31 maart 2022
Dit protocol dient als een uitgebreide tutorial voor gestandaardiseerde en reproduceerbare menging van viskeuze materialen met een nieuwe open source automatiseringstechnologie. Gedetailleerde instructies worden gegeven over de werking van een nieuw ontwikkeld open source werkstation, het gebruik van een open source protocol designer, en de validatie en verificatie om reproduceerbare mengsels te identificeren.
Biomedisch onderzoek wordt geconfronteerd met een reproduceerbaarheidscrisis omdat nieuwe onderzoeksresultaten zelden worden vertaald in therapeutische toepassingen. Dit protocol vermindert de menselijke factor en introduceert automatisering en standaardisatie in de productie. Deze methode richt zich specifiek op foto-cross-linkable hydrogels voor 3D-celkweektoepassingen, aangezien hydrogels het afgelopen decennium het meest gebruikte platform zijn geworden in kanker- en andere ziekteweefselmodellen.
We hebben de huidige hardware- en softwarebeperkingen met succes aangepakt met de ontwikkeling van een open source technologieplatform. Dit platform is speciaal ontworpen voor hydrogels en maakt geautomatiseerde productieworkflows mogelijk voor weefselmanipulatieonderzoek. Als u de API wilt installeren, opent u de opdrachtregelinterface.
Om de werk-API te installeren, voert u pip install openworkstation in en drukt u op Enter. Als u de pipetterende biofabricagemodule wilt bedienen, voert u de opdracht in om de opentrons API te installeren. Gebruik vervolgens de opdrachtregel om een Python-script te openen en te controleren of beide API's met succes zijn geïnstalleerd.
Als u de protocolcode wilt genereren, opent u de protocolontwerptoepassing om een aangepast protocolscript te genereren dat door het platform wordt uitgevoerd. De interface draait op elke veelgebruikte internetbrowser. Voer de protocolnaam in op de instellingenpagina en klik op Doorgaan.
Selecteer in de instelling van de invoerlade drie bij vier verwarmingsblokken om de invoerlade te definiëren. Als u de materialen en voorraadconcentraties wilt definiëren, selecteert u Gel 1 in het menu Invoer definiëren en voert u GelMA in als naam. Stel de voorraadconcentratie in op 20% en het aantal monsters op drie en klik op Toevoegen om de vermeldingen op te slaan en de eerste kolom te vullen.
Selecteer Gel 2 in het menu invoer definiëren en voer Alginaat in als naam. Stel de voorraadconcentratie in op 4% en het aantal monsters op drie en klik op Toevoegen om de vermeldingen op te slaan en de tweede kolom te vullen. Nadat u de parameters van de foto-initiator en het verdunningsmiddel hebt ingesteld zoals gedemonstreerd, selecteert u fotocrosslinking, stelt u de tijd in op 30 seconden en de intensiteit op twee en klikt u op OK. Stel vervolgens het type putplaat in op 96 putplaat en klik op Groep 1 om de parameters voor het maken van hydrogels met dubbel netwerk te specificeren.
Vink vervolgens indien nodig het selectievakje Geavanceerd mengprotocol toepassen aan, stel het aantal monsters in op 96 en klik op Doorgaan. Als u de indeling van het dek wilt instellen, selecteert u het juiste ladetype voor elke sleuf. Wanneer alle ladetypen zijn geselecteerd, klikt u op het linkervak pipet en selecteert u 10 tot 100 microliter positieve verplaatsing in het vervolgkeuzemenu.
Stel de aanzuigsnelheid in op 600 en de doseersnelheid op 800. Stel vervolgens de juiste parameters van de pipet op dezelfde manier in. Klik vervolgens op Protocol genereren om het protocolscript te genereren en op te slaan.
Voordat u het protocol uitvoert, spuit u de verbruiksartikelen met 70% ethanol en plaatst u ze volgens de setup die is gedefinieerd in de gebruikersconfiguratie. Plaats de reactiebuizen met de materialen in het aluminium blok op de temperatuurdocks volgens de geselecteerde opstelling. Spuit vervolgens uw handschoenen in met 70% ethanol en open de reactiebuizen voorzichtig zonder geopende buizen aan te raken.
Wanneer de stoffen de juiste experimentele temperatuur hebben bereikt, voert u het gegenereerde protocol uit met behulp van de gebruikersinterface. Het werkstation begint met het homing-proces, gevolgd door het verkrijgen van een lege putplaat van de opslagmodule. Na het verwijderen van het deksel van de putplaat, wordt de plaat getransporteerd naar de volgende module.
Het protocol specificeert het volume dat uit elke voorraadoplossing wordt gepipetteerd en verandert automatisch de uiteinden na elk materiaal om kruisbesmetting te voorkomen. Om viskeuze oplossingen op een reproduceerbare manier te mengen, voert het werkstation een specifiek mengprotocol uit dat is geoptimaliseerd voor viskeuze hydrogels. De protocolontwerp-app houdt rekening met het vulniveau van het reservoir en past automatisch de menghoogte aan om onnodig dompelen in de viskeuze materialen te voorkomen.
Na het automatisch genereren van 3D-modellen en putplaten sluit het werkstation de putplaat met het deksel weer en slaat de putplaat op in de geprogrammeerde positie in de opslagmodule. Zodra het protocol is voltooid, verwijdert u de plaat uit de opslagmodule. Voor validatie en verificatie van het uitgevoerde protocol laadt u de plaat op een spectrofotometer en leest u de absorptie twee keer af bij 450 nanometer.
Nadat u de absorptiewaarden hebt opgeslagen, opent u het analysespreadsheetbestand dat als aanvullend materiaal in de publicatie wordt verstrekt en kopieert u de absorptiemetingen naar de tabel in het onbewerkte gegevensblad. Klik vervolgens op het analyseblad om de gemiddelde waarden, de standaarddeviatie en de variantiecoëfficiëntwaarden te bekijken, die automatisch worden berekend en weergegeven voor een uniforme monsterverdeling voor specifieke rijen en voor specifieke kolommen van een 96-putplaat. Om de opstelling te vinden die een hoge reproduceerbaarheid voor glyceroloplossingen garandeert, werden protocollen gegenereerd zonder temperatuurregeling en zonder tipaanraking, met temperatuurregeling en zonder tipaanraking, of met temperatuurregeling en met tipaanraking.
De berekende variatiecoëfficiëntwaarden voor de drie opstellingen onthulde een significante invloed van het temperatuurdock en de tip touch-functie, wat het vermogen van het protocol benadrukte om zeer reproduceerbare resultaten te genereren bij gebruik van beide functies. Met behulp van de tip touch-functie met het temperatuurdock werd de standaardafwijking aanzienlijk verminderd in opstelling drie. Het uitzetten van de absorptiewaarden van het monster voor opstelling drie leverde gedurende het hele experiment geen stijgende of dalende waarden op en gaf derhalve aan dat de monsterpositie niet van invloed was op de absorptiewaarden.
Vervolgens werd een GelMA-verdunningsreeks bereid door een 20% GelMA-stamoplossing te verdunnen en de verschillen tussen verschillende GelMA-verdunningen te beoordelen. De absorptiewaarde gemeten bij elke concentratiestap was significant anders en lineaire regressie toonde een hoge fit aan die het vermogen van verschillende concentratiestappen om te genereren bevestigt. Daarnaast werd de invloed van de tip touch geëvalueerd voor hydrogels met dubbele netwerk met 5%GelMA, 2%alginaat en 0,15% LAP, die automatisch werden gegenereerd met de setup.
De integratie van de tip touch resulteert in een significante afname van de standaarddeviatie die het genereren van een reproduceerbare dataset ondersteunt. Visualisatie van de absorptiewaarden en heatmaps bevestigden de verminderde afwijking bij het gebruik van tip touch om overtollig materiaal van de tip te verwijderen. Onze technologie maakt de automatisering van hydrogelfabricage voor 3D-celkweek en tissue engineering mogelijk.
Het is een goedkope oplossing om de doorvoer en reproduceerbaarheid van technisch uitdagende workflows te verhogen. Door een aanpasbare open source-aanpak te bieden, maakt deze technologie de weg vrij voor de wijdverspreide aanpassing van procesautomatisering in weefselmanipulatieonderzoek.
Dit protocol biedt een uitgebreide handleiding voor het gestandaardiseerd mengen van viskeuze materialen met behulp van een opensource automatiseringstechnologie. De focus ligt op de bediening van een nieuw ontwikkeld werkstation, ontworpen voor fotocrosslinkbare hydrogelen in 3D-celkweektoepassingen.
Handmatige verwerking van viskeuze biomaterialen introduceert variabiliteit die de reproduceerbaarheid in preklinische modellen ondermijnt, waardoor targetvalidatie en lead-identificatie worden vertraagd. Dit open-source automatiseringsplatform standaardiseert de fabricage van hydrogels, waardoor menselijke fouten worden verminderd en schaalbare, reproduceerbare 3D-culturesystemen voor mechanistische de-risking mogelijk worden gemaakt. Door de integratie van temperatuurregeling en tip-touch validatie ondersteunt het de consistente preparatie van ziekterelateerde modellen voor assay-ontwikkeling en screening-workflows.
Het platform integreert in vroege discovery-workflows door geautomatiseerde hydrogelbereiding voor targetvalidatie te bieden, gaat over tot screening via gestandaardiseerde 3D-assayformaten en ondersteunt translationeel onderzoek door reproduceerbare preklinische modellen mogelijk te maken.