منصة تقنية مفتوحة المصدر لتصنيع نماذج ثقافة 3D القائمة على الهيدروجيل بطريقة آلية وموحدة

تواجه البحوث الطبية الحيوية أزمة قابلية للتكرار حيث نادرا ما تترجم نتائج البحوث الجديدة إلى تطبيقات علاجية. يقلل هذا البروتوكول من العامل البشري ويدخل الأتمتة والتوحيد القياسي في التصنيع. تركز هذه الطريقة بشكل خاص على الهيدروجيلات القابلة للربط عبر الصور لتطبيقات زراعة الخلايا 3D حيث أصبحت الهيدروجيل المنصة الأكثر استخداما في نماذج أنسجة السرطان والأمراض الأخرى خلال العقد الماضي.

لقد نجحنا في معالجة القيود الحالية على الأجهزة والبرامج من خلال تطوير منصة تقنية مفتوحة المصدر. تم تصميم هذه المنصة خصيصا للهيدروجيل وتمكن سير عمل التصنيع الآلي لأبحاث هندسة الأنسجة. لتثبيت واجهة برمجة التطبيقات، افتح واجهة سطر الأوامر.

لتثبيت واجهة برمجة تطبيقات العمل، أدخل نقطة تثبيت openworkstation واضغط على مفتاح الإدخال Enter. لتشغيل وحدة التصنيع الحيوي للسحب، أدخل الأمر لتثبيت واجهة برمجة تطبيقات opentrons. ثم استخدم سطر الأوامر لفتح برنامج نصي Python والتحقق مما إذا كان قد تم تثبيت كل من واجهات برمجة التطبيقات بنجاح.

لإنشاء رمز البروتوكول، افتح تطبيق تصميم البروتوكول لإنشاء برنامج نصي مخصص للبروتوكول سيتم تنفيذه بواسطة النظام الأساسي. تعمل الواجهة على كل متصفح إنترنت شائع الاستخدام. أدخل اسم البروتوكول في صفحة الإعداد وانقر فوق متابعة.

في إعداد درج الإدخال، حدد ثلاثة في أربعة كتل تسخين لتحديد درج الإدخال. لتحديد المواد وتركيزات المخزون، حدد Gel 1 من قائمة تعريف المدخلات وأدخل GelMA كاسم. اضبط تركيز المخزون على 20٪ وعدد العينات على ثلاثة وانقر فوق إضافة لحفظ الإدخالات وملء العمود الأول.

حدد Gel 2 من قائمة تعريف المدخلات وأدخل Alginate كاسم. اضبط تركيز المخزون على 4٪ وعدد العينات على ثلاثة وانقر فوق إضافة لحفظ الإدخالات وملء العمود الثاني. بعد تعيين البادئ الضوئي والمعلمات المخففة كما هو موضح ، حدد الربط المتقاطع للصور ، واضبط الوقت على 30 ثانية ، والكثافة على اثنين وانقر فوق موافق. بعد ذلك ، اضبط نوع لوحة البئر على 96 صفيحة بئر وانقر فوق المجموعة 1 للسماح بتحديد المعلمات الخاصة بإنشاء هيدروجيل مزدوج الشبكة.

ثم حدد المربع تطبيق بروتوكول الخلط المتقدم إذا لزم الأمر، واضبط عدد العينات على 96، وانقر فوق متابعة. لتعيين تخطيط سطح السفينة، حدد نوع الدرج المناسب لكل فتحة. عند تحديد جميع أنواع الصواني، انقر فوق المربع الأيسر للماصة وحدد إزاحة إيجابية من 10 إلى 100 ميكرولتر من القائمة المنسدلة.

اضبط سرعة الشفط على 600 وسرعة التوزيع على 800. ثم اضبط معلمات الماصة الصحيحة بنفس الطريقة. ثم انقر فوق إنشاء بروتوكول لإنشاء البرنامج النصي للبروتوكول وحفظه.

قبل تنفيذ البروتوكول ، قم برش المواد الاستهلاكية بنسبة 70٪ من الإيثانول ووضعها وفقا للإعداد المحدد في إعداد المستخدم. ضع أنابيب التفاعل مع المواد الموجودة في كتلة الألومنيوم على أرصفة درجة الحرارة وفقا للإعداد المحدد. بعد ذلك ، رش قفازاتك بنسبة 70٪ من الإيثانول وافتح أنابيب التفاعل بعناية دون لمس الأنابيب المفتوحة.

عندما تصل المواد إلى درجة الحرارة التجريبية المناسبة ، قم بتشغيل البروتوكول الذي تم إنشاؤه باستخدام واجهة المستخدم. ستبدأ محطة العمل بعملية التوجيه ، تليها الحصول على لوحة بئر فارغة من وحدة التخزين. بعد إزالة الغطاء من لوحة البئر ، يتم نقل اللوحة إلى الوحدة التالية.

يحدد البروتوكول الحجم الذي يتم سحبه من كل محلول مخزون ويغير تلقائيا الأطراف بعد كل مادة لمنع التلوث المتبادل. لخلط الحلول اللزجة بطريقة قابلة للتكرار ، تنفذ محطة العمل بروتوكول خلط محدد تم تحسينه للهلاميات المائية اللزجة. يأخذ تطبيق تصميم البروتوكول مستوى ملء الخزان في الاعتبار ويكيف تلقائيا ارتفاع الخلط لمنع الغمس غير الضروري في المواد اللزجة.

بعد التوليد التلقائي لنماذج 3D ولوحات الآبار ، تغلق محطة العمل لوحة البئر بالغطاء مرة أخرى وتخزن لوحة البئر في الموضع المبرمج في وحدة التخزين. بمجرد الانتهاء من البروتوكول ، قم بإزالة اللوحة من وحدة التخزين. للتحقق من البروتوكول الذي تم إجراؤه والتحقق منه ، قم بتحميل اللوحة على مقياس الطيف الضوئي واقرأ الامتصاص مرتين عند 450 نانومتر.

بعد حفظ قيم الامتصاص ، افتح ملف جدول بيانات التحليل الذي يتم توفيره كمادة تكميلية في المنشور وانسخ قراءات الامتصاص إلى الجدول في ورقة البيانات الخام. ثم انقر على ورقة التحليل لعرض القيم المتوسطة، والانحراف المعياري، ومعامل قيم التباين، والتي يتم حسابها تلقائيا وعرضها لتوزيع عينة موحدة لصفوف محددة ولأعمدة محددة من لوحة بئر 96. للعثور على الإعداد الذي يضمن قابلية عالية للتكرار لحلول الجلسرين ، تم إنشاء بروتوكولات دون التحكم في درجة الحرارة ودون لمس الطرف ، مع التحكم في درجة الحرارة ودون لمس الطرف ، أو مع التحكم في درجة الحرارة ومع لمس الطرف.

كشف المعامل المحسوب لقيم التباين للإعدادات الثلاثة عن تأثير كبير لرصيف درجة الحرارة ووظيفة اللمس الطرفي ، مما يسلط الضوء على قدرة البروتوكول على توليد نتائج قابلة للتكرار للغاية عند استخدام كلتا الميزتين. باستخدام وظيفة لمس الطرف مع رصيف درجة الحرارة ، تم تقليل الانحراف المعياري بشكل كبير في الإعداد الثالث. لم يسفر رسم قيم امتصاص العينة للإعداد الثالث عن أي قيم متزايدة أو متناقصة طوال التجربة ، وبالتالي لم يشر إلى أي تأثير لموضع العينة على قيم الامتصاص.

بعد ذلك ، تم إعداد سلسلة تخفيف GelMA عن طريق تخفيف محلول مخزون GelMA بنسبة 20٪ وتقييم الاختلافات بين تخفيفات GelMA المختلفة. كانت قيمة الامتصاص المقاسة في كل خطوة تركيز مختلفة اختلافا كبيرا وأظهر الانحدار الخطي ملاءمة عالية تؤكد قدرة خطوات التركيز المتميزة التي سيتم توليدها. بالإضافة إلى ذلك ، تم تقييم تأثير لمسة الطرف للهيدروجيل المزدوج الشبكة مع 5٪ GelMA و 2٪ alginate و 0.15٪ LAP ، والتي تم إنشاؤها تلقائيا مع الإعداد.

يؤدي تكامل اللمس الطرفي إلى انخفاض كبير في الانحراف المعياري الذي يدعم إنشاء مجموعة بيانات قابلة للتكرار. أكد تصور قيم الامتصاص والخرائط الحرارية انخفاض الانحراف عند استخدام لمسة الطرف لإزالة المواد الزائدة من الطرف. تتيح تقنيتنا أتمتة تصنيع الهيدروجيل لزراعة الخلايا 3D وهندسة الأنسجة.

إنه حل منخفض التكلفة لزيادة الإنتاجية وقابلية التكرار لسير العمل الصعب تقنيا. من خلال توفير نهج مفتوح المصدر قابل للتخصيص ، تمهد هذه التقنية الطريق للتكيف على نطاق واسع لأتمتة العمليات في أبحاث هندسة الأنسجة.