Hidrojel Tabanlı 3D Kültür Modellerini Otomatik ve StandartLaştırılmış Bir Şekilde Üretecek Açık Kaynaklı Bir Teknoloji Platformu

Biyomedikal araştırmalar, yeni araştırma bulgularının nadiren terapötik uygulamalara çevrilmesi nedeniyle tekrarlanabilirlik krizi ile karşı karşıyadır. Bu protokol insan faktörünü azaltır ve otomasyon ve standardizasyonu üretime sokmaktadır. Bu yöntem özellikle 3D hücre kültürü uygulamaları için fotoğraf çapraz bağlanabilir hidrojellere odaklanmaktadır, çünkü hidrojeller son on yılda kanser ve diğer hastalık doku modellerinde en çok kullanılan platform haline gelmiştir.

Açık kaynaklı bir teknoloji platformunun geliştirilmesiyle mevcut donanım ve yazılım sınırlamalarını başarıyla ele aldık. Bu platform hidrojeller için özel olarak tasarlanmıştır ve doku mühendisliği araştırmaları için otomatik üretim iş akışlarına olanak tanır. API'yi yüklemek için komut satırı arabirimini açın.

İş API'sini yüklemek için pip install openworkstation girin ve Enter tuşuna basın. Pipetleme biyo fabrikasyon modülunu çalıştırmak için opentrons API'sini yükleme komutunu girin. Ardından, bir Python komut dosyasını açmak ve her iki API'nin de başarıyla yüklenmiş olup olmadığını doğrulamak için komut satırını kullanın.

Protokol kodunu oluşturmak için, platform tarafından yürütülecek özelleştirilmiş bir protokol komut dosyası oluşturmak üzere protokol tasarım uygulamasını açın. Arayüz yaygın olarak kullanılan her internet tarayıcısında çalışır. Kurulum sayfasına iletişim kuralı adını girin ve Devam'ı tıklatın.

Giriş tepsisi kurulumunda, giriş tepsisini tanımlamak için üçe dört ısıtma bloğu seçin. Malzemeleri ve stok konsantrasyonlarını tanımlamak için, girişleri tanımla menüsünden Gel 1'i seçin ve ad olarak GelMA girin. Stok konsantrasyonunu %20'ye ve örnek sayısını üçe ayarlayın ve girişleri kaydetmek ve ilk sütunu doldurmak için Ekle'yi tıklatın.

Girişleri tanımla menüsünden Gel 2'yi seçin ve ad olarak Alginate girin. Stok konsantrasyonunu %4'e ve örnek sayısını üçe ayarlayın ve girişleri kaydetmek ve ikinci sütunu doldurmak için Ekle'yi tıklatın. Fotoinitiatör ve seyreltici parametreleri gösterildiği gibi ayarladıktan sonra, fotoğraf çapraz bağlamayı seçin, süreyi 30 saniye ve yoğunluğu ikiye ayarlayın ve Tamam'ı tıklatın. Ardından, kuyu plakası tipini 96 kuyu plakasına ayarlayın ve çift ağ hidrojelleri oluşturma parametrelerinin belirtilmesine izin vermek için Grup 1'i tıklatın.

Ardından gerekirse gelişmiş karıştırma protokolü uygula kutusunu işaretleyin, örnek sayısını 96 olarak ayarlayın ve Devam'ı tıklatın. Deste düzenini ayarlamak için her yuva için uygun tepsi türünü seçin. Tüm tepsi türleri seçildiğinde, pipet sol kutusunu tıklatın ve açılır menüden 10 ila 100 mikroliter pozitif yer değiştirme seçin.

Aspirasyon hızını 600'e, dağıtım hızını 800'e ayarlayın. Ardından pipet doğru parametrelerini aynı şekilde ayarlayın. Ardından, protokol komut dosyasını oluşturmak ve kaydetmek için İletişim Kuralı Oluştur'u tıklatın.

Protokolü yürütmeden önce sarf malzemelerini %70 etanol ile püskürtün ve kullanıcı kurulumunda tanımlanan kuruluma göre konumlandırın. Reaksiyon tüplerini, seçilen kuruluma göre sıcaklık yuvalarındaki alüminyum blok üzerindeki malzemelerle yerleştirin. Daha sonra eldivenlerinizi %70 etanol ile püskürtün ve açılan tüplere dokunmadan reaksiyon tüplerini dikkatlice açın.

Maddeler uygun deneysel sıcaklığa ulaştığında, oluşturulan protokolü kullanıcı arabirimini kullanarak çalıştırın. İş istasyonu, takip işlemiyle başlayacak ve ardından depolama modülünden boş bir kuyu plakası alacaktır. Kapağı kuyu plakasından çıkardıktan sonra, plaka bir sonraki modüle taşınır.

Protokol, her stok çözümünden borulanan hacmi belirtir ve çapraz kontaminasyonu önlemek için her malzemeden sonra ipuçlarını otomatik olarak değiştirir. Viskoz çözeltileri tekrarlanabilir bir şekilde karıştırmak için, iş istasyonu viskoz hidrojeller için optimize edilmiş belirli bir karıştırma protokolünü yürütür. Protokol tasarım uygulaması, rezervuarın dolum seviyesini dikkate alır ve viskoz malzemelere gereksiz daldırılmayı önlemek için karıştırma yüksekliğini otomatik olarak uyarlar.

3D modellerin ve kuyu plakalarının otomatik olarak üretilmesinden sonra, iş istasyonu kuyu plakasını tekrar kapakla kapatır ve kuyu plakasını depolama modülünde programlanmış konumda saklar. Protokol tamamlandıktan sonra plakayı depolama modülünden çıkarın. Yürütülen protokolün doğrulanması ve doğrulanması için plakayı bir spektrofotometreye yükleyin ve emiciyi 450 nanometrede iki kez okuyun.

Absorbans değerlerini kaydettikten sonra, yayında tamamlayıcı malzeme olarak sağlanan analiz elektronik tablo dosyasını açın ve absorbans okumalarını ham veri sayfasındaki tabloya kopyalayın. Ardından, belirli satırlar ve 96 kuyu plakasının belirli sütunları için tekdüze bir örnek dağılımı için otomatik olarak hesaplanan ve görüntülenen ortalama değerleri, standart sapmayı ve varyans değerlerinin katsayısını görüntülemek için analiz sayfasına tıklayın. Gliserol çözümleri için yüksek tekrarlanabilirlik sağlayan kurulumu bulmak için, protokoller sıcaklık kontrolü olmadan ve uç dokunuşu olmadan, sıcaklık kontrolü ve uç dokunuşu olmadan veya sıcaklık kontrolü ve uç dokunuşu ile oluşturulmuştır.

Üç kurulum için hesaplanan değişim değerleri katsayısı, sıcaklık dock'unun ve uç dokunma işlevinin önemli bir etkisini ortaya koydu ve protokolün her iki özellik kullanıldığında yüksek oranda tekrarlanabilir sonuçlar üretme yeteneğini vurguladı. Sıcaklık yuvası ile uç dokunma işlevini kullanarak, standart sapma kurulum üç önemli ölçüde azaltıldı. Kurulum üç için örnek absorbans değerlerinin çizilme deneme boyunca artan veya azalan değerler vermedi ve bu nedenle absorbans değerleri üzerinde örnek konumunun hiçbir etkisi olmadığını gösterdi.

Daha sonra, %20'lik bir GelMA stok çözeltisi seyrelterek ve farklı GelMA seyreltmeleri arasındaki farklar değerlendirilerek bir GelMA seyreltme serisi hazırlandı. Her konsantrasyon adımında ölçülen absorbans değeri önemli ölçüde farklıydı ve doğrusal regresyon, farklı konsantrasyon adımlarının üretilme yeteneğini doğrulayan yüksek bir uyum gösterdi. Buna ek olarak, uç dokunuşunun etkisi, kurulumla otomatik olarak oluşturulan %5 GelMA, %2 aljinat ve %0,15 LAP ile çift şebeke hidrojelleri için değerlendirildi.

Uç dokunuşunun entegrasyonu, tekrarlanabilir bir veri kümesinin üretilmesini destekleyen standart sapmanın önemli ölçüde azalmasına neden olur. Absorbans değerlerinin ve ısı haritalarının görselleştirilmesi, uçtan fazla malzemeyi çıkarmak için uç dokunuşu kullanırken azalan sapmayı doğruladı. Teknolojimiz, 3D hücre kültürü ve doku mühendisliği için hidrojel imalatının otomasyonunu sağlar.

Teknik olarak zorlu iş akışlarının verimini ve tekrarlanabilirliğini artırmak için düşük maliyetli bir çözümdür. Özelleştirilebilir bir açık kaynak yaklaşımı sağlayarak, bu teknoloji doku mühendisliği araştırmalarında proses otomasyonunun yaygın adaptasyonunun önünü açmaktadır.