Distribuição automatizada de um hidrogel viscoso

Solução adequada desenvolvida para a UPM Biomedicals

No LifeTech Application Center da Festo, foi testado um sistema para que a UPM Biomedicals distribuísse automaticamente o seu hidrogel de nanocelulose biocompatível.

A UPM Biomedicals produz um hidrogel altamente biocompatível, GrowDex®, que permite aos investigadores do mundo todo concentrarem-se no desenvolvimento de princípios ativos farmacêuticos para uso em humanos utilizando menos material animal. Para que as células formem órgãos minúsculos (organóides e esferóides), necessitam de um ambiente fibroso que imite a matriz extracelular do nosso corpo. Normalmente, são utilizados materiais de origem animal para criar estas condições de cultura em 3D. GrowDex é um hidrogel pronto a usar, obtido a partir de madeira de bétula e, por conseguinte, não contém materiais de origem animal ou humana.

O desafio: distribuir um hidrogel viscoso com extrema precisão utilizando uma válvula de precisão

O GrowDex é termicamente estável a temperaturas de entre 0° C e mais de 100° C, o que o torna ideal para a automação e a triagem de alto desempenho. GrowDex é um material que dilui por cisalhamento. Isto significa que a viscosidade muda com a força exercida sobre o material: à alta pressão de distribuição é líquido, e quando a pressão é libertada, o material estabiliza e torna-se novamente viscoso. Como as nanofibras de celulose não se reticulam no interior do material, mas apenas se entrecruzam, o material é um verdadeiro hidrogel. Isto requer uma atenção especial no que diz respeito ao controlo da pressão gerada no sistema de distribuição.

Por isso, a UPM Biomedicals solicitou aos especialistas do LifeTech Application Center da Festo uma análise de viabilidade para a dosagem automatizada de um hidrogel que se dilui por cisalhamento. O objetivo era atingir de forma confiável os valores de CV (coeficiente de variação) especificados para dois volumes-alvo: 25 µl e 100 µl. Estes volumes são os típicos para distribuir em placas de microtitulação de 96 e 384 poros.

"Frequentemente, distribuímos líquidos à medida das necessidades do cliente. Quando vi o hidrogel GrowDex nas seringas pela primeira vez, eu soube que não seria fácil distribuí-lo, nem na forma diluída. Mas também sei que o nosso sistema oferece muitas possibilidades para encontrar a solução adequada", diz Manuel Rausch, Application Engineer da Festo.

O caminho: variar e otimizar produtos e parâmetros

A Festo aposta no método de distribuição controlada por pressão para o manuseamento de líquidos automatizado. Parâmetros como a pressão e o tempo de abertura podem ser adaptados com flexibilidade às propriedades do líquido. Para o teste, foi-se variando os produtos da Festo utilizados e os parâmetros do processo, por exemplo, as válvulas separadas do meio, as agulhas, as pressões e os tempos de abertura das válvulas.

Em primeiro lugar, os hidrogéis GrowDex ou GrowDex-T que seriam testados foram diluídos manualmente com o meio de cultura de células DMEM e colocados num frasco de vidro com tampa. Foi utilizado um gerador de pressão-vácuo (PGVA-1) para pressurizar a garrafa através de uma mangueira de conexão. O módulo de controlo da válvula VAEM-V controla com precisão a válvula VYKB-F12 separada do meio para distribuir a mistura de hidrogel deslocada para um recipiente-alvo. A quantidade dispensada foi registada gravimetricamente com uma balança e foi utilizada para analisar o valor de CV.

A válvula VYKB-F12 e uma agulha com um grande diâmetro interior demonstraram ser a melhor solução para minimizar a resistência ao caudal. A estrutura escolhida também permitiu utilizar o gerador compacto de pressão/vácuo PGVA-1, que elimina a necessidade de uma conexão de ar comprimido no laboratório.

O sucesso: o processo de distribuição perfeito para os hidrogéis GrowDex

Os engenheiros de aplicações da Festo desenvolveram um conjunto de componentes que permitiam distribuir GrowDex a uma concentração de 0,75% e o GrowDex-T a uma concentração de 0,5%, cada um misturado com DMEM numa proporção de 1:1. Os valores de CV estavam dentro da tolerância especificada.

A UPM agora pode ter a certeza de que os seus hidrogéis GrowDex podem ser automaticamente distribuídos em unidades à medida das necessidades do cliente, tendo em conta uma configuração técnica específica. "A automação pode agora substituir outro passo manual e faz com que as culturas de células em 3D sejam mais confiáveis e rápidas", afirma com entusiasmo Piia Mikkonen da UPM.

Este é o passo que damos em conjunto para diminuir o uso de material de origem animal e melhorar, ao mesmo tempo, a confiabilidade e a repetibilidade dos resultados das culturas 3D. Tanto no screening de substâncias ativas como na medicina regenerativa, os sistemas automatizados personalizados desempenharão um papel importante no cumprimento dos requisitos normativos.

Sobre os autores


Manuel Rausch
Application Engineer
Festo Alemanha
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Vesa Tomukorpi
Business Driver
Festo Finlândia
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Global, orientada para soluções e em rede: LifeTech Application Engineering

O departamento LifeTech Application Engineering da Festo oferece aos seus clientes do mundo todo a possibilidade de procurarem soluções e realiza estudos de viabilidade e otimização de parâmetros, cursos de formação, construção de protótipos, colocações em funcionamento e instalações, bem como esclarecimentos sobre os requisitos dos clientes para novas consultas. Os seus engenheiros de aplicações contam com uma vasta experiência nas áreas do manuseamento, movimento e controlo de líquidos.

novembro 2023

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