פלטפורמת טכנולוגיית קוד פתוח לייצור דגמי תרבות תלת-ממדית מבוססי הידרוג'ל באופן אוטומטי ומתוקנן

מחקר ביו-רפואי עומד בפני משבר רבייה בכך שממצאי מחקר חדשים מתורגמים לעתים רחוקות ליישומים טיפוליים. פרוטוקול זה מפחית את הגורם האנושי ומכניס אוטומציה ותקינה לייצור. שיטה זו מתמקדת במיוחד על הידרוג'לים צולבים תמונה עבור יישומי תרבית תאים 3D כמו הידרוג'לים הפכו לפלטפורמה הנפוצה ביותר בסרטן ומודלים אחרים של רקמת מחלה בעשור האחרון.

טיפלנו בהצלחה במגבלות החומרה והתוכנה הנוכחיות עם פיתוח פלטפורמת טכנולוגיית קוד פתוח. פלטפורמה זו תוכננה במיוחד עבור הידרוג'לים ומאפשרת זרימות עבודה אוטומטיות לייצור למחקר הנדסת רקמות. כדי להתקין את ה- API, פתח את ממשק שורת הפקודה.

כדי להתקין את ה- API של העבודה, הזן תחנת עבודה פתוחה של התקנת pip והקש Enter. כדי להפעיל את מודול הייצור הביולוגי של pipetting, הזן את הפקודה כדי להתקין את ה- API של opentrons. לאחר מכן השתמש בשורת הפקודה כדי לפתוח קובץ Script של Python ולוודא אם שני ממשקי ה- API הותקנו בהצלחה.

כדי ליצור את קוד הפרוטוקול, פתח את יישום עיצוב הפרוטוקול כדי ליצור קובץ Script של פרוטוקול מותאם אישית שיבוצע על-ידי הפלטפורמה. הממשק פועל בכל דפדפן אינטרנט נפוץ. הזן את שם הפרוטוקול בדף ההתקנה ולחץ על המשך.

בהגדרת מגש הקלט, בחר בלוק חימום של שלושה על ארבעה כדי להגדיר את מגש הקלט. כדי להגדיר את החומרים וריכוזי המלאי, בחר ג'ל 1 מתפריט הגדרת תשומות והזן את GelMA כשם. הגדר את ריכוז המלאי ל- 20% ואת מספר הדגימות לשלוש ולחץ על הוסף כדי לשמור את הערכים וכדי למלא את העמודה הראשונה.

בחר ג'ל 2 מתפריט הגדרת קלט והזן Alginate כשם. הגדר את ריכוז המניות ל- 4% ואת מספר הדגימות לשלוש ולחץ על הוסף כדי לשמור את הערכים וכדי למלא את העמודה השניה. לאחר הגדרת הפרמטרים הפוטוטו-initiator והדילול כפי שהודגמו, בחר קישור צולב של תמונות, הגדר את השעה ל- 30 שניות ואת העוצמה לשתיים ולחץ על אישור. לאחר מכן, הגדר את סוג צלחת הבאר לצלחת באר 96 ולחץ על קבוצה 1 כדי לאפשר את הפרמטרים ליצירת הידרוג'ל רשת כפולה להיות מצוין.

לאחר מכן סמן את התיבה החל פרוטוקול ערבוב מתקדם במידת הצורך, הגדר את מספר הדגימות ל- 96 ולחץ על המשך. כדי להגדיר את פריסת הסיפון, בחר את סוג המגש המתאים עבור כל חריץ. כאשר כל סוגי המגשים נבחרו, לחץ על התיבה הימנית של פיפטה ובחר תזוזה חיובית של 10 עד 100 מיקרוליטר מהתפריט הנפתח.

הגדר את מהירות השאיפה ל-600 ואת מהירות החלוקה ל-800. לאחר מכן הגדר את הפרמטרים הנכונים של פיפטה באותו אופן. לאחר מכן לחץ על צור פרוטוקול כדי ליצור ולשמור את קובץ ה- Script של הפרוטוקול.

לפני ביצוע הפרוטוקול, לרסס את החומרים המתכלים עם 70% אתנול ולמקם אותם על פי ההתקנה המוגדרת בהגדרת המשתמש. הנח את צינורות התגובה עם החומרים בבלוק האלומיניום על רציפי הטמפרטורה על פי ההתקנה שנבחרה. לאחר מכן, לרסס את הכפפות שלך עם 70% אתנול ולפתוח את צינורות התגובה בזהירות מבלי לגעת צינורות פתוחים.

כאשר החומרים הגיעו לטמפרטורת הניסוי המתאימה, הפעל את הפרוטוקול שנוצר באמצעות ממשק המשתמש. תחנת העבודה תתחיל בתהליך הביות, ולאחר מכן תקבל צלחת באר ריקה ממודול האחסון. לאחר הסרת המכסה מלוחית הבאר, הצלחת מועברת למודול הבא.

הפרוטוקול מציין את אמצעי האחסון המועבר מכל פתרון מלאי ומשנה באופן אוטומטי את העצות לאחר כל חומר כדי למנוע זיהום צולב. כדי לערבב פתרונות צמיגים באופן ניתן לשחזור, תחנת העבודה מבצעת פרוטוקול ערבוב ספציפי שעבר אופטימיזציה להידרו-ג'לים צמיגים. אפליקציית עיצוב הפרוטוקול לוקחת בחשבון את רמת המילוי של המאגר ומתאימה באופן אוטומטי את גובה הערבוב כדי למנוע טבילה מיותרת בחומרים הצמיגיים.

לאחר יצירה אוטומטית של דגמי תלת-ממד ולוחות היטב, תחנת העבודה סוגרת שוב את צלחת הבאר עם המכסה ומאחסנת את צלחת הבאר במיקום המתוכנת במודול האחסון. לאחר סיום הפרוטוקול, הסר את הצלחת ממודול האחסון. לצורך אימות ואימות של הפרוטוקול שנערך, לטעון את הצלחת על spectrophotometer ולקרוא את הספיגה פעמיים ב 450 ננומטר.

לאחר שמירת ערכי הספיגה, פתח את קובץ הגיליון האלקטרוני של הניתוח המסופק כחומר משלים בפרסום והעתק את קריאות הספיגה לטבלה בגליון הנתונים הגולמי. לאחר מכן לחץ על גיליון הניתוח כדי להציג את הערכים הממוצעים, את סטיית התקן ואת מקדם ערכי השונות, אשר מחושבים באופן אוטומטי ומוצגים עבור התפלגות מדגם אחידה עבור שורות ספציפיות עבור עמודות ספציפיות עבור לוח 96 היטב. כדי למצוא את ההתקנה המבטיחה רבייה גבוהה עבור פתרונות גליצרול, פרוטוקולים נוצרו ללא בקרת טמפרטורה וללא מגע קצה, עם בקרת טמפרטורה וללא מגע קצה, או עם בקרת טמפרטורה עם מגע קצה.

המקדם המחושב של ערכי וריאציה עבור שלוש ההגדרות חשף השפעה משמעותית של עגינה בטמפרטורה ופונקציית מגע קצה, המדגיש את היכולת של הפרוטוקול להפיק תוצאות ניתנות לשחזור גבוהות בעת שימוש בשתי התכונות. באמצעות פונקציית מגע קצה עם רציף הטמפרטורה, סטיית התקן צומצמה באופן משמעותי בהתקנה שלוש. התוויית ערכי ספיגת המדגם עבור ההתקנה השלישית לא הניבה ערכים עולים או יורדים לאורך הניסוי ולכן לא הצביעה על השפעה של מיקום המדגם על ערכי הספיגה.

לאחר מכן, סדרת דילול של GelMA הוכנה על ידי דילול פתרון מניית GelMA של 20% והערכת ההבדלים בין דילולים שונים של GelMA. ערך הספיגה שנמדד בכל שלב ריכוז היה שונה באופן משמעותי ורגרסיה ליניארית הפגינה התאמה גבוהה המאשרת את היכולת של צעדי ריכוז ברורים להיווצר. בנוסף, ההשפעה של מגע קצה הוערך עבור הידרוג'לים רשת כפולה עם 5%GelMA, 2%alginate, ו 0.15%LAP, אשר נוצרו באופן אוטומטי עם ההתקנה.

השילוב של מגע קצה מביא לירידה משמעותית של סטיית התקן התומכת ביצירת ערכת נתונים הניתנת לשחזור. הדמיה של ערכי הספיגה ומפות החום אישרה את הסטייה המופחתת בעת שימוש במגע קצה כדי להסיר חומר עודף מהקצה. הטכנולוגיה שלנו מאפשרת אוטומציה של ייצור הידרוג'ל לתרבות תאים תלת-ממדית והנדסת רקמות.

זהו פתרון בעלות נמוכה להגדלת התפוקה והשחזור של זרימות עבודה מאתגרות מבחינה טכנית. על ידי מתן גישת קוד פתוח הניתנת להתאמה אישית, טכנולוגיה זו סוללת את הדרך להתאמה נרחבת של אוטומציה של תהליכים במחקר הנדסת רקמות.