UPM Biomedicals proizvodi visoko biokompatibilni hidrogel, GrowDex®, koji istraživačima diljem svijeta omogućuje razvoj aktivnih farmaceutskih sastojaka ciljano za ljudsku upotrebu uz korištenje manje životinjskog materijala. Kako bi stanice mogle oblikovati sićušne organe (organoide i sferoide), potrebno im je vlaknasto okružje koje oponaša izvanstanični matriks našeg tijela. Obično se za stvaranje takvih uvjeta za 3D kulture rabe životinjski materijali. GrowDex je hidrogel spreman za upotrebu izrađen od drva breze i stoga ne sadržava materijal životinjskoga ili ljudskog podrijetla.
Izazov: doziranje viskoznog hidrogela s iznimnom preciznošću s pomoću preciznog ventila
GrowDex je toplinski stabilan na temperaturama od 0 °C do iznad 100 °C, što ga čini idealnim za automatizaciju i provjeru s visokom razinom propusnosti. GrowDex je materijal s posmičnim stanjivanjem. To znači da se viskoznost mijenja sa silom koja se primjenjuje na materijal – pri visokom mjernom tlaku materijal je tekući, a čim pritisak popusti, stvrdne se i ponovno postane viskozan. Budući da se nanovlakna izrađena od celuloze unutar materijala ne umrežuju, već se samo isprepleću, materijal je pravi hidrogel. To zahtijeva posebnu pozornost kad je riječ o kontroli tlaka koji se stvara u sustavu za doziranje.
Tvrtka UPM Biomedicals stoga se obratila stručnjacima iz centra za aplikacije Festo LifeTech da provedu analizu izvedivosti za automatizirano doziranje hidrogela s posmičnim stanjivanjem. Cilj je bio pouzdano postići navedene CV vrijednosti (koeficijent varijacije) za dvije ciljane količine – 25 µl i 100 µl. Ovi volumeni tipični su za raspršivanje u mikrotitarske ploče s 96 jažica i 384 jažice.
„Često doziramo tekućine specifične za potrebe kupca. Kad sam prvi put vidio GrowDex Hydrogel u štrcaljkama, znao sam da ga neće biti lako dozirati – čak ni u razrijeđenom obliku. Ali također znam da naš sustav nudi mnogo opcija za pronalaženje pravog rješenja”, kaže inženjer za aplikacije iz Festa Manuel Rausch.
Put: mijenjanje i optimiranje proizvoda i parametara
Festo se za automatizirano rukovanje tekućinom oslanja na metodu doziranja pod kontrolom tlaka. Parametri kao što su tlak i vrijeme otvaranja mogu se fleksibilno prilagoditi svojstvima tekućine. Za testiranje su mijenjali i Festove proizvode i procesne parametre, kao što su ventili odvojeni od medija, igle, tlakovi i vremena otvaranja ventila.
Hidrogelovi za testiranje GrowDex ili GrowDex-T najprije su ručno razrijeđeni medijem za stanične kulture DMEM i napunjeni u staklenu bocu s poklopcem. Boca je izložena tlaku preko spojnog crijeva s pomoću generatora tlačnog vakuuma (PGVA-1). Modul upravljanja ventilom VAEM-V precizno je upravljao ventilom odvojenim od medija VYKB-F12 kako bi se smjesa istisnutog hidrogela dispenzirala u ciljnu posudu. Dozirana količina zabilježena je gravimetrijski s pomoću vage i korištena za procjenu CV vrijednosti.
Ventil VYKB-F12 i igla velikog unutarnjeg promjera pokazali su se najboljim rješenjem za održavanje niskog otpora protoka. Odabrana konfiguracija omogućila je i korištenje kompaktnog generatora tlaka/vakuuma PGVA-1, zbog čega je priključak za komprimirani zrak u laboratoriju nepotreban.
Postignuti uspjeh: savršen proces doziranja za hidrogelove GrowDex
Festovi inženjeri za aplikacije razvili su konfiguraciju od komponenti koje su omogućile doziranje gela GrowDexa u koncentraciji od 0,75 % i gela GrowDex-T u koncentraciji od 0,5 %, pri čemu je svaki pomiješan s medijem DMEM u omjeru 1:1. Vrijednosti CV bile su unutar navedene tolerancije.
UPM sada može biti siguran da se njegovi hidrogelovi GrowDex mogu automatski dozirati za upotrebu u sustavima specifičnim za kupca – uzimajući u obzir specifične tehničke postavke. „Automatizacija sada može zamijeniti još jedan ručni korak i čini 3D kulturu stanica pouzdanijom i bržom”, kaže Piia Mikkonen iz UPM-a.
Ovo je naš zajednički korak prema smanjenju upotrebe životinjskog materijala uz istodobno poboljšanje pouzdanosti i ponovljivosti rezultata 3D kulture. Bilo da je riječ o provjeri aktivnih tvari ili regenerativnoj medicini, prilagođeni automatizirani sustavi igrat će važnu ulogu u ispunjavanju regulatornih zahtjeva.
Globalno, usmjereno na rješenja i umreženo: inženjerstvo za aplikacije LifeTech
Inženjerstvo za aplikacije Festo LifeTech podržava klijente diljem svijeta pri pronalaženju rješenja i preuzima studije izvedivosti i optimizaciju parametara, treninge, izradu prototipa, puštanje u rad i montažu, kao i razjašnjavanje zahtjeva kupaca kod novih upita. Tamošnji inženjeri za aplikacije imaju veliko iskustvo u područjima rukovanja, kretanja i upravljanja tekućinama.
