lub z ogólnych narzędzi autorskich, które powielają papierowy notatnik laboratoryjny. W rezultacie powstała mieszana grupa produktów, z których niektóre wchodzą w skład innych narzędzi informatycznych, takich jak systemy zarządzania informacjami laboratoryjnymi (LIMS), systemy zarządzania danymi naukowymi i systemy realizacji badań laboratoryjnych. Konwergencja powoduje pewne zamieszanie wśród klientów, ale zasadniczo osoby kupujące ELN zmierzają w kierunku „laboratorium bez papieru”, w którym ELN integruje się z innymi systemami laboratoryjnymi.

Wielkie firmy farmaceutyczne były pierwszymi użytkownikami ELN, ale małe firmy biotechnologiczne, laboratoria akademickie i ogólnie małe firmy były bardziej ostrożne. Ponadto, niektóre ELN są częścią większych pakietów, które można uznać za drogie w zakupie i utrzymaniu wraz ze wsparciem informatycznym.

Accelrys/Contur

W 2008 roku Karolinska Institutet (KI) w Sztokholmie, w Szwecji, odkrył pewne kluczowe problemy podczas audytu wewnętrznego i zdecydował, że papierowe notatniki są zagrożeniem. Wiele z nich zawierało wydruki elektroniczne, które zostały wydrukowane i wklejone, co wydawało się zacofane. Niektóre grupy badawcze w KI już korzystały z ELN, wyjaśnia kierownik projektu Cecilia Bjorkdahl; zazwyczaj miało to miejsce po tym, jak pracownik naukowy pracował w firmie biotechnologicznej lub farmaceutycznej i wrócił na uniwersytet. Chcieli oni kontynuować korzystanie z e-dokumentacji, z której wcześniej korzystali” – wyjaśnia.

Uniwersytet połączył siły z dwoma uniwersytetami medycznymi w Szwecji i zdecydował się na wybór systemu iLabber firmy Contur. Mieliśmy epidemiologów i chemików i wszystko pomiędzy, więc potrzebowaliśmy czegoś, co nie byłoby zbyt specyficzne’ – mówi Bjorkdahl. 'Ponadto, to jest miejsce, gdzie dostaliśmy najwięcej za nasze pieniądze’. Sprzedawcy ELN przyznają, że cena jest dla środowiska akademickiego bardzo istotna, a firma KI zdecydowała, że Contur oferuje wartościowe rozwiązania. Niektóre z innych systemów, które oglądaliśmy, były co najmniej dwa razy droższe i mieliśmy wrażenie, że będą wymagały o wiele więcej ciągłej pracy”. Mówi, że przyjęty przez nich system jest stosunkowo mało wymagający i był jednym z łatwiejszych w obsłudze z punktu widzenia IT. Jak dotąd z ELN firmy Contur korzysta w instytucie około 1800 osób z możliwych 4500.

Jednak są też minusy. Jest to produkt „out-of-the box”, mówi Bjorkdahl, „więc ma to pewne wady, jeśli chodzi o dostosowanie systemu do różnych grup, a dla niektórych działa on lepiej”. Zróżnicowane środowisko IT sprawiało na początku problemy, a dostawca ELN musiał zwrócić większą uwagę na wymagania dotyczące komputerów Mac, które stanowiły 20-30% interfejsów użytkowników. Dostępna była wersja kliencka dostępna z serwera, ale problemy skłoniły firmę do opracowania wersji internetowej, niezależnej od komputerów PC i Mac. Pojawiły się skargi dotyczące elastyczności edytora tekstu, nad którą od tego czasu pracowano, a ustalenie, kto co i kiedy powinien widzieć w ramach ELN, zajęło sporo czasu.

Kontur został przejęty przez Accelrys w maju 2011 roku, co doprowadziło do pewnych spekulacji na temat przyszłości ELN. Thomas Rozlucki z Accelrys twierdzi jednak, że sieć ELN firmy Contur jest wygodnym uzupełnieniem jej własnego notebooka. Wykonaliśmy znaczną pracę, aby zintegrować produkt Contur z platformą korporacyjną Accelrys” – mówi. Większe firmy mogą korzystać z platformy Accelrys, natomiast wykonawcy, dostawcy lub partnerzy mogą zdecydować się na Contur ELN. Sieć Accelrys ELN charakteryzuje się na przykład bardzo silną integracją z instrumentami i jest stosowana w środowiskach podlegających regulacjom prawnym, co odróżnia ją od sieci Contur ELN” – wyjaśnia. Ze względu na zgodność z przepisami firma Big Pharma musi posiadać instrumenty zintegrowane z siecią ELN w zakresie chemii analitycznej i procesowej. Notebook Accelrys, dawniej Symyx, jest postrzegany jako zaawansowana, korporacyjna sieć ELN.

Accelrys oferuje zniżkową cenę akademicką na swoją sieć Contur ELN w wysokości 120 USD (~80 PLN) za 12-miesięczną subskrypcję. Według firmy, która jako klientów wymienia Uniwersytet Yale, firmy Carlsberg i Heinz, wystarczy jedno godzinne szkolenie. Struktury chemiczne i reakcje są rejestrowane przy użyciu zastrzeżonych narzędzi do rysowania chemicznego. Bjorkdahl mówi, że pozwala im to dokumentować cały proces badawczy, w tym podejmowanie decyzji, które prowadzą badania w nowych kierunkach.

IDBS

Wydział chemii na Uniwersytecie Cambridge w Wielkiej Brytanii już od kilku lat korzysta z sieci ELN E-WorkBook firmy IDBS. Kierownik działu IT Tim Dickens mówi, że firma jest postrzegana jako dobry gracz w dziedzinie chemii i medycyny translacyjnej, ale twierdzi, że penetracja sieci ELN w środowisku akademickim była bardzo nierówna. Twierdzi on, że zwrot z inwestycji jest oczywisty, zastępując „informacje nanoszone do notatnika, technologii używanej w Cambridge od czasów Isaaca Newtona, elektroniczną konfiguracją, która ma wiele zalet, takich jak unikanie powtarzania eksperymentów, łączenie wyników z różnych instrumentów i lokalizowanie ich w celu zapisania”. System IDBS jest potężny i okazał się popularny wśród zespołów, które zainwestowały czas, aby go zrozumieć, dodaje.

Odchodzimy od tradycyjnej ELN w kierunku zarządzania danymi, obliczeń i analiz

E-pracownik, według IDBS, jest wysoce adaptowalny, aby zaspokoić potrzeby wszystkich badaczy, od biologa do chemika medycznego lub syntetycznego. Posiada również aplikację ChemBook, która działa na platformie E-workbook i rozszerza jego funkcjonalność o specyficzne możliwości cheminformatyczne, które pozwalają na przechwytywanie, udostępnianie, wyświetlanie i wyszukiwanie różnych typów danych chemicznych w sposób szybki i bezpieczny. Jonathan Davies z IDBS mówi, że podstawowy E-workbook jest „produktem, do którego możemy dodawać poszczególne smaki, aby dopasować go do poszczególnych dziedzin”. ChemBook dodaje zdolność do zrozumienia reakcji, przeszukiwania jej oraz możliwość wykonywania przepływów pracy odpowiednich dla chemika.

„Odchodzimy od tradycyjnej ELN, która zastępowała papierowy notatnik laboratoryjny, a w większym stopniu zajmujemy się zarządzaniem danymi, obliczeniami i analizą” – mówi Davies. Innym ważnym trendem, zauważonym przez wielu dostawców ELN, jest nacisk na łatwość użytkowania, częściowo spowodowaną łatwymi, intuicyjnymi interfejsami, do których przyzwyczaiło się wiele osób korzystających z produktów takich jak smartfony i tablety. ELN to narzędzia, z których ludzie korzystają każdego dnia. Koncentrujemy się więc na włożeniu wiele wysiłku w projektowanie interfejsu użytkownika, aby uczynić go tak prostym i łatwym, jak to tylko możliwe” – mówi Davies.

Jednym minusem systemu IDBS, mówi Dickens, jest to, że działa on na Oracle, „dość drogim pakiecie do zarządzania technicznego i dość skomplikowanym. Byłoby miło, gdyby wykorzystywał alternatywny system, taki jak open source’owy system baz danych Postgress.’

Innym problemem w Cambridge była różnorodność urządzeń, z których korzystali studenci – ludzie używali Linuksa, Maców, PC, własnych laptopów i innych. Dickens chciałby zobaczyć w pełni funkcjonalny interfejs internetowy, w tym możliwość rysowania cząsteczek bez konieczności korzystania z różnych pakietów do rysowania związków chemicznych. ELN z obsługą WWW jest obecnie dostępna w IDBS i jest udoskonalana, jak mówi.

„Nasz produkt jest tak naprawdę wersją dla komputerów PC, ale stale przenosimy więcej funkcji do sieci z interfejsem sieciowym, który obsługuje różne platformy”, wyjaśnia Davies. Przyznaje, że uniwersytety są wymagającym środowiskiem, ale mówi, że ich system ma wiele zalet w porównaniu z innymi ofertami. 'Backend to baza danych Oracle. Zaletą tego rozwiązania jest bezpieczeństwo, skalowalność i wydajność. ChemBook IDBS zalicza Total Petrochemicals i BASF do swoich klientów.

Richard Whitby z Uniwersytetu w Southampton przyjrzał się wielu ELN-om i uważa system IDBS za „najlepszy” dla środowiska akademickiego i mówi, że z jego doświadczenia wynika, iż przy odpowiedniej infrastrukturze i szkoleniu jest to dobry system.

CambridgeSoft

PerkinElmer zdecydował się rozszerzyć swoją działalność informatyczną po przeprowadzeniu przeglądu około dwa lata temu i nabył CambridgeSoft w marcu 2011 roku. Jej ELN jest liderem na rynku, a E-Notebook for Chemistry ma zaspokoić potrzeby chemików badawczych we wszystkich branżach. E-notebook jest tym samym produktem niezależnie od branży, do której jest skierowany. Użytkownicy kupują następnie dodatkowe moduły, które są specyficzne dla danego zastosowania. Wszystkie te elementy składają się na platformę, którą nazywamy Ensemble for Chemistry’ – mówi Clive Higgins, wiceprezes ds. marketingu w PerkinElmer.

’PerkinElmer zajmuje się tworzeniem danych i wykonał strategiczny ruch polegający na przejęciu kilku firm i zarządzaniu tymi danymi za pomocą technologii ELN i LIMS. Kolejnym problemem jest analiza, interpretacja i wizualizacja tych danych” – mówi. Większość klientów CambridgeSoft wykorzystuje komputery PC i Windows jako interfejs, a serwery Oracle jako interfejs końcowy. Klientami są Uniwersytet Harvarda, małe biotechnologie i duże firmy farmaceutyczne.

Przykładem komponentu wbudowanego w notes chemiczny jest ChemBioDraw, który pozwala chemikom tworzyć schematy reakcji; ELN automatycznie generuje nazwy Iupac i tabele stechiometryczne, a jej aplikacje chemiczne stanowią centralne centrum działań, które jest zintegrowane z przepływem pracy chemików. Dane przechwycone przy użyciu ELN mogą być wyszukiwane i analizowane przy użyciu ChemBioViz z opcjonalnymi łączami do Spotfire dla potężnej wizualizacji i analizy, jak twierdzi firma.

’Sieciowe ELN mają tendencję do wyczerpywania się możliwości, kiedy zaczynasz mieć setki użytkowników. Nasze możliwości i współpraca z Oracle oznaczają, że nasz produkt ma udowodnioną skalowalność” – mówi Higgins.

Nie wszyscy są zachwyceni. Whitby, na przykład, skarży się, że CambridgeSoft „nie wykazał żadnego prawdziwego zaangażowania w przeszłości i okazał się bardzo nieelastyczny w odniesieniu do pilotów”.

Ale Dickens z Cambridge jest bardziej pozytywnie nastawiony. Mamy tu kilka osób korzystających z wersji dla jednego użytkownika i z tego co wiem, uważają oni interfejs za intuicyjny, dostarczający informacji w czysty i jasny sposób, aby rozpocząć pracę. Jest też system inwentaryzacji chemikaliów. Pracując w chemii syntetycznej niekoniecznie potrzebujesz wszystkich bogatych funkcji, które zapewnia IDBS”.

Inni gracze

Cena konfiguracji systemów od dużych graczy może wynosić około 25 000 USD. Ta kwota stawia je w innej lidze niż to, co mogą mieć na myśli małe firmy lub laboratoria. Suhaib Siddiqi jest wiceprezesem ds. technologii w ZS Genetics, małej biotechnologicznej firmie genomicznej z Massachusetts w USA, która przetestowała wiele różnych ELN. Siddiqi obawia się, że niektóre notebooki wymagały zbyt dużego wsparcia: Nie chcę, aby moi chemicy biegali do działu IT. Jesteśmy firmą rozpoczynającą działalność. Chcieliśmy rozsądnego cenowo, dobrze zaprojektowanego produktu” – mówi.

Siddiqi zdecydował się na ELN Espresso firmy ChemBytes, który według niego można zainstalować i używać w ciągu 15 minut. Jego twórcą jest Stefan Abrecht, który przed założeniem firmy ChemBytes przez 20 lat pracował jako chemik procesowy w przemyśle. Espresso skierowane jest do chemików organicznych, w tym chemików polimerów i chemików metaloorganicznych. Jest to nie tyle pakiet do pracy z formułami” – mówi Abrecht, który opracował ELN tak, aby była prosta w instalacji i intuicyjna w obsłudze. Jest on dostępny tylko do pracy z komputerami PC.

Espresso nie wymaga serwera do działania, kosztuje 129 USD, a wszystkie funkcje są wbudowane lokalnie, w tym wyszukiwanie podstruktur reakcji. Jest to atrakcyjne dla tych, którzy nie mają zasobów na infrastrukturę serwerową, według Abrecht. To co odróżnia moją aplikację od innych to fakt, że skupia się ona na protokole eksperymentu. Zdumiewa mnie, gdy widzę produkty z małymi polami tekstowymi do wprowadzania protokołu. To jest serce ELN, więc Espresso ELN posiada wysoce funkcjonalny edytor protokołów, połączony z bazą danych materiałów, z danymi stechiometrycznymi przechowywanymi w tle” – mówi. Espresso potrafi automatycznie układać i podsumowywać eksperymenty projektowe, dodawane bez specjalnej kolejności, w spójny graficzny schemat reakcji. Siddiqi mówi, że chciałby, aby do systemu dodano więcej możliwości biologicznych.

Inną alternatywą jest otwarta sieć ELN; firma GGA Software Services została wybrana do opracowania, wprowadzenia na rynek i dystrybucji wewnętrznej sieci ELN firmy Pfizer w wersji otwartej – Indigo. GGA współpracowała z Pfizerem w zakresie wsparcia i utrzymania oryginalnej ELN przez kilka lat. Indigo jest opisywany jako wysoce konfigurowalny i rozszerzalny. Obsługuje systemy Linux, Windows i Mac OS X.

„Został on opracowany przy udziale tysięcy chemików firmy Pfizer na przestrzeni wielu lat”, mówi Richard Golob z GGA, „jest to więc platforma sprawdzona i przetestowana”. Mówi on, że GGA pomoże w utrzymaniu, dostosowaniu i skonfigurowaniu ELN dla firm. Golob dostrzega duże możliwości wykorzystania Indigo przez partnerów zewnętrznych, laboratoria i wykonawców współpracujących z big pharma, oferując niedrogie ELN dla chemii. Siddiqi rozważał Indigo, ale uznał, że jest zbyt skomplikowane dla ich potrzeb, ale może odpowiadać innym.

Istnieją dziesiątki innych opcji. Agilent, firma produkująca przyrządy, weszła w przestrzeń ELN poprzez przejęcie i oferuje produkt, OpenLAB ELN, który może poradzić sobie z danymi pochodzącymi z przyrządów. Inną firmą jest Dotmatics, która pochodzi z areny analizy danych i dodała ELN do swojego portfolio jako środek do przechwytywania i analizy danych. Sciency ELN firmy RURO jest kolejną opcją. Firma opisuje je jako skalowalne, zintegrowane środowisko badawcze do zarządzania i udostępniania danych, które może usprawnić procesy laboratoryjne. Wreszcie, istnieją inne opcje oprogramowania open-source opracowane przez Uniwersytety w Southampton i Manchesterze (LabTrove i Myexperiment).

Wielki obraz

Wielu dostawców ELN oferuje bezpłatne testy i jest to z pewnością warte rozważenia przy podejmowaniu decyzji o wyborze platformy ELN. Koszty i zaawansowanie różnią się, ale duzi dostawcy nie różnią się bardzo cenowo, mówi Trigg. Większość głównych systemów jest obecnie dość zaawansowana, ale dostosowanie ich do konkretnych potrzeb może wymagać konfiguracji” – dodaje, co może być kosztowne i skomplikowane. Trigg radzi potencjalnym klientom, aby poprosili o oszacowanie całkowitego kosztu posiadania w okresie czasu, np. pięciu lub dziesięciu lat. Jest on przekonany, że w ciągu najbliższej dekady ELN wyprą z laboratorium papierowe notatniki.

Nie mogę uwierzyć, że w ciągu następnych 10 lat jakiekolwiek laboratorium będzie nadal chciało używać papieru ze względu na dążenie do zintegrowanych procesów biznesowych typu end-to-end z bezproblemowymi połączeniami z przepływem informacji’ – mówi. Jest w tym jakaś nieuchronność.’

Anthony King jest pisarzem naukowym z siedzibą w Dublinie, Irlandia

Podążanie za trendem

Michael Elliot z grupy konsultingowej Atrium Research rozmawia z Chemistry World o trendach rynkowych w ELN’ach

Q. Jakie szczególne trendy pojawiły się na rynku ELN w ciągu ostatnich kilku lat?

Istnieje kilka trendów, zarówno z perspektywy rynku, jak i produktów. W branży biofarmaceutycznej rynek zdecydowanie przesuwa się w dół, w kierunku takich obszarów jak chemia analityczna, rozwój leków biologicznych i jakość. W innych segmentach, rozpowszechnienie ELN w sektorach takich jak żywność i napoje, produkty konsumenckie i produkcja chemiczna (poza farmacją) przyspiesza, odpowiadając trendom, które widzieliśmy w LIMS w późnych latach 80-tych i wczesnych 90-tych.

Oba te trendy popychają dostawców w różnych wymiarach – próbując uprościć produkty, aby sprostać szerszemu gronu odbiorców, jednocześnie dodając dodatkowe funkcje, takie jak śledzenie próbek i wyników, potrzebne do rozwoju i jakości. Ta tendencja do konwergencji funkcjonalności podobnych do LIMS w ELN może w rzeczywistości zwiększyć złożoność produktu.

Q. W jaki sposób dostawcy ELN zaspokajają potrzeby małych firm i/lub środowisk akademickich?

Oddzieliłbym tutaj małe firmy od środowisk akademickich. Małe firmy przyjęły ELN od samego początku i mają szeroką gamę opcji do wyboru. Środowisko akademickie to inna bestia, gdzie adopcja jest niska. Chociaż duże instytucje wdrożyły ELN, jest to niewielka część całego rynku akademickiego, co skutkuje mniej niż 10% wskaźnikiem adopcji.

Większym problemem w środowisku akademickim jest ogólna niechęć do przyjęcia ELN na bardzo wczesnym etapie nauczania

Problemy w tym sektorze są dość złożone. Większość instytucji nie ma potrzeby korzystania z narzędzi ochrony własności intelektualnej oferowanych przez większość produktów. Potrzeba wynika z perspektywy współpracy, a istnieje wiele narzędzi, które są „ELN-like”, które mogą być używane – niektóre nawet za darmo. Tak więc, podczas gdy niektóre grupy nie używają ELN, mogą używać innych narzędzi, które zapewniają niezbędną funkcjonalność.

Większym problemem, jaki widzę w środowisku akademickim, jest ogólna niechęć do zmiany i przyjęcia ELN na bardzo wczesnym etapie nauczania. Tak, są pewne problemy z kosztami, ale kilku dostawców oferuje bardzo tanie rozwiązania dla celów edukacyjnych. Wynika to raczej z oporu przed zrozumieniem znaczenia tej technologii – zwłaszcza dla chemii syntetycznej – dla przyszłych pracodawców. Musimy szkolić studentów w zakresie technologii, której będą używać w przyszłości i uczyć się sposobów jej ulepszania, a nie szkolić ich za pomocą przestarzałych paradygmatów papierowych.

Q Czy w ciągu ostatnich dwóch lub trzech lat pojawili się nowi dostawcy ELN, którzy są szczególnie innowacyjni?

Szczerze mówiąc, w ciągu ostatnich dwóch do trzech lat nie spotkałem się z żadnym produktem, który byłby szczególnie nowatorski lub tak innowacyjny, że naprawdę wybijałby się ponad przeciętność. Ostatnie kilka lat to zmiany ewolucyjne z dodatkowymi możliwościami i praca nad nowymi interfejsami użytkownika.

Atrium Research publikuje kompleksowy przegląd rynku ELN.