Společnost UPM Biomedicals vyrábí vysoce biokompatibilní hydrogel GrowDex®, který umožňuje výzkumníkům po celém světě cíleně vyvíjet farmaceutické aktivní složky pro humánní použití s menším množstvím živočišného materiálu. Aby buňky dokázaly vytvořit drobné orgány (organoidy a sféroidy), potřebují vláknité prostředí, které napodobuje extracelulární matrix našeho těla. K vytvoření těchto 3D kultivačních podmínek se obvykle používají živočišné materiály. GrowDex je hydrogel připravený k použití, vyrobený z březového dřeva, a proto neobsahuje žádný materiál živočišného nebo lidského původu.
Výzva: dávkování viskózního hydrogelu s extrémní přesností díky přesnému ventilu
GrowDex je tepelně stabilní při teplotách od 0 °C do více než 100 °C, díky čemuž je ideální pro automatizaci a velmi výkonný screening. GrowDex je materiál, jehož viskozita klesá v závislosti na střihu. To znamená, že viskozita se mění se silou působící na materiál – při vysokém dávkovacím tlaku je materiál tekutý a jakmile se tlak uvolní, materiál tuhne a stává se opět viskózním. Vzhledem k tomu, že nanovlákna vyrobená z celulózy nejsou uvnitř materiálu zesíťována, ale pouze propletena, je materiál skutečným hydrogelem. Vyžaduje zvláštní pečlivost při řízení tlaku vytvářeného v dávkovacím systému.
Společnost UPM Biomedicals se proto obrátila na odborníky z aplikačního centra Festo LifeTech, aby ověřili možnosti automatického dávkování hydrogelu, jehož viskozita klesá v závislosti na střihu. Cílem bylo bezpečně dosáhnout zadaných hodnot CV (variační koeficient) pro dvě cílová množství – 25 µl a 100 µl. Tyto objemy jsou typické pro dávkování na mikrotitrační destičky s 96 a 384 jamkami.
„Často dávkujeme tekutiny specifické pro daného klienta. Když jsem poprvé uviděl GrowDex Hydrogel ve stříkačkách, věděl jsem, že nebude snadné ho dávkovat – dokonce ani ve zředěné formě. Ale také vím, že náš systém nabízí spoustu možností, jak najít správné řešení,“ říká Manuel Rausch, aplikační inženýr společnosti Festo.
Cesta: změny a optimalizace výrobků a parametrů
Festo využívá pro automatickou manipulaci s kapalinami tlakem řízené dávkování. Parametry jako tlak a doba otevření lze přizpůsobit vlastnostem kapaliny. Při testu se měnily jak použité výrobky Festo, tak i parametry procesu, například ventily s oddělením média, jehly, tlaky a doby otevření ventilů.
Nejprve byly testované hydrogely GrowDex nebo GrowDex-T ručně zředěny médiem pro buněčné kultury DMEM a naplněny do skleněné lahvičky s víčkem. Lahvička byla natlakována pomocí spojovací hadice za použití generátoru tlaku/podtlaku (PGVA-1). Řídicí modul ventilu VAEM-V přesně řídil ventily VYKB-F12 s oddělením média pro dávkování vytlačené hydrogelové směsi do cílové nádobky. Dávkované množství bylo zaznamenáno gravimetricky pomocí vah a použito k vyhodnocení hodnoty CV.
Ventil VYKB-F12 a jehla s velkým vnitřním průměrem se ukázaly jako nejlepší řešení pro udržení nízkého průtokového odporu. Zvolená konstrukce také umožnila použití kompaktního generátoru tlaku/podtlaku PGVA-1, díky kterému není nutné připojení stlačeného vzduchu v laboratoři.
Úspěch: perfektní proces dávkování hydrogelů GrowDex
Aplikační inženýři společnosti Festo vyvinuli z komponentů takovou strukturu, která umožnila dávkování hydrogelu GrowDex v koncentraci 0,75 % a hydrogelu GrowDex-T v koncentraci 0,5 %, každý smíchaný s DMEM v poměru 1:1. Hodnoty CV byly v rámci stanovené tolerance.
Společnost UPM si nyní může být jistá, že její hydrogely GrowDex lze automaticky dávkovat pro použití v systémech specifických pro zákazníka – s přihlédnutím ke specifickému technickému uspořádání. „Automatizace nyní může nahradit další ručni krok a tvoří buněčnou kulturu 3D spolehlivěji a rychleji,“ říká paní Piia Mikkonen ze společnosti UPM.
Toto je náš společný krok ke snížení používání živočišného materiálu a zároveň ke zlepšení spolehlivosti a opakovatelnosti výsledků 3D kultury. Ať už ve screeningu léků nebo v regenerativní medicíně, přizpůsobené automatizované systémy budou hrát důležitou roli při plnění regulačních požadavků.
O autorech
Manuel Rausch
aplikační inženýr
Festo Deutschland
Kontakt
Vesa Tomukorpi
Business Driver
Festo Finland
Kontakt
Globálně, se zaměřením na řešení a propojení: LifeTech Application Engineering
LifeTech Application Engineering společnosti Festo umožňuje pomáhat zákazníkům po celém světě při hledání řešení a testuje proveditelnost a optimalizaci parametrů, nabízí školení, konstrukci prototypů, uvádění do provozu a instalaci, stejně jako objasňování požadavků zákazníků při nových poptávkách. Tamní aplikační inženýři mají rozsáhlé zkušenosti v oblastech Liquid Handling, Motion a Liquid Control.
