UPM Biomedicals produce un hidrogel inalt-biocompatibil, GrowDex®, care permite cercetatorilor din intreaga lume sa se concentreze asupra dezvoltarii de ingrediente farmaceutice active pentru utilizare umana, utilizand mai putin material de origine animala. Pentru ca celulele sa formeze organe mici (organoizi si sferoizi), au nevoie de un mediu fibros care sa imite matricea extracelulara a corpului nostru. In mod normal, pentru a crea aceste conditii de cultura 3D se utilizeaza materiale de origine animala. GrowDex este un hidrogel gata de utilizare, care este obtinut din lemn de mesteacan si, prin urmare, nu contine materiale de origine animala sau umana.
Provocarea: distribuirea unui hidrogel vascos cu o precizie extrema, folosind un ventil de precizie
GrowDex este stabil din punct de vedere termic la temperaturi cuprinse intre 0°C si peste 100°C, ceea ce il face ideal pentru automatizare si screening de mare capacitate. GrowDex este un material de diluare prin forfecare. Acest lucru inseamna ca vascozitatea se modifica in functie de forta exercitata asupra materialului - la o presiune de dozare ridicata, acesta este lichid, iar imediat ce presiunea este redusa, materialul se solidifica si redevine vascos. Deoarece nanofibrele de celuloza din interiorul materialului nu se reticuleaza, ci doar se intrepatrund, materialul este un hidrogel autentic. Astfel, necesita o atentie deosebita in ceea ce priveste controlul presiunii generate in sistemul de distributie.
Prin urmare, UPM Biomedicals s-a adresat expertilor de la Centrul de aplicatii Festo LifeTech cu solicitarea de a efectua o analiza de fezabilitate pentru distribuirea automata a unui hidrogel cu diluare la forfecare. Scopul a fost acela de a obtine in mod fiabil valorile CV (coeficientul de variatie) specificate pentru doua volume tinta – 25 µl si 100 µl. Aceste volume sunt tipice pentru distribuirea in placi de microtitrare cu 96 si 384 de godeuri.
"Adesea, dozam lichide personalizate. Cand am vazut pentru prima data hidrogelul GrowDex in seringi, am stiut ca nu va fi usor de distribuit – chiar si sub forma diluata. Dar stiu, de asemenea, ca sistemul nostru ofera multe posibilitati pentru a gasi solutia potrivita", spune inginerul de aplicatii Festo Manuel Rausch.
Solutia: varierea si optimizarea produselor si parametrilor
Festo se bazeaza pe metoda de distribuire controlata prin presiune pentru manipularea automata a lichidelor. Parametrii, cum ar fi presiunea si timpul de deschidere, pot fi adaptati in mod flexibil la proprietatile lichidului. Pentru test, atat produsele Festo utilizate, cat si parametrii de proces au fost variati, cum ar fi ventilele cu medii separate, acele, presiunea si timpii de deschidere a ventilelor.
Hidrogelurile GrowDex sau GrowDex-T care urmeaza sa fie testate au fost diluate manual cu mediul de cultura celulara DMEM si au fost introduse intr-un flacon de sticla cu capac. Un generator de vacuum (PGVA-1) a fost utilizat pentru a presuriza sticla prin intermediul unui furtun de legatura. Modulul de control VAEM-V controleaza cu precizie ventilul VYKB-F12 cu medii separate, pentru a distribui amestecul de hidrogel dislocat intr-un vas tinta. Cantitatea distribuita a fost inregistrata gravimetric cu ajutorul unei balante si utilizata pentru a analiza valoarea CV.
Ventilul VYKB-F12 si un ac cu un diametru interior mare s-au dovedit a fi cea mai buna solutie pentru minimizarea rezistentei la debit. Designul ales a permis, de asemenea, utilizarea generatorului compact de presiune/vacuum PGVA-1, care elimina necesitatea unui racord de aer comprimat in laborator.
Succes: procesul perfect de distribuire pentru hidrogelurile GrowDex
Inginerii responsabili de aplicatii de la Festo au dezvoltat un ansamblu de componente care a permis distribuirea GrowDex la o concentratie de 0,75% si GrowDex-T la o concentratie de 0,5%, fiecare amestecata cu DMEM intr-un raport de 1:1. Valorile CV s-au incadrat in toleranta specificata.
UPM poate fi acum sigur ca hidrogelurile sale GrowDex pot fi distribuite automat pentru a fi utilizate in instalatii personalizate - tinand cont de o configuratie tehnica specifica. "Automatizarea poate inlocui acum o alta etapa manuala si face cultura de celule 3D mai fiabila si mai rapida", spune incantata Piia Mikkonen de la UPM.
Acesta este pasul nostru comun catre reducerea utilizarii de material de origine animala, imbunatatind in acelasi timp fiabilitatea si repetabilitatea rezultatelor culturii 3D. Fie ca este vorba de verificarea medicamentelor sau de medicina regenerativa, sistemele automate personalizate vor juca un rol important in indeplinirea cerintelor de reglementare.
Global, orientat spre solutii si in retea: LifeTech Application Engineering
Festo LifeTech Application Engineering ofera posibilitatea de a sprijini clientii din intreaga lume in cautarea de solutii si realizeaza studii de fezabilitate si optimizare a parametrilor, instruire, constructie de prototipuri, punere in functiune si instalare, precum si clarificarea cerintelor clientilor pentru solicitari noi. Inginerii de aplicatii de aici au o experienta vasta in domeniul manipularii lichidelor, al miscarii si al controlului lichidelor.
