UPM Biomedicals proizvodi visoko biokompatibilni hidrogel, GrowDex®, koji omogućava istraživačima širom sveta da razvijaju aktivne farmaceutske supstance za fokusiranu primenu na ljudima i pri tome manje koriste materijal životinjskog porekla. Da bi ćelije mogle da formiraju sićušne organe (organoidi i sferoidi), potrebno im je vlaknasto okruženje koje simulira vanćelijski matriks našeg tela. Obično se koriste materijali životinjskog porekla, kako bi se stvorili uslovi za ove 3D kulture. GrowDex je hidrogel spreman za upotrebu, koji se dobija od brezovine i stoga ne sadrži materijale životinjskog ili ljudskog porekla.
Izazov: Doziranje viskoznog hidrogela sa ekstremnom preciznošću pomoću preciznog ventila
GrowDex je termički stabilan na temperaturama od 0° C, pa do preko 100° C i time je idealno pogodan za automatizaciju i proveru sa visokim stepenom propusnosti. GrowDex je pseudoplastični materijal. To znači da se viskoznost menja sa silom koja se primenjuje na materijal - pri visokom pritisku doziranja on je u tečnom stanju, a čim se pritisak rastereti, materijal se stvrdnjava i ponovo postaje viskozan. Pošto se nanovlakna od celuloze ne umrežavaju unutar materijala, već se samo prepliću, materijal je pravi hidrogel. To zahteva posebnu pažnju u pogledu kontrole pritiska koji se generiše u sistemu za doziranje.
UPM Biomedicals se stoga obratio stručnjacima iz Festo LifeTech centra za aplikacije sa molbom da izvrši analizu izvodljivosti za automatizovano doziranje pseudoplastičnog hidrogela. Pri tome je cilj bio da se pouzdano postignu unapred zadate CV vrednosti (koeficijent varijacije) za dve ciljne zapremine – 25 µl i 100 µl. Ove zapremine su tipične za doziranje u mikrotitarskim pločama sa 96 i 384 udubljenja.
„Mi često doziramo tečnosti prema specifičnim potrebama kupca. Kada sam prvi put video GrowDex hidrogel u špricevima, znao sam da neće biti jednostavno da se dozira – čak i u razblaženom obliku. Međutim, takođe sam znao da naš sistem pruža veoma puno mogućnosti za pronalaženje odgovarajućeg rešenja“, kaže Manuel Rausch, inženjer za aplikacije u kompaniji Festo.
Način: Promena i optimizacija proizvoda i parametara
Kompanija Festo se za automatizovano rukovanje tečnostima oslanja na način doziranja kojim se upravlja pritiskom. Parametri kao što su pritisak i vreme otvaranja se mogu fleksibilno prilagoditi svojstvima tečnosti. Za potrebe testiranja su menjani i korišćeni proizvodi kompanije Festo, i procesni parametri, kao što su na primer ventili koji su izolovani od fluida, igle, pritisci i vremena otvaranja ventila.
Hidrogelovi GrowDex ili GrowDex-T koji se testiraju su prvo ručno razblaženi sa DMEM medijumom za kulturu ćelija i napunjeni u staklenu bocu sa poklopcem. Pomoću generatora pritiska i vakuuma (PGVA-1) se boca preko spojnog creva izlaže pritisku. Modul za upravljanje ventilima VAEM-V precizno upravlja ventilom VYKB-F12 koji je izolovan od fluida, kako bi dozirao potisnutu smešu hidrogena u željenu posudu. Dozirana količina se pomoću vage gravimetrijski evidentira i koristi za analizu CV vrednosti.
Ventil VYKB-F12 i igla sa velikim unutrašnjim prečnikom su se pokazali kao najbolje rešenje za održavanje niskog otpora protoka. Osim toga, sa izabranom konfiguracijom je bilo moguće koristiti kompaktni generator pritiska/vakuuma PGVA-1 koji priključak komprimovanog vazduha u laboratoriji čini suvišnim.
Postignuti uspeh: Savršen proces doziranja za GrowDex hidrogelove
Inženjeri za aplikacije kompanije Festo razvili su konfiguraciju od komponenata koje su omogućile doziranje GrowDex hidrogela pri koncentraciji od 0,75% i GrowDex-T pri koncentraciji od 0,5%, gde je svaki od njih pomešan sa DMEM u odnosu 1:1. CV vrednosti su se kretale unutar zadate tolerancije.
UPM sada može biti siguran da se njegovi GrowDex hidrogelovi mogu automatizovano dozirati za korišćenje u specifičnim sistemima kupca – uzimajući u obzir specifične tehničke konfiguracije. „Automatizacija sada može da zameni dodatni ručni korak i čini 3D ćelijsku kulturu pouzdanijom i bržom", zadovoljno izjavljuje Piia Mikkonen iz UPM-a.
Ovo je naš zajednički korak na putu da smanjimo korišćenje materijala životinjskog porekla i da istovremeno poboljšamo pozdanost i ponovljivost rezultata 3D kultura. Bilo da se radi o proveri aktivnih supstanci ili regenerativnoj medicini - prilagođeni automatizovani sistemi će igrati važnu ulogu kako bi se ispunili regulatorni zahtevi.
Globalan, orijentisan ka rešenjima i umrežen: LifeTech inženjerstvo za aplikacije
LifeTech inženjerstvo za aplikacije kompanije Festo podržava klijente širom sveta u pronalaženju rešenja i preduzima studije izvodljivosti i optimizaciju parametara, obuke, izradu prototipa, puštanje u rad i instalaciju, kao i razjašnjavanje zahteva kupaca kod novih upita. Tamošnji inženjeri za aplikacije raspolažu opsežnim iskustvom u oblastima rukovanja tečnostima, oblasti upravlja kretanjima i tečnostima.
