Startup Cradle gebruikt AI om sneller antilichamen te vinden

Hoe transporteer je een half dorp aan gigantische laboratoriumapparatuur naar de vijfde verdieping van een bedrijvengebouw? Het is een vraag waar Jelle Prins (40) zich vorig jaar plots over moest buigen, toen hij met zijn bedrijf Cradle van techmekka Delft naar het toch wat centraler gelegen Sloterdijk in hoofdstad Amsterdam besloot te verhuizen.

De lift bleek te klein, dus moest er een hijskraan aan te pas komen om alle peperdure pipetteerapparaten, opslagsystemen en vriezers op skylinehoogte het gebouw in te krijgen.

Maar het resultaat mag er zijn. Vanaf het laboratorium van Cradle hebben techneuten een prachtig uitzicht over het uiterst westelijk gelegen staartje van de hoofdstad.

Of deze out-of-the-box-verhuizing van peperdure laboratoriumwaar hem slapeloze nachten heeft opgeleverd? Prins lacht: “Nee, dit zijn niet de dingen waar je als ondernemer van een snelgroeiend bedrijf wakker van ligt.”

Vanaf de computer eiwitten ontwerpen

Met Cradle leveren Prins en zijn vier compagnons software waarmee wetenschappers sneller betere eiwitten kunnen ontwerpen. De ondernemers maken daarvoor gebruik van kunstmatige intelligentie, waarbij ze putten uit miljoenen resultaten uit publieke wetenschappelijke eiwitstudies.

"Onze software kan vervolgens nieuwe eiwitten ontwerpen", zegt Prins. "Ook kan het model voorspellen wat voor eigenschappen zij krijgen en hoe stabiel ze zijn. Vanaf de computer kunnen we dus in feite al heel veel nieuwe eiwitten ontwerpen."

Voor de wetenschap is dat een uitkomst, legt Prins uit. Die is continu op zoek naar nieuwe eiwitten, om bijvoorbeeld krachtigere medicijnen, nieuwe voedingsproducten of sterkere bioplastics op de markt te kunnen brengen.

"Zo'n eiwit is in feite een ketting van wel vierduizend kralen, die uit aminozuren bestaan", zegt Prins. "Al die aminozuren stoten elkaar af of trekken elkaar aan. Welke aminozuren achter elkaar worden geplakt, bepaalt dus welke eigenschappen een eiwit krijgt."

De uitdaging voor wetenschappers ligt hem erin om deze 'kralenketting' zo te leggen dat je de ideale eiwitten krijgt voor bijvoorbeeld medicijnen. "Stel dat je een antilichaam, ook een soort eiwit, wil maken, dan moet je ervoor zorgen dat die stabiel blijft tot zeker 42 graden. Als dit al bij 38 graden uit elkaar valt, heb je er niets aan als medicijn."

Wetenschappers doen doorgaans "met vallen en opstaan" talloze experimenten, legt Prins uit, in de hoop dat er een goede eiwitcombinatie tussen zit. "Ze doen vaak wel honderd projecten en dan is het maar net hopen dat er één succesvolle tussen zit, die ervoor zorgt dat je alle investeringen terugverdient. De meeste projecten mislukken echter, omdat de doelen niet gehaald worden. Dat kost vaak miljoenen."

Met kunstmatige intelligentie proberen Prins en zijn compagnons het aandeel succesvolle tests omhoog te krijgen. "Zoals ChatGPT de mensentaal heeft geleerd door het hele internet af te lezen, hebben wij onze modellen de eiwittaal geleerd door ze miljoenen onderzoeksdata van eiwitstudies te laten zien. Die aminozuren zijn als het ware de letters van de eiwitten."

Als je een nieuw eiwit wil onderzoeken, heb je volgens Prins lang niet altijd bergen aan gespecificeerde wetenschappelijke data nodig. "Een klein beetje kan al voldoende zijn. Van ieder uitgevoerd onderzoek leren onze modellen weer."

Zoeken bedrijven naar een bepaald antilichaam, dan kunnen ze het platform aan het werk zetten door een bestaande reeks aan aminozuren te uploaden, legt Prins uit.

AI-modellen ontwerpen miljoenen soorten antilichamen

De AI-modellen ontwerpen vervolgens miljoenen varianten en doen een voorspelling van hoe goed die werken. Bedrijven kunnen de meest kansrijke eiwitten daarop testen in hun laboratorium. "In feite krijgen ze van ons niets meer dan een tekstbestandje, waarop staat welke combinaties ze het beste kunnen testen."

Door al die data worden modellen continu verbeterd, is het idee bij Cradle. Om fouten te voorkomen, test het team van Prins de eiwitten van nieuwe modellen ook zelf.

Dat is dan ook de reden dat de ondernemer op vijf hoog een compleet laboratorium heeft geopend, vertelt hij. "We kunnen hier met geautomatiseerde machines snel tests doen om de AI-onderzoekers in onze organisatie verder te helpen. We doen hier onderzoek naar antilichamen, een vorm van borstkanker en bijvoorbeeld een enzym dat plastic kan afbreken."

"Toen we nog in Delft zaten, moesten we handmatig pipetteren", zegt Prins, terwijl we langs de vele bakken van machines lopen. "Inmiddels kan een robot in één keer allerlei pipettentests voor ons uitvoeren."

Hij wijst naar een van de grote machines. "Die kan precies meten hoe goed een antilichaam bindt aan een andere molecuul. Die data gaat vervolgens weer het platform in, waarna onze modellen er weer van leren, zodat een volgende ronde nog beter is."

Doordat bedrijven dankzij de enen en nullen van Cradle minder tests hoeven uit te voeren, besparen zij op hun onderzoekskosten, zo is het idee van de startup. "Er zijn veel partijen in bijvoorbeeld de agricultuur en voedseltechnologie die dit soort onderzoek zelden deden, vanwege de hoge kosten. Met onze techniek worden deze onderzoeken voor grotere groepen een mogelijkheid."

AI-handen met zes vingers

Kunstmatige intelligentie mag de technologische doorbraak van de afgelopen jaren zijn, nog lang niet iedereen is overtuigd van de techniek. Critici wijzen op de door ChatGPT gegenereerde afbeeldingen waarin mensenhanden zes vingers hebben, of ze lachen over de wel érg machinaal klinkende liedjes van bedrijven als Udio en Suno. De techniek is nog verre van perfect, willen ze maar zeggen.

Prins, die zichzelf als "techoptimist" omschrijft, richt zich liever op dingen waar kunstmatige intelligentie al wel toe in staat is. "Heb je de documentaire AlphaGo [uit 2018, red.] al eens gekeken? Je ziet erin dat onderzoekers een computer hebben getraind om het spelletje Go te spelen - een soort schaken, maar dan veel ingewikkelder."

De computer neemt het op tegen de beste speler ter wereld. "Bij zet 37 deed het model een hele rare zet. De commentatoren zeiden: zie je wel? AI is er nog lang niet. Wat een belachelijke zet! Pas veel later in het spel bleek dat het de briljante, allesbepalende zet was geweest, waardoor de computer won. Wij zien hetzelfde gebeuren met de eiwitten. Modellen maken ontwerpen waar mensen niet snel op zouden komen."

Of neem die keer dat een van zijn jongste collega's aan een wereldwijde wedstrijd mee besloot te doen om een antilichaam tegen kanker te ontwerpen. "Na een werkdag is zij er even voor gaan zitten", zegt Prins. "In een half uurtje tijd wist zij met onze techniek een ontwerp in elkaar te klikken. Zij dronk een komboecha, ging naar huis en de computers draaiden daarna nog tien uur om allemaal varianten te ontwerpen."

De medewerker stuurde het resultaat vervolgens in en wat bleek: het antilichaam bleek "bijna tien keer beter" te binden dan wat er nu op de markt is. "En dat terwijl dat een van de meest kostbare middelen ter wereld is", zegt Prins. "Geweldig toch? Tuurlijk, het kan nog altijd goed zijn dat dit antilichaam op vele andere terreinen minder goed is. Voor je zoiets echt gaat gebruiken, moet je nog allemaal testen doen. Wel toont het aan wat je in een half uurtje werk met AI al voor elkaar kunt spelen."

Een breed palet aan concerns maakt dan ook al gebruik van de techniek van Prins en zijn mede-ondernemers. Zijn bedrijf biedt software in licentievorm aan en heeft "enkele tientallen" afnemers, waaronder grote farmabedrijven zoals Johnson & Johnson en Novo Nordisk.

"De farmaceutische industrie is goed voor ruim de helft van onze klantenkring, maar we krijgen ook steeds meer klanten in andere sectoren zoals de chemie", zegt Prins.

"Het kost veel energie om chemicaliën te maken waarbij moleculen met elkaar reageren. Moleculen willen niet altijd met elkaar binden, maar als je dat met enzymen doet gaat dat veel efficiënter. Om daarvoor goede manieren te vinden, gebruiken ze onze modellen."

Bedrijven betalen voor de techniek, maar universiteiten mogen het volgens Prins gratis afnemen. "We kunnen wetenschappers ermee helpen om pesticiden te bouwen die veel milieuvriendelijker zijn, of ze kunnen er nieuwe eiwitten mee maken voor het maken van bijvoorbeeld vleesvervangers."

'Ik herkende de volgende techrevolutie in AI'

Een doorgewinterd bioloog is hij zelf allerminst, zegt Prins. "Ik vond het een leuk vak op de middelbare school, maar daar bleek het wel bij." Na een studie informatiekunde, begon Prins apps te ontwerpen. Hij werd uiteindelijk door ondernemer Travis Kalanick uitgenodigd om als eerste designer bij techbedrijf Uber te komen werken. Jarenlang werkte hij voor het bedrijf achter de taxiapp.

Dat hij nu een startup in de biomedische sector bestiert, heeft alles te maken met zijn medeoprichter en vriend Stef van Grieken. Die werkte jarenlang voor de machine learning-afdeling van Google. Toen Van Grieken hem uitlegde hoe snel de ontwikkelingen in de AI-sector gaan, ging bij Prins het licht aan.

"Al had ik geen AI-achtergrond, ik herkende meteen dat hier de volgende technologische revolutie aan zat te komen", zegt Prins. "Het was hetzelfde gevoel dat ik had toen Apple met de iPhone kwam. Dit gaat de wereld veranderen, dacht ik toen."

Prins en Van Grieken spraken af een bedrijf te beginnen met een techniek waarbij AI "de meest positieve impact op de wereld" zou hebben. Na een lange periode onderzoek te hebben gedaan, kwam daar het idee rondom de eiwitten uitrollen.

Het bedrijf Cradle zag in 2022 officieel het licht en biologen Elise de Reus en Harmen van Rossum en wiskundige Eli Bixby sloten zich aan als oprichters. Met hun komst hadden Prins en Van Grieken ook direct het gat aan biomedische vakkennis binnen het bedrijf gedicht.

Het bedrijf haalde tot dusver in totaal al 100 miljoen euro op, waarvan 73 miljoen dollar in november werd ingelegd door een trits aan zowel Amerikaanse als Europese investeerders.

"Dat geld wordt niet over de balk gesmeten", lacht Prins, die wijst naar de banken waarop we zijn gaan zitten. "Die zijn allemaal tweedehands. We hebben ze voor een mooie prijs kunnen kopen. Ze zien er prima uit en ik zie niet in waarom we opeens nieuwe meubels nodig hebben, nu we zoveel geld hebben opgehaald."

Niet dat ze bij het calvinistische Cradle de grote uitgaven schuwen. Het laboratorium bevat bijvoorbeeld meerdere peperdure machines, "maar we kunnen vaak hele goede deals maken".

Dat laboratorium wil hij nog uitbreiden, zegt Prins. Ook stelt hij graag zijn team te willen uitbreiden, zij het pas "naarmate de omzet groeit". Het nu 50 werknemers tellende team mag nog best wat meer AI-onderzoekers, programmeurs en laboranten verwelkomen, denkt de ondernemer.

Wereldwijd zijn er overigens meerdere bedrijven die zoiets doen als Cradle, geeft Prins toe. "Alleen hebben andere bedrijven allen als verdienmodel dat ze uiteindelijk een medicijn of ander product op de markt brengen. Wij leveren bedrijven een abonnementsmodel voor de software en nemen geen royalty's."

Dat er voor Cradle desalniettemin steeds meer concurrentie zal komen, daar kun je de klok op gelijkzetten, beseft ook de ondernemer. "Maar uiteindelijk is dat goed, want ik geloof echt dat hier de oplossingen liggen voor hele grote wereldproblemen. Dus moet deze techniek verder ontwikkeld worden, zodat er een goede toekomst komt voor onze kinderen."

LEES OOK: Hoe een Leidse startup de fentanylepidemie in de VS wil bestrijden met 3D-geprinte medicatie