DE10007398A1

DE10007398A1 - Kammer mit mikroskopierfähigem Strömungskanal zur Perfusion von adhärenten Zell- und Gewebekulturen

Info

Publication number: DE10007398A1
Application number: DE2000107398
Authority: DE
Inventors: Manrico Paulitschke; Thomas Bernstein
Original assignee: CELL LINING GES fur ZELLKULTI
Current assignee: OLIGENE GMBH, 10117 BERLIN, DE
Priority date: 2000-02-12
Filing date: 2000-02-12
Publication date: 2001-10-25
Anticipated expiration: 2020-02-13
Also published as: DE10007398B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kammer mit einem Strömungskanal zur Perfusion von adhärenten Zell- und Gewebekulturen unter definierten Strömungsbedingungen, die eine mikroskopische Beobachtung der Kulturen ermöglicht. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Kammer besteht aus einem runden Kammerkorpus, einer perforierten Dichtungsscheibe und einer Kunststoffscheibe, in der die Dichtungsscheibe eine planparallele Aussparung aufweist, die einen im Querschnitt rechteckigen Strömungskanal darstellt, dessen Wände durch die Dichtungsscheibe, den Kammerkorpus und die Kunststoffscheibe gebildet werden, wobei die Kunststoffscheibe mittels eines extrem flachen vorgespannten Überwurf-Federarretierungsringes auf dem mit der Dichtung versehenen Kammerkorpus fixiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kammer mit einem Strömungskanal zur Perfusion von adhären ten Zell- und Gewebekulturen unter definierten Strömungsbedingungen, die eine mikro skopische Beobachtung der Kulturen ermöglicht.

Kammern für die Kultivierung, Perfusion und mikroskopische Beobachtung sind bekannt, insbesondere auch in der Form, dass, wie in Patentabstrakt JP 09051792 bereits beschrie ben, der Kammerraum durch eine lokale Perforation der Dichtung geschaffen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine leichte Handhabung und Variabilität des Strömungska nals, der zugleich mikroskopisch beobachtet werden kann, zu ermöglichen.

Die Aufgabe wurde durch eine Kammer mit einem mikroskopierfähigen Strömungskanal (5), bestehend aus einem runden Kammerkorpus (1), einer perforierten Dichtungsscheibe (6) und einer Kunststoffscheibe (7) gelöst, in der die Dichtungsscheibe (6) eine planparalle le Aussparung (5') aufweist, die einen im Querschnitt rechteckigen Strömungskanal (5) darstellt, dessen Wände durch die Dichtungsscheibe (6), den Kammerkorpus (1) und die Kunststoffscheibe (7) gebildet werden, wobei die Kunststoffscheibe (7) mittels eines ex trem flachen vorgespannten Überwurf-Federarretierungsringes (8) auf dem mit der Dich tung (6) versehenen Kammerkorpus (1) fixiert wird. Der Überwurf-Federarretierungsring (8) ist austauschbar.

Diese Kammerkonstruktion hat den Vorteil, dass der Strömungskanal durch die perforierte Dichtungsscheibe, den Kammerkorpus und eine Kunststoffscheibe gebildet wird, wobei auf letzterer vorher und unabhängig die Zellen bzw. Gewebekulturen kultiviert werden, und diese über einen neuartigen Festspannmechanismus am Kammerkorpus fixiert wird, ohne den Arbeitsabstand zwischen zu beobachtender Zellkultur und Mikroskopobjektiv einzu schränken.

Die erfindungsgemäße Kammer dient zur Perfusion von adhärenten Zell- und Gewebekul turen unter definierten Strömungsbedingungen. Der runde Kammerkorpus (1) weist zwei gegenüberliegende radiale Bohrungen (2, 2') auf, die am jeweils distalen Ende mit einem Schlauchanschlussadapter (3, 3') für die Medienzu- und abfuhr bestückt sind und an ihrem proximalen Ende jeweils über senkrechte Bohrungen (4, 4') mit derselben planen Oberflä che des Kammerkorpusses (1) in Verbindung stehen. Die senkrechten Bohrungen (4, 4') des Kammerkorpusses (1) sind innerhalb der Aussparung (5') positioniert. Das Medium wird über die Schlauchanschlussadapter (3, 3') zu- und abgeleitet. Die Kunststoffscheibe (7) ist einseitig mit adhärenten Zellen bzw. dünnschichtigen Geweben beschichtet. Die Oberflä chen des rechteckigen Strömungskanals (5) werden von der mit adhärenten Zellen bzw. dünnschichtigen Geweben einseitig beschichteten Kunststoffscheibe (7), der gegenüberlie genden Oberfläche des Kammerkorpusses (1) sowie den Grenzflächen der planparallelen Aussparung der Dichtung (6) gebildet.

Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass sich mit der erfindungsgemäßen Kam mer extrem kleine Abstände zwischen dem Objektiv des verwendeten Mikroskops und der für die Untersuchung und Beobachtung interessierenden Innenfläche des Kulturträgers der Kammer erreichen lassen. Zur mikroskopischen Beobachtung ist der gesamte Strömungs kanal verfügbar. Diese geringen Abstände ergeben sich dadurch, dass der Kulturträger, im Gegensatz zur Verschraubung mittels einer Abstützplatte, wie sie im Patentabstrakt JP 09051792 vorgeschlagen wird, mittels des extrem flachen Überwurf- Federarretierungsringes auf die den Strömungskanal mit ausbildende Dichtungsscheibe und den Kammerkorpus gepresst wird.

Wesentlich ist aber, dass bei dieser Konstruktion die Dicke der als Kulturträger dienenden Kunststoffscheibe klein gehalten werden kann, da sich die Scheibe über den gesamten Um fang gleichmäßig an der der Dichtungsscheibe gegenüberliegenden Seite unmittelbar am Überwurf-Federarretierungsring abstützt, auf die Scheibe also ausschließlich senkrecht zur Ebene dieser Scheibe gerichtete Einspann- bzw. Druckkräfte wirken und keine Kräfte oder Momente, die ein Brechen der Scheibe verursachen würde. Die gleichen Vorteile gelten auch bei der Verwendung von Elektronenmikroskopen, Lasermikroskopen, mit Ultraschall- oder Infrarotlicht arbeitenden Beobachtungs- und Messgeräten und Systemen.

Durch die Art der Befestigung ist der Kulturträger auswechselbar, so dass dem jeweiligen Anwendungszweck entsprechende Kulturträger für Zell- und Gewebekulturen aus einem für die Anwendung optimalen Material eingesetzt werden können.

Durch die Ausbildung eines im Querschnitt rechteckigen Strömungskanals können die Scherkräfte an jedem Ort innerhalb des Strömungskanals berechnet werden, so dass die Zell- und Gewebekulturen unter definierten Strömungsbedingungen untersucht werden können.

Neben dem wesentlichen Vorteil des einfachen Aufbaus der Strömungskammer und der schnellen Fixierung eines standardisierten Zell- und Gewebekulturträgers auf dem Kam merkorpus wird durch die geringe, allein von der Stärke der Dichtungsscheibe abhängige Bauhöhe des Strömungskanals die Mikroskopierfähigkeit des Strömungskanals mittels lei stungsfähiger Objektive mit kurzem Arbeitsabstand ermöglicht. Es werden durch die Ver wendung standardisierter Zell- und Gewebekulturträger aufwendige und die Funktionalität der Zell- bzw. Gewebekulturen beeinträchtigende Reinigungsschritte der in vergleichbaren Kammern zum Einsatz kommenden Metall- und Glasoberflächen eingespart.

Der Kammerkorpus (1) ist beheizbar und besteht aus einem Material mit hoher Wärmeleit fähigkeit. Die den Kanalboden bildende Oberfläche des Kammerkorpusses (1) enthält eine Vertiefung zur Aufnahme von Biomaterial- oder Gewebeproben, um diese im Anschluss der definierten Scherströmung auszusetzen.

Die Dichtungsscheibe (6) der erfindungsgemäßen Kammer ist austauschbar. Damit kann die Aussparung (5') der Dichtungsscheibe (6) frei gestaltet und die Stärke der Dichtungs scheibe (6), die die Höhe des Strömungskanals definiert, bestimmt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält die Oberfläche des Strö mungskanals wenigstens einen elektrischen Sensor.

Die Merkmale der Erfindung gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Kombinationen vorteilhafte schutzfähige Ausführungen darstellen, für die mit dieser Schrift Schutz beantragt wird. Die Kombination besteht aus bekannten (Kammern für die Kultivierung, lokale Perfusion und mikroskopische Beobachtung) und neuen Elementen (rechteckiger Strömungskanal und neuartiger Festspannmechanismus am Kammerkorpus), die sich gegenseitig beeinflussen und in ihrer neuen Gesamtwirkung einen Gebrauchsvor teil und den erstrebten Erfolg ergeben, der darin liegt, dass - bei gleichzeitiger Vermeidung von Undichtigkeiten - die leichte Handhabung und Variabilität des Strömungskanals, der zugleich mit hoher Vergrößerung mikroskopisch beobachtet werden kann, ermöglicht wird.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, ohne auf dieses Beispiele beschränkt zu sein.. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf die komplett montierte Strömungskammer gemäß der Erfin dung;

Fig. 2 eine Seitenansicht auf die komplett montierte Strömungskammer;

Fig. 3 eine seitliche Röntgendarstellung des Kammergehäuses mit aufliegender Dich tungsscheibe;

Fig. 4 eine Draufsicht auf die die Dichtung tragende Seite des Kammergehäuses;

Fig. 5 eine Draufsicht auf die rückwärtige Seite des Kammergehäuses;

Fig. 6 eine Draufsicht auf den ungespannten Überwurf-Federarretierungsring.

Die in den Figuren allgemein mit 1 bezeichnete Strömungskammer besteht im wesentli chen aus einem scheibenförmigen Korpus 1 aus einem geeigneten Kunststoff. Der Korpus 1 ist einteilig aufgebaut und weist zwei radiale, direkt gegenüberliegende Boh rungen 2, 2' bestimmter Tiefe auf, die über die angeflanschten Schlauchadapter 3, 3' glei cher Bohrung der Medienzu- und ableitung für den Strömungskanal 5 dienen. Die Bohrun gen 2, 2' sind endseitig über die koaxial angebrachten Bohrungen 4, 4' direkt mit der Ober seite des Korpusses 1 verbunden. Die Seitenwände des Strömungskanals 5 werden durch die planparallele, bis zu den Bohrungen 4, 4' führende Aussparung in der Dichtungsscheibe 6 erzeugt. Der Strömungskanal 5 besitzt einen rechteckigen Querschnitt, um definierte Scherspannungen erzeugen zu können, und weist eine Höhe von ca. 0,25 mm auf. Der Strömungskanal 5 wird durch Auflegen der einseitig mit adhärenten Zellen bzw. Geweben beschichteten Kunststoffscheibe 7 geschlossen, wobei der notwendige Anpressdruck über den Überwurf-Federarretierungsring erzeugt wird. Der Anpressdruck des am Korpus 1 mittels der vorgespannten, symmetrisch am Außenrand des Überwurf- Federarretierungsrings 8 vorhandenen Federzungenpaare 10, 10' arretierten Überwurf- Federarretierungsrings 8 wird über die vorgespannten, symmetrisch am Innenrand des Überwurf-Federarretierungsrings 8 vorhandenen Federzungen 9 auf die Kunststoffscheibe 7 übertragen und bewirkt dadurch eine sichere Abdichtung des Strömungskanals 5. Die in Fig. 2 deutlich gemachte Vorspannung der Federelemente 9, 10, 10' wird über ein Formwerkzeug erzielt, wobei - ausgehend von der in Fig. 6 ausgeführten Urform des Überwurf-Federarretierungsrings - die Federzungen 9 in einen Anstellwinkel von < 90°, die Führung der Federzungenpaare 10, 10' in einen Winkel von 90° sowie die Federzungen paare 10, 10' bezüglich ihrer Führung in einen Winkel von < 270° gebracht werden.

Bezugszeichenliste

1

Korpus

2

,

2

' Bohrung

3

,

3

' Schlauchadapter

4

,

4

' Bohrung

5

Strömungskanal

5

' Planparallele Aussparung in der Dichtungsscheibe

6

Dichtungsscheibe

7

Kunststoffscheibe

8

Überwurf-Federarretierungsring

9

Federzunge zur Übertragung des Anpressdrucks auf die Kunststoffscheibe

7

10

,

10

' Federzungenpaar zur Arretierung des Überwurf-Federarretierungsrings am Gehäuse

1

Claims

1. Kammer mit einem mikroskopierfähigen Strömungskanal (5) zur Perfusion von adhären ten Zell- und Gewebekulturen unter definierten Strömungsbedingungen, bestehend aus ei nem runden Kammerkorpus (1), einer perforierten Dichtungsscheibe (6) und einer Kunst stoffscheibe (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsscheibe (6) eine planparallele Aussparung (5') aufweist, die einen im Querschnitt rechteckigen Strömungskanal (5) dar stellt, dessen Wände durch die Dichtungsscheibe (6), den Kammerkorpus (1) und die Kunststoffscheibe (7) gebildet werden, wobei die Kunststoffscheibe (7) mittels eines ex trem flachen vorgespannten Überwurf-Federarretierungsringes (8) auf dem mit der Dich tung (6) versehenen Kammerkorpus (1) fixiert wird.

2. Kammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der runde Kammerkorpus (1) zwei gegenüberliegende, radiale Bohrungen (2, 2') aufweist, die am jeweils distalen Ende mit einem Schlauchanschlussadapter (3, 3') für die Medienzu- und abfuhr bestückt sind und an ihrem proximalen Ende jeweils über senkrechte Bohrungen (4, 4') mit derselben planen Oberfläche des Kammerkorpusses (1) in Verbindung stehen.

3. Kammer nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die senkrechten Bohrun gen (4, 4') des Kammerkorpusses (1) innerhalb der Aussparung (5') positioniert sind.

4. Kammer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium über die Schlauchanschlussadapter (3, 3') zu- und abgeleitet wird.

5. Kammer nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffscheibe (7) einseitig mit adhärenten Zellen oder dünnschichtigen Geweben beschichtet ist.

6. Kammer nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen des rechteckigen Strömungskanals (5) von der mit adhärenten Zellen bzw. dünnschichtigen Geweben einseitig beschichteten Kunststoffscheibe (7), der gegenüberliegenden Oberflä che des Kammerkorpusses (1) sowie den Grenzflächen der planparallelen Aussparung der Dichtung (6) gebildet werden.

7. Kammer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kammerkorpus (1) aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit besteht.

8. Kammer nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kammerkorpus (1) beheizbar ist.

9. Kammer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zell- und Gewebekul turträger (7) austauschbar ist.

10. Kammer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwurf- Federarretierungsring (8) austauschbar ist.

11. Kammer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsscheibe (6) austauschbar ist.

12. Kammer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die den Kanalboden bil dende Oberfläche des Kammerkorpusses (1) eine Vertiefung zur Aufnahme von Biomate rial- oder Gewebeproben aufweist, um diese im Anschluss der definierten Scherströmung auszusetzen.

13. Kammer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (5') der Dichtungsscheibe (6) frei gestaltet ist.

14. Kammer nach Anspruch 1 bis 6 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke der Dichtungsscheibe (6) die Höhe des Strömungskanals bestimmt.

15. Kammer nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberfläche des Strömungskanals wenigstens ein elektrischer Sensor aufgebracht ist.

16. Verwendung der Kammer nach Anspruch 1 bis 15 zur mikroskopischen Untersuchung von Zell- und Gewebekulturen unter definierten Strömungsbedingungen.

17. Verwendung der Kammer nach Anspruch 1 bis 16 zur Erzeugung definierter Scher spannungen.