UPM Biomedicals produce un hidrogel altamente biocompatible, GrowDex®, que permite a los investigadores de todo el mundo centrarse en el desarrollo de principios activos farmacéuticos para su uso en humanos utilizando menos material animal. Para que las células formen órganos diminutos (organoides y esferoides), necesitan un entorno fibroso que imite la matriz extracelular de nuestro cuerpo. Normalmente, se utilizan materiales de origen animal para crear estas condiciones de cultivo en 3D. GrowDex es un hidrogel listo para usar, que se obtiene a partir de madera de abedul y, por lo tanto, no contiene ningún material de origen animal o humano.
El reto: dispensar un hidrogel viscoso con extrema exactitud mediante una válvula de precisión
GrowDex es térmicamente estable a temperaturas de entre 0 °C y más de 100 °C, lo que lo hace ideal para la automatización y el cribado de alto rendimiento. GrowDex es un material que adelgaza por cizalladura. Esto significa que la viscosidad cambia con la fuerza ejercida sobre el material: a alta presión de dispensación es líquido, y en cuanto se libera la presión, el material se estabiliza y vuelve a ser viscoso. Como las nanofibras de celulosa no se reticulan en el interior del material, sino que sólo se entrecruzan, el material es un auténtico hidrogel. Esto requiere una atención especial en lo que respecta al control de la presión generada en el sistema de dispensación.
Por ello, UPM Biomedicals solicitó a los expertos del Festo LifeTech Application Center un análisis de viabilidad para la dosificación automatizada de un hidrogel que se adelgaza por cizallamiento. El objetivo era alcanzar de forma fiable los valores de CV (coeficiente de variación) especificados para dos volúmenes objetivo: 25 µl y 100 µl. Estos volúmenes son los típicos para dispensar en placas microtituladoras de 96 y 384 pocillos.
“A menudo dosificamos líquidos a medida de las necesidades del cliente. Cuando vi por primera vez el hidrogel GrowDex en las jeringas, supe que no sería fácil dispensarlo, ni siquiera en forma diluida. Pero también sé que nuestro sistema ofrece muchas posibilidades para encontrar la solución adecuada", afirma Manuel Rausch, ingeniero de aplicaciones de Festo.
El camino: variar y optimizar productos y parámetros
Festo apuesta por el método de dosificación controlada por presión para la manipulación de líquidos automatizada. Parámetros como la presión y el tiempo de apertura pueden adaptarse con flexibilidad a las propiedades del líquido. Para la prueba se variaron tanto los productos de Festo utilizados como los parámetros del proceso, por ejemplo, las válvulas separadas del fluido, las agujas, las presiones y los tiempos de apertura de las válvulas.
En primer lugar, los hidrogeles GrowDex o GrowDex-T que se iban a probar se diluyeron manualmente con el medio de cultivo celular DMEM y se llenaron en un frasco de vidrio con tapa. Se utilizó un generador de vacío-presión (PGVA-1) para presurizar la botella a través de una manguera de conexión. El módulo de control de la válvula VAEM-V controla con precisión la válvula VYKB-F12 separada del fluido para dispensar la mezcla de hidrogel desplazada en un recipiente objetivo. La cantidad dispensada se registró gravimétricamente con una balanza y se utilizó para analizar el valor CV.
La válvula VYKB-F12 y una aguja de gran diámetro interior demostraron ser la mejor solución para minimizar la resistencia al caudal. La estructura elegida también permitió utilizar el generador compacto de presión/vacío PGVA-1, que elimina la necesidad de una conexión de aire comprimido en el laboratorio.
El éxito: el proceso de dispensación perfecto para los hidrogeles GrowDex
Los ingenieros de aplicaciones de Festo desarrollaron un conjunto de componentes que permitían dispensar GrowDex a una concentración del 0,75 % y GrowDex-T a una concentración del 0,5 %, cada uno mezclado con DMEM en una proporción de 1:1. Los valores de CV estaban dentro de la tolerancia especificada.
UPM ahora puede estar segura de que sus hidrogeles GrowDex pueden dispensarse automáticamente en plantas a medida de las necesidades del cliente, teniendo en cuenta una configuración técnica específica. “La automatización puede sustituir ahora otro paso manual y hace que los cultivos celulares en 3D sean más fiables y rápidos”, afirma entusiasmada Piia Mikkonen, de UPM.
Este es el paso que damos conjuntamente para reducir el uso de material animal y mejorar, al mismo tiempo, la fiabilidad y repetibilidad de los resultados de los cultivos 3D. Tanto en el screening de substancias activas como en la medicina regenerativa, los sistemas automatizados personalizados desempeñarán un papel importante en el cumplimiento de los requisitos normativos.
Sobre los autores
Manuel Rausch
Ingeniero de aplicaciones
Festo Alemania
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Vesa Tomukorpi
Business Driver
Festo Finlandia
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Global, orientada a las soluciones y en red: LifeTech Application Engineering
El departamento LifeTech Application Engineering de Festo ofrece a sus clientes de todo el mundo la posibilidad de buscar soluciones y realiza estudios de viabilidad y optimización de parámetros, cursos de formación, construcción de prototipos, puestas en funcionamiento e instalaciones, así como aclaraciones sobre los requisitos de los clientes para nuevas consultas. Sus ingenieros de aplicaciones cuentan con amplia experiencia en las áreas de manipulación, movimiento y control de líquidos.
