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 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.
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.
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.
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.