Eiwitten op maat? Puxano versnelt de Vlaamse biotech

Wouter Van Putte, oprichter en CEO: “Met Puxano  - in 2021 ontstaan binnen de BlueChem-incubator in Antwerpen  - willen we structureel eiwitonderzoek toegankelijk maken voor bedrijven. Met eigen technologieën versnellen we zowel het bepalen van de structuur van eiwitten als de aanmaak ervan.”

Inzoomen tot op het atoom

Puxano kiest daarbij resoluut voor een hybride aanpak door artificiële intelligentie (AI) te koppelen aan experimenteel onderzoek. Zo versterken die twee  elkaar. Wouter: “AI kan al veel voorspellen, maar nog lang niet alles. Daarom combineren we algoritmes met echte laboratoriumdata en maken we modellen betrouwbaarder en sneller toepasbaar.”

Die data verzamelt Puxano met cryo-elektronenmicroscopie (cryo-EM), een met een Nobelprijs onderscheiden technologie die moleculen razendsnel invriest en onder een elektronenmicroscoop zichtbaar maakt tot op nagenoeg atomaire schaal. Wouter: “Dat levert letterlijk een blauwdruk van een eiwit op. Je ziet precies waar een geneesmiddel met zo’n proteïne kan binden, welk deel van de molecule sneller muteert (en dus minder geschikt is voor binding) of waar je een eiwit stabieler kan maken voor gebruik in een vaccin.”

“Die atomaire structuren zijn van doorslaggevend belang bij de ontwikkeling van nieuwe therapieën. In plaats van lukraak vijf miljoen moleculen te testen in de hoop dat er eentje werkt – de klassieke aanpak – opereren wij veel gerichter. Eerst simuleren wij virtueel miljoenen stoffen (in silico) en testen daarna enkel de meest beloftevolle kandidaten experimenteel in het labo. Dankzij onze technologie kunnen we dit proces veel efficiënter en doelgerichter uitvoeren, waardoor farmabedrijven tijd en kosten besparen in hun zoektocht naar nieuwe medicijnen.”

Problemen oplossen

Wouter: “Wij zijn in wezen een dienstenleverancier. Farmaceutische bedrijven doen een beroep op onze expertise. Om ons te onderscheiden en om onze meerwaarde te bewijzen, ontwikkelen we daarnaast ook eigen producten: PXN Grids zijn eigen ontwikkelde nanotechnologische hulpmiddelen die eiwitten beter positioneren voor cryo-EM. Het zijn een reeks van heel specifieke roosters  - houdertjes voor stalen in de elektronenmicroscoop  - waarin je eiwitten makkelijker vastzet om ze zorgvuldig te kunnen analyseren. Daarmee lossen we problemen op waar onderzoekers al jaren mee worstelen zoals eiwitten die verkeerd georiënteerd liggen of te dun verspreid zijn. Onze grids verhogen de slaagkans van moeilijke structuuronderzoeken drastisch. De interesse vanuit de sector is groot.”

Het beste van twee werelden 

Naast hardware ontwikkelt Puxano ook software. Zo zet het bedrijf volop in op AI-ondersteunde proteïne design. Wouter: “Je kan tegenwoordig al veel eiwitstructuren voorspellen via AI, maar het is zeker geen magische oplossing voor alles. Bepaalde eiwitten worden door de algoritmes vlot en correct gemodelleerd, terwijl andere – bijvoorbeeld erg complexe eiwitten of eiwitten uit organismen waar weinig data van beschikbaar is – nog steeds grote fouten opleveren. “Tussen alles 100% experimenteel doen of alles 100% computationeel oplossen, nemen wij zoals gezegd een middenpositie in. Onze aanpak versterkt beide methodes door ze slim te mixen. We bouwen bijvoorbeeld een AI-model dat we een klein beetje extra experimentele data meegeven, zodat de voorspellingen accurater worden.” Die hybride aanpak – AI die gevoed wordt door échte laboratoriumdata – is volgens ons the way to go. Ook hier werkt Puxano samen met grote spelers: “We zijn zo’n systeem nu aan het co-creëren met een van de grote farmabedrijven, en dat is geweldig om te doen,” glimlacht Wouter.

Om die AI-modellen te trainen zijn veel data en veel rekenkracht nodig. En daarvoor kijkt Puxano naar het Vlaams Supercomputer Centrum (VSC), EuroHPC en Fortissimo PLUS. Wouter: “Onze AI-modellen moeten getraind worden op gigantische datasets. Dat kan je niet op een gewone computer. Dankzij het VSC draaien we rekenintensieve taken op honderden GPU’s, zonder dat de kosten de pan uit swingen. Voor een start-up is dat een enorm verschil: zo kunnen wij concurreren met bedrijven die veel grotere middelen hebben.”

Steun als versneller

Niet enkel in de vorm van rekenkracht ontving Puxano steun van Vlaanderen en Europa. Ook VLAIO zorgde voor de nodige slagkracht en begeleiding. Wouter: “Met assistentie van bedrijfsadviseur Tine Demoor dienden we een kmo-groeisubsidie rond digitalisering en een ontwikkelingsproject voor onze PXN-grids in. Beiden werden goedgekeurd en zijn van ontzettend groot belang voor een kleine start-up als de onze. We ontvingen ook  Eurostars steun en werken daarvoor samen met een Nederlandse partner. En in september starten we met een Baekeland-mandaat – een beurs waarmee een onderzoeker vier jaar lang doctoraatsonderzoek uitvoert in nauwe samenwerking met Puxano en het Vlaams Instituut voor Biotechnologie (VIB). Concreet betekent dit dat een doctoraatsstudent van de UGent/VIB zich de komende jaren buigt over wetenschappelijke vragen die rechtstreeks relevant zijn voor onze innovaties.

Wouter ziet de VLAIO-ondersteuning dan ook echt als een versneller. “Subsidies zoals dat Baekeland-mandaat geven Puxano de ruimte om voorsprong te nemen. Die eerste projecten gaven ons momentum om een robuuste technologie te bouwen op een grondig fundament,” vertelt hij. “We moesten véél meer doen dan bestaande kennis toepassen – we hebben echt nieuwe methodes uitgevonden via fundamenteel onderzoek. Zonder die ondersteuning had ons project nooit zo effectief uitgevoerd kunnen worden.” 

Daarnaast is samenwerking met zowel de academische als de bedrijfswereld cruciaal. Wouter: “Alleen redt je het niet als kleine onderneming. Je hebt een breed netwerk nodig van complementaire partners. Die vonden we niet alleen in Vlaanderen en Nederland, maar ook bij kennisinstellingen in het buitenland.”

“Als je echt overtuigd bent van je idee,” richt Wouter zich tot andere ondernemers, “zoek dan partners die met je meedenken. Wij hebben van bij de start enorm veel gehad aan de samenwerking met VLAIO en met kennisinstellingen met de juiste wetenschappelijke houding. Zonder hen was Puxano nooit zo ver geraakt, want de weg van fundamenteel onderzoek naar een marktklaar dienst of product is lang en vol uitdagingen.”