Dispensação automática de um hidrogel viscoso

Solução adequada desenvolvida para a UPM Biomedicals

No Festo LifeTech Application Center, foi testada uma configuração para a UPM Biomedicals dispensar automaticamente seu hidrogel de nanocelulose biocompatível.

A UPM Biomedicals produz um hidrogel altamente biocompatível, o GrowDex®, que permite que pesquisadores e pesquisadoras de todo o mundo se concentrem no desenvolvimento de ingredientes farmacêuticos ativos para uso em seres humanos, usando menos material de origem animal. Para que formem pequenos órgãos (organoides e esferoides), as células precisam de um ambiente fibroso que imite a matriz extracelular do nosso corpo. Normalmente, são usados materiais de origem animal para criar essas condições de cultura 3D. O GrowDex é um hidrogel pronto para uso, obtido a partir de madeira de bétula e, portanto, não contém nenhum material de origem animal ou humana.

O desafio: dispensar um hidrogel viscoso com extrema precisão usando uma válvula precisa

O GrowDex é termicamente estável a temperaturas de 0° C até mais de 100° C, o que o torna ideal para automação e triagem de alto rendimento. O GrowDex é um material pseudoplástico. Isso significa que a viscosidade muda de acordo com a força exercida sobre o material - sob alta pressão de dosagem, ele é líquido e, assim que a pressão é eliminada, o material se solidifica e se torna viscoso novamente. Como as nanofibras de celulose no interior do material não se interligam, mas só se entrelaçam, o material é um hidrogel genuíno. Isso requer atenção especial com relação ao controle da pressão gerada no sistema de dispensação.

A UPM Biomedicals, então, entrou em contato com os especialistas do Festo LifeTech Application Center, solicitando uma análise de viabilidade para a dispensação automática um hidrogel pseudoplástico. O objetivo era atingir de forma confiável os valores de CV (coeficiente de variação) especificados para dois volumes-alvo: 25 µl e 100 µl. Esses volumes são típicos para dispensação em placas de microtitulação de 96 e 384 poços.

"Frequentemente dosamos líquidos específicos dos clientes. Quando vi o hidrogel GrowDex nas seringas pela primeira vez, sabia que não seria fácil dispensá-lo - mesmo na forma diluída. Mas o que eu também sei é que nosso sistema oferece muitas possibilidades para encontrar a solução certa", diz Manuel Rausch, engenheiro de aplicação da Festo.

O caminho: variar e otimizar produtos e parâmetros

A Festo conta com o método de dispensação controlada por pressão para o manuseio automatizado de líquidos. Parâmetros como pressão e tempo de abertura podem ser adaptados de forma flexível às propriedades do líquido. Para o teste, tanto os produtos Festo utilizados quanto os parâmetros de processo foram variados, como válvulas separadas por meio, agulhas, pressões e tempos de abertura da válvula, por exemplo.

Primeiramente, os hidrogéis GrowDex ou GrowDex-T a serem testados foram diluídos manualmente com o meio de cultura de células DMEM e colocados em um frasco de vidro com tampa. Um gerador de pressão/vácuo (PGVA-1) foi usado para pressurizar o frasco por meio de uma mangueira de conexão. O módulo de controle de válvula VAEM-V controlou com precisão a válvula VYKB-F12 separada do meio para dispensar a mistura de hidrogel deslocada em um recipiente de destino. A quantidade dispensada foi registrada gravimetricamente com uma balança e usada para analisar o valor do CV.

A válvula VYKB-F12 e uma agulha com um diâmetro interno grande provaram ser a melhor solução para minimizar a resistência ao fluxo. A estrutura escolhida também possibilitou o uso do gerador compacto de pressão/vácuo PGVA-1, que elimina a necessidade de uma conexão de ar comprimido no laboratório.

Sucesso: O processo de dispensação perfeito para hidrogéis GrowDex

Os engenheiros de aplicação da Festo desenvolveram uma estrutura a partir de componentes que permitiu a dispensação do GrowDex em uma concentração de 0,75% e GrowDex-T em uma concentração de 0,5%, cada um misturado com DMEM em uma proporção de 1:1. Os valores de CV estavam dentro da tolerância especificada.

A UPM agora pode ter certeza de que seus hidrogéis GrowDex podem ser dispensados automaticamente para uso em sistemas específicos dos clientes, levando em conta uma configuração técnica específica. "A automação agora pode substituir mais uma etapa manual e torna a cultura de células 3D mais confiável e rápida", diz a gerente da UPM Piia Mikkonen, satisfeita.

Esse é o nosso passo conjunto para reduzir o uso de material de origem animal e, ao mesmo tempo, melhorar a confiabilidade e a repetibilidade dos resultados da cultura 3D. Seja na triagem de princípios ativos ou na medicina regenerativa, os sistemas automatizados personalizados desempenharão um papel importante no cumprimento dos requisitos regulatórios.

Sobre os autores


Manuel Rausch
Application Engineer (Engenheiro de aplicação)
Festo Alemanha
Contato

Vesa Tomukorpi
Business Driver
Festo Finlândia
Contato

Global, orientado para soluções e em rede: LifeTech Application Engineering

A LifeTech Application Engineering da Festo oferece a oportunidade de apoiar os clientes em todo o mundo na busca por soluções e efetua estudos de viabilidade e otimização de parâmetros, cursos de formação, construção de protótipos, comissionamento e instalação, bem como esclarecimento dos requisitos do cliente para novas consultas. Os engenheiros de aplicação da empresa possuem ampla experiência nas áreas de Liquid Handling, Motion e Liquid Control.

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