Viszkózus hidrogél automatizált adagolása

A UPM Biomedicals számára kifejlesztett megfelelő megoldás

A Festo LifeTech alkalmazásközpontban a UPM Biomedicals számára egy olyan berendezést teszteltek, ami automatikusan adagolja a biokompatibilis nanocellulóz hidrogéljüket.

A UPM Biomedicals egy rendkívül biokompatibilis hidrogélt, a GrowDex®-t gyártja, amely lehetővé teszi a kutatók számára, hogy világszerte az emberekben felhasználható gyógyszerhatóanyagok fejlesztésére összpontosítsanak, miközben kevesebb állati anyagot használnak fel. Ahhoz, hogy a sejtek apró szerveket (organoidokat és szferoidokat) képezzenek, rostos környezetre van szükségük, amely a testünk extracelluláris mátrixát utánozza. Általában állati anyagokat használnak a 3D tenyésztési körülmények megteremtéséhez. A GrowDex egy használatra kész hidrogél, amelyet nyírfából nyernek, ezért nem tartalmaz állati vagy emberi eredetű anyagot.

A kihívás: a viszkózus hidrogél rendkívül pontos adagolása egy precíz szelep segítségével

A GrowDex hőstabil 0 °C-tól egészen 100 °C feletti hőmérsékletig, így ideális a nagy áteresztőképességű automatizáláshoz és szűréshez. A GrowDex egy pszeudoplasztikus anyag. Ez azt jelenti, hogy a viszkozitás az anyagra kifejtett erő hatására változik - nagy adagolási nyomáson az anyag folyékony, majd amint a nyomás megszűnik, az anyag megszilárdul és ismét viszkózus lesz. Mivel az anyagban lévő cellulóz nanoszálak nem térhálósodnak, hanem csak összefonódnak, az anyag valódi hidrogél. Ez különös figyelmet igényel az adagolórendszerben keletkező nyomás szabályozása tekintetében.

Az UPM Biomedicals ezért azzal a kéréssel fordult a Festo LifeTech Application Centre szakértőihez, hogy végezzenek megvalósíthatósági elemzést egy pszeudoplasztikus hidrogél automatizált adagolására vonatkozóan. A cél az volt, hogy megbízhatóan elérjük a megadott CV-értékeket (variációs együttható) két céltérfogat - 25 µl és 100 µl - esetében. Ezek a térfogatok jellemzőek a 96 és 384 lyukú mikrotiterlemezekbe történő adagoláshoz.

"Gyakran adagolunk az ügyféligényeknek megfelelő folyadékokat. Amikor először láttam a GrowDex hidrogélt a fecskendőkben, tudtam, hogy nem lesz könnyű adagolni - még hígított formában sem. De azt is tudom, hogy a rendszerünk számos lehetőséget kínál a megfelelő megoldás megtalálásához" - mondja Manuel Rausch, a Festo alkalmazásmérnöke.

A megoldás: A termékek és paraméterek variálása és optimalizálása

A Festo az automatizált folyadékkezelésben a nyomásvezérelt adagolási módszerre támaszkodik. Az olyan paraméterek, mint a nyomás vagy a nyitási idő rugalmasan, a folyadék tulajdonságaihoz igazíthatók. A teszt során mind a felhasznált Festo termékeket, mind a folyamat paramétereit variálták, például a közegszelepeket, tűket, nyomásokat és szelepnyitási időket.

Először a vizsgálandó GrowDex vagy GrowDex-T hidrogéleket kézzel hígítottuk DMEM sejttenyésztő közeggel, és egy fedeles üvegpalackba töltöttük. Egy nyomás-vákuum generátor (PGVA-1) használatával a palackot nyomás alá helyeztük egy csatlakozó tömlőn keresztül. A VAEM-V szelepvezérlő modul pontosan vezérli a közegelválasztott VYKB-F12 szelepet, hogy a kiszorított hidrogél-keveréket a céledénybe adagolja. Az adagolt mennyiséget gravimetrikusan, mérleggel rögzítettük, és a CV-érték kiértékeléséhez használtuk.

A VYKB-F12 szelep és egy nagy belső átmérővel rendelkező tű bizonyult a legjobb megoldásnak az áramlási ellenállás minimalizálására. A választott kialakítás lehetővé tette a kompakt PGVA-1 nyomás/vákuum generátor használatát is, amely kiküszöböli a sűrített levegő csatlakoztatásának szükségességét a laboratóriumban.

Eredmény: A GrowDex hidrogélek tökéletes adagolási folyamata

A Festo alkalmazásmérnökei kifejlesztettek egy olyan alkatrész-összeállítást, amely lehetővé tette a GrowDex 0,75%-os és a GrowDex-T 0,5%-os koncentrációban történő adagolását, mindkettőt 1:1 arányban keverve DMEM-mel. A CV-értékek a megadott tűréshatáron belül voltak.

A UPM most már biztos lehet abban, hogy GrowDex hidrogéljei automatikusan adagolhatók a személyre szabott rendszerekben való felhasználáshoz - figyelembe véve a speciális műszaki beállítást. "Az automatizálás most egy újabb manuális lépést válthat ki, emellett megbízhatóbbá és gyorsabbá teszi a 3D sejttenyésztést" - mondja Piia Mikkonen, a UPM-től.

Ez a mi közös lépésünk az állati eredetű anyagok használatának csökkentése felé, miközben javítjuk a 3D tenyésztési eredmények megbízhatóságát és megismételhetőségét. Akár a gyógyszerszűrés, akár a regeneratív gyógyászat területén, a testre szabott automatizált rendszerek fontos szerepet játszanak majd a szabályozási követelmények teljesítésében.

A szerzőkről


Manuel Rausch
Alkalmazási mérnök
Festo Németország
Kapcsolat

Vesa Tomukorpi
Business Driver
Festo Finnország
Kapcsolat

Globális, megoldásorientált és hálózatba kapcsolt: LifeTech Application Engineering

A Festo LifeTech Application Engineering lehetőséget kínál, hogy világszerte támogassa az ügyfeleket a megoldások keresésében, és vállalja a megvalósíthatósági tanulmányok és paraméterek optimalizálását, a képzést, a prototípusok építését, az üzembe helyezést és a telepítést, valamint az ügyfelek igényeinek tisztázását új megkeresések esetén. Az ottani alkalmazásmérnökök széleskörű tapasztalattal rendelkeznek a folyadékkezelés, a mozgatás és a folyadékszabályozás területén.

november 2023

Áttekintés