UPM Biomedicals произвежда високо био съвместим хидрогел GrowDex®, който позволява на изследователите по света да се съсредоточат върху разработването на активни фармацевтични вещества за употреба при хора, като използват по-малко животински материал. За да могат клетките да образуват миниатюрни органи (органоиди и сфероиди), те се нуждаят от влакнеста среда, която имитира извънклетъчната матрица на нашето тяло. Обикновено за създаването на тези условия за 3D култури се използват материали от животински произход. GrowDex е готов за употреба хидрогел, който се получава от брезова дървесина и следователно не съдържа материали от животински или човешки произход.
Предизвикателството: дозиране на вискозен хидрогел с изключителна точност с помощта на прецизен разпределител
GrowDex е термично стабилен при температури от 0° С до над 100° С, което го прави идеален за високопроизводителна автоматизация и скрининг. GrowDex е материал, който изтънява при срязване. Това означава, че вискозитетът се променя в зависимост от силата, която се упражнява върху материала - при високо налягане на дозиране той е течен, а щом налягането се освободи, материалът се втвърдява и отново става вискозен. Тъй като целулозните нановлакна в материала не се свързват в мрежа, а само се преплитат, материалът е истински хидрогел. Това изисква специално внимание по отношение на контрола на налягането, създавано в системата за дозиране.
Ето защо UPM Biomedicals се обърна към експертите от Центъра за приложения на Festo LifeTech с молба да извършат анализ на осъществимостта на автоматизираното дозиране на хидрогел, изтъняващ при срязване. Целта беше да се постигнат надеждно определените стойности на CV (коефициент на вариация) за два целеви обема – 25 µl и 100 µl. Тези обеми са типични за дозиране в 96-ямкови и 384-ямкови микротитърни плаки.
"Често дозираме течности специфични за клиента. Когато за първи път видях хидрогела GrowDex в спринцовките, разбрах, че няма да е лесно да го дозирам – дори и в разреден вид. Но също така знам, че нашата система предлага много възможности за намиране на правилното решение", казва инженерът отговарящ за приложенията във Festo Мануел Рауш.
Начинът: Променяйте и оптимизирайте продуктите и параметрите
Festo разчита на метода на дозиране с контролирано налягане за автоматизирано манипулиране с течности. Параметри като налягане и време на отваряне могат да се адаптират гъвкаво към свойствата на течността. При теста бяха променени както използваните продукти на Festo, така и параметрите на процеса, като например разпределители с отделена среда, игли, налягания и времена за отваряне на клапаните.
Първо, хидрогеловете GrowDex или GrowDex-T, които трябва да бъдат тествани, се разреждат ръчно със среда за клетъчна култура DMEM и се пълнят в стъклена бутилка с капак. За повишаване на налягането в бутилката с помощта на свързващ маркуч се използва генератор за налягане и вакуум (PGVA-1). Модулът за управление на разпределителя VAEM-V прецизно управлява разпределителя с отделена среда VYKB-F12, за да дозира изместената хидрогелна смес в целевия съд. Дозираното количество се регистрира гравиметрично с помощта на везна и се използва за анализ на стойности на CV.
Разпределителят VYKB-F12 и иглата с голям вътрешен диаметър се оказаха най-доброто решение за поддържане на ниско съпротивлението на потока. Избраната конструкция също така позволи използването на компактния генератор на налягане/вакуум PGVA-1, който елиминира необходимостта от връзка за сгъстен въздух в лабораторията.
Успехът: Перфектният процес на дозиране за хидрогеловете GrowDex
Инженерите отговарящи за приложения на Festo разработиха набор от компоненти, които позволяват дозиране на GrowDex с концентрация 0,75% и на GrowDex-T с концентрация 0,5%, като всеки от тях се смесва с DMEM в съотношение 1:1. Стойностите на CV са в рамките на определения предварително зададен допуск.
Сега UPM може да бъде сигурна, че хидрогеловете GrowDex могат да се дозират автоматично за използване в специфични за клиента системи, като се вземат предвид специфичните технически настройки. "Сега автоматизацията може да замени друга ръчна стъпка и да направи 3D клетъчната култура по-надеждна и по-бърза", казва възхитената Пия Микконен от UPM.
Това е нашата съвместна стъпка към намаляване на използването на животински материал, като същевременно се подобрява надеждността и повторяемостта на резултатите от 3D култивирането. Независимо дали става въпрос за скрининг на активни вещества или за регенеративна медицина, персонализираните автоматизирани системи ще играят важна роля в изпълнението на регулаторните изисквания.
За авторите
Мануел Рауш
Инженер отговарящ за приложенията
Festo Германия
Данни за контакт
Веса Томукорпи
Бизнес ръководител
Festo Финландия
Данни за контакт
Глобален, ориентиран към решения и свързан в мрежа: LifeTech Application Engineering
LifeTech Application Engineering на Festo предлага възможност за подпомагане на клиентите по целия свят в търсенето на решения и извършва проучвания за осъществимост и оптимизиране на параметрите, обучения, създаване на прототипи, въвеждане в експлоатация и инсталиране, както и изясняване на изискванията на клиентите при нови запитвания. Инженерите отговарящи за приложенията там имат богат опит в областта на манипулирането с течности, движението и контрола на течности.
