UPM Biomedicals は生体適合性の高いハイドロゲルである GrowDex® を製造しています。これにより、世界中の研究者が、動物性材料の使用量を減らしながら人間用の医薬品有効成分を開発できるようになります。細胞が小さな器官（オルガノイドやスフェロイド）を形成するには私たちの体の細胞外マトリックスを模倣した繊維状の環境が必要です。通常、これらの 3D 培養条件を作成するには動物材料が使用されます。GrowDex は樺の木から作られたすぐに使用できるハイドロゲルであるため、動物や人間由来の材料は含まれていません。

課題: 精密バルブを通じて粘性ヒドロゲルを極めて正確に塗布する

GrowDex は 0℃ から 100℃ 以上の温度で熱的に安定しているため、自動化やハイスループット スクリーニングに最適です。GrowDex はせん断減粘性材料です。これは材料に加えられる力によって粘度が変化することを意味します。高い計量圧力では材料は液体ですが、圧力が解放されるとすぐに材料は固化して再び粘性になります。セルロースから作られたナノファイバーは材料内部で架橋せず、絡み合っているだけであるため、この材料は本物のハイドロゲルです。これにはディスペンスシステム内で生成される圧力の制御に特別な注意が必要です。

そこで UPM Biomedicals はFesto LifeTech Application Center の専門家に依頼して、せん断減粘性ハイドロゲルの自動分注の実現可能性分析を実施しました。目的は25 μl と 100 μl の 2 つの目標量について、指定された CV 値 (変動係数) を安全に達成することでした。これらの量は96 ウェルおよび 384 ウェルのマイクロタイター プレートに分注する場合の典型的な量です。

「私たちはカスタマイズされた液体を調剤することがよくあります。シリンジに入った GrowDex ハイドロゲルを初めて見たとき、たとえ希釈した形であっても、分配するのは簡単ではないことがわかりました。しかし、私たちのシステムが適切なソリューションを見つけるための多くのオプションを提供していることも知っています」と Festo アプリケーション エンジニアの Manuel Rausch は言います。

パス: 製品とパラメータを変更および最適化する

Festo は自動液体処理のために圧力制御されたディスペンス方法を利用しています。液体の性質に合わせて、圧力や開放時間などのパラメータを柔軟に調整できます。テストでは使用した Festo 製品と、媒体分離バルブ、ニードル、圧力、バルブ開放時間などのプロセス パラメーターの両方を変更しました。

VYKB-F12 バルブと大きな内径のニードルが、流れ抵抗を低く抑える最適なソリューションであることが判明しました。選択された設計により、コンパクトな圧力/真空発生器 PGVA-1 の使用も可能になり、実験室での圧縮空気接続が不要になります。

成功: GrowDex ハイドロゲルの完璧な塗布プロセス

Festo のアプリケーション エンジニアは濃度 0.75% の GrowDex と濃度 0.5% の GrowDex-T をそれぞれ 1:1 の比率で DMEM と混合して塗布できるコンポーネントの構造を開発しました。CV値は規定の許容範囲内でした。

UPM は現在、特定の技術設定を考慮して、GrowDex ハイドロゲルを顧客固有のシステムで使用するために自動的に分注できると確信しています。UPM の Piia Mikkonen 氏は次のように述べています。「自動化により、別の手動ステップが置き換えられ、3D 細胞培養の信頼性と速度が向上します。」

これは3D 培養結果の信頼性と再現性を向上させながら、動物材料の使用を削減するための私たちの共同の一歩です。医薬品スクリーニングでも再生医療でも、カスタマイズされた自動システムは規制要件を満たす上で重要な役割を果たします。

グローバル、ソリューション指向、ネットワーク化: LifeTech アプリケーション エンジニアリング

Festo の LifeTech アプリケーション エンジニアリングは世界中の顧客がソリューションを見つけることをサポートする機会を提供し、実現可能性調査とパラメータの最適化、トレーニング、プロトタイプの構築、コミッショニングと設置を実行するだけでなく、新しい問い合わせに対する顧客の要件を明確にします。同社のアプリケーション エンジニアは液体ハンドリング、モーション、液体制御の分野で豊富な経験を持っています。