Družba UPM Biomedicals proizvaja visoko biokompatibilen hidrogel GrowDex®, ki raziskovalcem po vsem svetu omogoča, da se osredotočijo na razvoj aktivnih farmacevtskih sestavin za uporabo pri ljudeh, pri čemer uporabljajo manj živalskega materiala. Da lahko celice oblikujejo majhne organe (organoide in sferoide), potrebujejo vlaknasto okolje, ki posnema zunajcelično matrico našega telesa. Običajno se za ustvarjanje teh pogojev za 3D-kulturo uporabljajo materiali živalskega izvora. GrowDex je hidrogel, ki je pripravljen za uporabo in je pridobljen iz lesa breze, zato ne vsebuje snovi živalskega ali človeškega izvora.
Izziv: izredno natančno doziranje viskoznega hidrogela z natančnim ventilom
GrowDex je toplotno stabilen pri temperaturah od 0 °C do več kot 100 °C, zato je idealen za visokozmogljivo avtomatizacijo in presejanje. GrowDex je material, ki se redči s striženjem. To pomeni, da se viskoznost spreminja s silo, ki deluje na material – pri visokem tlaku doziranja je material tekoč, takoj ko tlak popusti, pa se strdi in spet postane viskozen. Ker se celulozna nanovlakna v materialu ne križajo, temveč le prepletajo, je material pravi hidrogel. Pri tem je treba posebno pozornost nameniti nadzoru tlaka, ki nastaja v sistemu za doziranje.
Podjetje UPM Biomedicals se je zato obrnilo na strokovnjake v aplikacijskem centru Festo LifeTech Application Centre s prošnjo za izvedbo analize izvedljivosti za avtomatizirano doziranje hidrogelov s strižnim redčenjem. Cilj je bil zanesljivo doseči določene vrednosti CV (koeficient variacije) za dva ciljna volumna – 25 µl in 100 µl. Te prostornine so značilne za doziranje v mikrotitrske plošče s 96 in 384 vdolbinicami.
"Pogosto odmerjamo tekočine po meri stranke. Ko sem prvič videl hidrogel GrowDex v brizgah, sem vedel, da ga ne bo preprosto dozirati – niti razredčenega. Toda vem tudi, da naš sistem ponuja veliko možnosti za iskanje prave rešitve," pravi aplikativni inženir družbe Festo Manuel Rausch.
Način: spreminjanje in optimizacija izdelkov in parametrov
Družba Festo pri avtomatiziranem ravnanju s tekočinami stavi na tlačno nadzorovano metodo doziranja. Parametre, kot sta tlak in čas odpiranja, je mogoče prilagoditi lastnostim tekočine. Pri preizkusu so se spreminjali tako uporabljeni izdelki družbe Festo kot procesni parametri, na primer medijsko ločeni ventili, igle, tlaki in časi odpiranja ventilov.
Najprej smo hidrogele GrowDex ali GrowDex-T, ki smo jih testirali, ročno razredčili z gojiščem za gojenje celic DMEM in jih napolnili v stekleno steklenico s pokrovom. Za vzdrževanje tlaka v steklenici prek priključne cevi je bil uporabljen generator tlaka/vakuuma (PGVA-1). Nadzorni modul ventila VAEM-V natančno upravlja ventil VYKB-F12, ločen od medija, da se premaknjena mešanica hidrogela razprši v ciljno posodo. Odmerjeno količino smo zabeležili gravimetrično s tehtnico in jo uporabili za analizo vrednosti CV.
Ventil VYKB-F12 in igla z velikim notranjim premerom sta se izkazala za najboljšo rešitev za ohranjanje nizkega pretočnega upora. Izbrana zasnova je omogočila tudi uporabo kompaktnega generatorja tlaka/vakuuma PGVA-1, zaradi česar je priključek za stisnjeni zrak v laboratoriju postal odvečen.
Uspeh: popoln postopek doziranja za hidrogele GrowDex
Aplikativni inženirji družbe Festo so razvili sklop komponent, ki so omogočale doziranje GrowDexa s koncentracijo 0,75 % in GrowDexa-T s koncentracijo 0,5 %, pomešanih z DMEM v razmerju 1 : 1. Vrednosti CV so bile znotraj določene tolerance.
Podjetje UPM je zdaj lahko prepričano, da se lahko njegovi hidrogeli GrowDex samodejno dozirajo za uporabo v prilagojenih sistemih – ob upoštevanju posebne tehnične konfiguracije. "Avtomatizacija lahko zdaj nadomesti še en ročni korak in omogoča zanesljivejše in hitrejše gojenje 3D-celičnih kultur," pravi navdušena Piia Mikkonen iz UPM.
To je naš skupni korak k zmanjšanju uporabe živalskega materiala ter izboljšanju zanesljivosti in ponovljivosti rezultatov 3D-kulture. Prilagojeni avtomatizirani sistemi bodo imeli pomembno vlogo pri izpolnjevanju regulativnih zahtev na področju pregledovanja zdravil ali regenerativne medicine.
Globalno, usmerjeno v rešitve in povezano v mreže: aplikativni inženiring LifeTech
Aplikativni inženiring LifeTech družbe Festo nudi podporo strankam po vsem svetu pri iskanju rešitev ter izvaja študije izvedljivosti in optimizacijo parametrov, usposabljanje, izdelavo prototipov, zagon in namestitev ter pojasnjuje zahteve strank pri novih povpraševanjih. Tamkajšnji inženirji imajo bogate izkušnje na področju ravnanja s tekočinami, gibanja in nadzora tekočin.
