UPM Biomedicals sản xuất hydrogel có tính tương thích sinh học cao, GrowDex®, cho phép các nhà nghiên cứu trên toàn thế giới phát triển các hoạt chất dược phẩm cho con người sử dụng, đồng thời ít sử dụng nguyên liệu động vật hơn. Để các tế bào cấu thành những cơ quan nhỏ (organoid và spheroid), chúng cần một môi trường sợi mô phỏng ma trận ngoại bào của cơ thể chúng ta. Thông thường, chất liệu động vật được sử dụng để tạo ra những điều kiện nuôi cấy 3D này. GrowDex là hydrogel có thể sử dụng được ngay. Nó được làm từ gỗ bạch dương và vì thế không chứa chất liệu có nguồn gốc động vật hoặc con người.
Thử thách: Định lượng hydrogel nhớt với độ chính xác cực cao nhờ một van chính xác
GrowDex ổn định nhiệt trong vùng nhiệt độ từ 0 °C đến hơn 100 °C, lý tưởng cho việc tự động hóa và sàng lọc thông lượng cao. GrowDex là một chất liệu cắt mỏng. Nghĩa là độ nhớt thay đổi theo lực tác dụng lên chất liệu - tại áp suất định lượng cao, nó ở dạng lỏng và ngay khi áp suất được giảm bớt, chất liệu sẽ đông đặc lại và độ nhớt lại tăng lên. Vì những sợi nano làm từ cellulose không liên kết chéo bên trong chất liệu, mà chúng chỉ đan xen vào nhau nên chất liệu này là một hydrogel thực sự. Việc này đòi hỏi phải đặc biệt chú ý trong việc kiểm soát áp suất tạo ra trong hệ thống định lượng.
Do đó, UPM Biomedicals đã nhờ đến những chuyên gia tại trung tâm ứng dụng LifeTech của Festo để tiến hành phân tích tính khả thi cho quá trình tự động định lượng hydrogel cắt mỏng. Mục tiêu là chắc chắn đạt được những giá trị CV đã chỉ định (Coefficient of Variation) cho hai giá trị định lượng mục tiêu – 25 µl và 100 µl. Những thể tích này là giá trị điển hình để định lượng lên các đĩa microtiter có độ sâu 96 và 384.
“Chúng tôi thường định lượng chất lỏng một cách tùy chỉnh. Khi lần đầu tiên nhìn thấy GrowDex Hydrogel trong ống tiêm, tôi biết nó sẽ không hề dễ dàng để định lượng - ngay cả khi nó ở dạng pha loãng. Nhưng tôi cũng biết, hệ thống của chúng tôi cung cấp rất nhiều tùy chọn để tìm ra giải pháp phù hợp,” kỹ sư ứng dụng Manuel Rausch của Festo cho biết.
Đường dẫn: Thay đổi và tối ưu hóa sản phẩm và thông số
Festo dựa vào phương pháp định lượng nhờ kiểm soát áp suất khi xử lý chất lỏng tự động. Những thông số như áp suất và thời gian mở có thể được điều chỉnh linh hoạt theo đặc tính của chất lỏng. Khi tiến hành thử nghiệm, cả sản phẩm Festo được sử dụng và những thông số quy trình đều khác nhau, như van, kim, áp suất và thời gian mở van.
Đầu tiên, hydrogel GrowDex hoặc GrowDex-T cần thử nghiệm sẽ được pha loãng thủ công trong môi trường nuôi cấy tế bào DMEM và đổ vào một chai thủy tinh có nắp. Chai được điều áp thông qua một ống nối nhờ một bộ tạo áp suất chân không (PGVA-1). Mô-đun điều khiển van VAEM-V điều khiển chính xác van VYKB-F12 được phân tách bằng môi chất để định lượng hỗn hợp hydrogel dịch chuyển vào bình chứa mục tiêu. Lượng chất đã định lượng được ghi lại bằng phương pháp đo trọng lượng nhờ thang đo và được sử dụng để xem xét giá trị CV.
Van VYKB-F12 và kim có đường kính trong lớn được chứng minh là giải pháp tốt nhất để giữ lực cản dòng chảy ở mức thấp. Cấu trúc được chọn cũng cho phép sử dụng máy tạo áp suất/chân không nhỏ gọn PGVA-1, làm như vậy sẽ không cần kết nối khí nén trong phòng thí nghiệm nữa.
Thành công: Quy trình định lượng hoàn hảo cho hydrogel GrowDex
Những kỹ sư ứng dụng của Festo đã phát triển cấu trúc gồm những thành phần cho phép định lượng GrowDex ở nồng độ 0,75% và GrowDex-T ở nồng độ 0,5%, mỗi thành phần được trộn với DMEM theo tỷ lệ 1:1. Những giá trị CV đều nằm trong dung sai được chỉ định.
UPM hiện có thể tự tin rằng hydrogel GrowDex của mình có thể được định lượng tự động để sử dụng trong các hệ thống dành riêng cho khách hàng - có tính đến thiết lập kỹ thuật cụ thể. Piia Mikkonen từ UPM cho biết: “Tự động hóa giờ đây có thể thay thế một bước thủ công khác và giúp việc nuôi cấy tế bào 3D trở nên đáng tin cậy và nhanh hơn”.
Đây là một bước tiến giúp chúng tôi giảm bớt việc sử dụng chất liệu động vật, đồng thời cải thiện độ tin cậy và khả năng lặp lại của kết quả nuôi cấy 3D. Dù cho khi sàng lọc thuốc hay y học tái tạo, các hệ thống tự động được thiết kế riêng sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc đáp ứng những yêu cầu quy định.
Giới thiệu về tác giả
Manuel Rausch
Kỹ sư ứng dụng
Festo Đức
Liên hệ
Vesa Tomukorpi
Người điều hành kinh doanh
Festo Phần Lan
Liên hệ
Hướng tới giải pháp và kết nối mạng lưới trên toàn cầu: Kỹ thuật ứng dụng LifeTech
Kỹ thuật ứng dụng LifeTech của Festo mang đến cơ hội hỗ trợ khách hàng trên toàn thế giới trong công cuộc tìm kiếm giải pháp và thực hiện những nghiên cứu khả thi, đồng thời tối ưu hóa thông số, đào tạo, xây dựng nguyên mẫu, vận hành ban đầu và cài đặt, cũng như làm sáng tỏ những yêu cầu của khách hàng khi họ có những thắc mắc mới. Những kỹ sư ứng dụng tại đó có nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực xử lý chất lỏng, chuyển động và kiểm soát chất lỏng.
