DE102005001747A1

DE102005001747A1 - Kultur-System für luminale Strukturen

Info

Publication number: DE102005001747A1
Application number: DE102005001747A
Authority: DE
Inventors: Katharina Lorenz-Minuth
Original assignee: MINUCELLS AND MINUTISSUE VERTR; MINUCELLS AND MINUTISSUE VERTRIEBS GmbH
Current assignee: MINUCELLS AND MINUTISSUE VERTR; MINUCELLS AND MINUTISSUE VERTRIEBS GmbH
Priority date: 2004-12-21
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2006-07-06

Abstract

Bei einem Kultur-System für röhren- oder schlauchförmige Strukturen mit einem Behälter, der wenigstens eine durch ein Verschließelement verschließbare Kammer bildet, sowie mit wenigstens einem ersten Anschluss zum Anschließen einer in der Kammer untergebrachten Struktur an eine äußere Verbindung zum Zuführen und/oder Abführen eines gasförmigen oder flüssigen Mediums in die bzw. aus der Struktur ist der wenigstens eine erste Anschluss als ein von dem Behälter getrenntes Element in den Behälter einsetzbar bzw. aus diesem herausnehmbar.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1.
Unter „Struktur" sind im Sinne der Erfindung allgemein Gewebe, Gewebestrukturen, Strukturen aus mehreren Geweben oder Gefäße zu verstehen.
Unter „luminale Geweben oder Strukturen" sind im Sinne der Erfindung allgemein schlauch- oder röhrenförmige oder andere lumenartige Strukturen zu verstehen.

Teile des tierischen und menschlichen Organismus bestehen aus röhrenförmigen Strukturen. Dazu gehören z. B. Arterien, Venen und Lymphgefäße, die Trachea als luftführende Strasse oder Teile des Verdauungssystems wie der Ösophageus, Magen sowie der Dünn- und Dickdarm. Dabei handelt es sich um röhren- bzw. um sackförmige Gebilde, die aus einem Lumen, einer Wand und einem umgebenden Hüllgewebe bestehen. Weitere Beispiele wären der Harnleiter, die Harnblase, die Harnröhre oder die Tube. In jedem Fall handelt es sich um komplexe Strukturen, die aus ganz unterschiedlichen Geweben aufgebaut sind.

Alle genannten Strukturen können erkranken. Im schlimmsten Fall müssen sie entfernt, therapeutisch durch regenerative Maßnahmen erneuert und durch künstliche Gewebekonstrukte ersetzt werden. Tatsache ist, dass die Mechanismen zur Entstehung dieser Strukturen in den meisten Fällen unbekannt sind. Aus diesem Grund bereitet die Herstellung von funktionellen Gewebekonstrukten unter in vitro Bedingungen in diesem Bereich auch erhebliche Schwierigkeiten. Neben den genannten biomedizinischen Problemen fehlen zudem geeignete technische Vorrichtungen, um diese Strukturen unter Kulturbedingungen für das Testen von Pharmaka oder bei Untersuchungen zur chronischen Intoxikation optimal am Leben zu erhalten oder um sie Schritt für Schritt im Rahmen des Tissue Engineerings aufzubauen.

Bei der Kultur bzw. beim Aufbau von röhrenförmigen Strukturen müssen besondere Gegebenheiten berücksichtigt werden. Im Lumen (luminal), in der Wand und in der Außenschicht (basal) werden ganz verschiedene Gewebe und Milieubedingungen vorgefunden. Dabei handelt es sich um physiologische Grenzschichten mit unterschiedlichen Flüssigkeiten, Gasen, Stoffwechselmetaboliten sowie besonderen hydrostatischen und rheologischen Gegebenheiten. Dies bedeutet, dass alle diese Strukturen unter natürlichen Bedingungen in einem physiologischen Gradienten vorkommen. Dies muss bei der Kultur und Herstellung im Bereich des Tissue engineering von röhrenförmigen Strukturen des Organismus berücksichtigt werden. Auch beim Testen von Substanzen im pharmakologisch/toxikologischen Bereich, bei der Untersuchung von Umwelteinflüssen werden deshalb möglichst realitätsnahe in vitro Bedingungen sowie eine technisch möglichst einfache Handhabung für die Kultur von röhrenförmigen Strukturen in einem Milieugradienten benötigt. Dazu gehören das problemlose Einlegen der röhrenförmigen Strukturen in einen Kulturbehälter sowie eine luminale und basale Durchströmung mit Medium während der Kulturdauer. Die jeweiligen Medien sollen dabei die natürlichen Umgebungsbedingungen wie z. B. Blut/Serum (Gefäße), Luft/Blut (Trachea), Urin/ Blut (Harnblase, Ureter, Urethra) oder Nahrung/Blut (Ösophageus, Magen, Darm) simulieren.

Für die Kultur von Epithelien und Blutgefäßen ist z. B. bekannt, diese unter Perfusionsbedingungen in einem luminalen/basalen Gradienten zu halten. Verwendet werden hierzu Gehäuse oder Behälter (Container), welche Öffnungen oder Anschlüsse für ein ein- und ausströmende Kulturmedium besitzen. Über diese Anschlüsse kann dann eine im Behälter angeordnete Struktur (Gefäß) auf seiner basalen Seite mit dem Kulturmedium versorgt werden. Zum Anbringen der Struktur im Behälter sind dort weitere Anschlüsse vorgesehen, die im Inneren des Behälters bzw. in der von dem Behälter gebildeten Kammer Stutzen bilden, an denen die Struktur durch Aufschieben befestigt und dann durch Umwickeln des aufgeschobenen Endes mit einem Faden fixiert werden kann. Ist eine physiologische funktionelle Verbindung zwischen den Stutzen und den beiden Enden der Struktur geschaffen, so können die Struktur sowie der diese aufnehmende Innenraum (Kammer) ohne eine Durchmischung mit Kulturmedien separat durchströmt werden bzw. die Struktur sowohl auf der luminalen als auch auf der basalen Seite mit den unterschiedlichen Kulturmedium durchströmt bzw. umströmt werden.

Diese bekannten Behälter besitzen erhebliche Nachteile. Ein wesentlicher Nachteil ist die erforderliche, umständliche Manipulation im Inneren des Kulturbehälters. Die rohrförmige Struktur, z. B. das entsprechende Gefäß muss in einem räumlich sehr begrenzten Innenraum des Behälters mit beiden Enden auf jeweils einem Anschlussstutzen befestigt werden. Allein aus manuellen oder manipulatorischen Gründen sind hierbei Verletzungen der Struktur bzw. des Gefäßes vielfach nicht zu vermeiden, die (Verletzungen) später ein getrenntes luminales/basales Durchströmen mit unterschiedlichen Kulturmedien unmöglich machen.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil besteht in der fehlenden Variabilität, und zwar bedingt dadurch, dass die Anschlussstutzen für die Befestigung der jeweiligen Struktur in der Kammer bzw. im Innenraum des Behälters einen fest vorgegebenen gegenseitigen Abstand aufweisen sowie auch einen fest vorgegebenen Durchmesser besitzen. Hierdurch kann einer unterschiedlichen Länge der Strukturen nicht oder aber nur sehr bedingt Rechnung getragen werden. Weiterhin ist es nicht oder nur sehr umständlich möglich, bekannte Behälter für solche Strukturen zu verwenden, die eine von dem Durchmesser der Anschlussstutzen deutlich abweichenden Durchmesser aufweisen.

Ein weiterer wesentlicher Nachteil bekannter Systeme bzw. Behälter besteht in ihrer geringen Kompatibilität, d. h. mikroskopisch kleine Strukturen, wie z. B. Arteriolen oder embryonale Darmrohre können mit dieser bisherigen Technik nicht untersucht werden, da die Konstruktion bisheriger Behälter die Befestigung derartiger Strukturen im mikroskopischen Bereich nicht erlaubt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein System aufzuzeigen, welches diese Nachteile vermeidet und neue und wesentlich verbesserte technische Voraussetzung für die Kultur von luminalen Strukturen unterschiedlichster Art schafft. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein System entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet.

Ein wesentlicher Unterschied des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, dass die die Anschlüsse zum Anschließen der luminalen Struktur nicht fest am Behälter bzw. an dessen Wandung vorgesehen sind, sondern aus dem Behälter entnehmbare Anschlüsse sind, auf die die jeweilige Struktur aufschiebbar und beispielsweise durch einen Ring fixierbar ist, wobei dann die beispielsweise mit äußeren Schlauchleitungen zum Zuführen und Abführen des luminalen Kulturmediums versehenen Anschlüsse und/oder diese Schlauchleitungen mit der an dem bereits Anschluss befestigten Struktur in den Behälter eingelegt und dieser dann verschlossen wird, d. h. das Befestigen der luminalen Struktur erfolgt außerhalb des Behälters und kann somit wesentlich einfacher und auch ohne Verletzungen der Struktur durchgeführt werden.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 in vereinfachter Darstellung und im Schnitt einen Behälter des erfindungsgemäßen Systems;
2 eine Draufsicht auf den geöffneten Behälter der 1;
3 in verschiedenen Positionen a–d die Schritte der Befestigung einer röhrenförmigen Struktur an einem Anschlussstück oder Anschlussstutzen;
4 einen in den Behälter einsetzbaren Gewebeträger mit der an den Anschlüssen befestigten Struktur sowie mit äußeren Anschlussschläuchen vor dem Einsetzen in den Behälter der 1 und 2;
5 und 6 jeweils eine Draufsicht auf einen Behälter, zusammen mit einem in diesen Behälter eingesetzten Gewebeträger, bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung;
7 und 8 jeweils Schnitte durch einen Behälter gemäß der Erfindung bei unterschiedlich langen, in der Kammer des Behälters untergebrachten Strukturen;
9 einen Schnitt durch den Behälter der 7 und 8.
In den 1 und 2 ist 1 ein Behälter bestehend aus einem Unterteil 2 und einem verschließbaren Deckel 3. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Behälter 1 quaderförmig ausgebildet. Er kann aber auch jede beliebige Formgebung aufweisen. Im Inneren bildet der Behälter 1 einen Innenraum bzw. eine Kammer 4.
In die Kammer 4 münden zwei erste Anschlüsse 5 und 6 zum Zuführen bzw. Abführen eines die Kammer 4 durchströmenden ersten Kulturmediums über äußere, an die Anschlüsse 5 und 6 angeschlossene Schlauchleitungen 7 bzw. 8.
Mit 9 ist allgemein ein Gewebeträger bezeichnet, der bei der dargestellten Ausführungsform aus zwei voneinander beabstandeten Anschlusselementen 10 und 11 sowie aus einem diese beiden Anschlusselemente 10 und 11 miteinander verbindenden Abstandhalter 12 besteht. Zur Einstellung des Abstandes zwischen den Anschlusselementen 10 und 11 ist z. B. der Abstandhalter 12 in seiner Länge einstellbar. Die Anschlusselemente 10 und 11, die bei dieser Ausführungsform achsgleich zueinander angeordnet sind, sind an ihren einander abgewandten Enden jeweils mit einer Schlauchleitung 13 bzw. 14 verbunden, die zum Zuführen bzw. Abführen eines die jeweilige luminale Struktur 15 luminal durchströmenden Kulturmediums dienen.
Die Anschlusselemente 10 und 11 sind bei der dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen hülsenförmig ausgebildet, und zwar mit einer durchgehenden Hülsenöffnung und mit einem Hülsenabschnitt mit größerem Durchmesser und einem Hülsenabschnitt mit reduziertem Durchmesser, mit dem das betreffende Anschlusselement 10 bzw. 11 an der zugehörigen Schlauchleitung 13 bzw. 14 befestigt ist.
Die Anschlüsse umfassen weiterhin jeweils ein Verbindungselement 16 mit Anschlussstutzen 17 und sind ebenfalls hülsenartig mit durchgehender Hülsenöffnung ausgebildet und wiederum mit einem Hülsenabschnitt mit größerem Durchmesser und einem Hülsenabschnitt mit reduziertem Durchmesser, der den Anschlussstutzen 17 bildet und mit dem das jeweilige Verbindungselement 16 an einem Ende der Struktur 15 befestigt wird.
Die 3 zeigt in den Positionen a–d schematisch die verschiedenen Schritte der Befestigung eines Endes der Struktur 15 an einem Verbindungselement 16 bzw. am dortigen Anschlussstutzen 17. Hierzu wird zunächst auf das Ende der Struktur 15 ein elastischer Fixierring 18 aufgeschoben (Positionen a und b). Anschließend wird das Ende der Struktur auf den betreffenden Anschlussstutzen 16 bzw. 17 aufgeschoben (Position c) und dann dieses Ende an dem Anschlussstutzen 17 durch Aufschieben des Ringes 18 fixiert. Die so mit dem Verbindungselement 16 versehenen Enden werden dann durch Einführen der Verbindungselemente 16 bzw. der Hülsenabschnitte mit dem größeren Durchmesser in die Anschlusselemente 10 und 11 an dem Gewebeträger 9 fixiert und mit den Schlauchleitungen 13 und 14 verbunden. Im Anschluss daran wird der Gewebeträger 9 von oben her in den geöffneten Behälter 1 eingesetzt, und zwar derart, dass die beiden aus einem gummielastischen Material bestehenden Schlauchleitungen 13 und 14 jeweils in einer muldenartigen Vertiefung 19, die an gegenüberliegenden Seiten des Randes des Unterteils 2 gebildet sind und einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen, zu liegen kommen und sich der Gewebeträger 9 mit der an diesem vorgesehenen Struktur 15 in der Kammer 4 befindet. Im Anschluss daran wird der Behälter 1 durch Aufsetzen und entsprechendes Fixieren des Deckels 3 geschlossen. Der Deckel 3 besitzt dabei ebenfalls einen umlaufenden Rand, in welchem zwei den muldenartigen Vertiefungen 19 entsprechende Vertiefungen vorgesehen sind, sodass bei geschlossenem Behälter die beiden Schlauchleitungen 13 und 14 abgedichtet aus der Kammer 4 herausgeführt sind. In den muldenförmigen Vertiefungen 19 des Unterteils 2 und des Deckels 3 sind die Schlauchleitungen 13 und 14 passgenau aufgenommen, sodass die angestrebte dichte Durchführung erzielt ist. Durch eine in sich geschlossene Ringdichtung 20 ist weiterhin dafür gesorgt, dass bei geschlossenem Behälter auch ein dichter Abschluss zwischen Unterteil und Deckel gewährleistet ist.
Die beschriebene Ausführung hat den Vorteil, das die jeweilige Struktur 15 außerhalb der Kammer 4 an den Verbindungselementen 16 befestigt werden kann, die dann ihrerseits durch einfaches Einschieben mit den Anschlusselementen 10 und 11 bzw. mit den Schlauchleitungen 13 und 14 verbunden werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind für das im Wesentlichen aus dem Behälter 1 und dem Gewebeträger 9 bestehenden Systeme unterschiedliche Verbindungselemente 16 vorgesehen, und zwar mit unterschiedlichem Durchmesser der Anschlussstutzen 17 und mit entsprechenden passenden Ringen 18, sodass unter Beibehaltung der übrigen Funktionselemente des Systems, insbesondere auch unter Beibehaltung der Anschlusselemente 10 und 11 eine sehr einfache Anpassung an unterschiedliche Durchmesser der röhrenförmigen Strukturen 15 ist. Die Ringe 18 besitzen jeweils einen inneren Ringdurchmesser, der gleich oder geringfügig kleiner ist als der Außendurchmesser des Anschlussstutzens 17 des Verbindungselementes 16.
Als Verbindungselement 16 eignet sich beispielsweise ein Luerverbinder männlich mit einem Schlauchanschlussdurchmesser von 1,6 mm, d. h. mit einem Außendurchmesser des Anschlussstutzens 17 von 1,6 mm, auf den dann beispielsweise eine Struktur 15 mit einem Innendurchmesser von 1,7 mm aufgeschoben bzw. aufgezogen werden kann. Der Fixierring 18 bzw. eine entsprechende elastische Manschette besitzt dann einen Innendurchmesser von 1,6 mm.
Da der Innendurchmesser des Ringes 18 gleich oder gegebenenfalls auch minimal größer ist als der Außendurchmesser des Anschlussstutzens 17, wird die aufgeschobene oder gezogene Struktur 15 primär durch eine Klemmwirkung an dem Verbindungselement 16 gehalten. Sekundär wird aber angestrebt, dass das Gewebe der Struktur 15 an dieser Stelle mit dem Ring 18 sowie mit dem Stutzen 17 verwächst. Bei Bedarf kann die Verbindung auch unter Verwendung eines gewebefreundlichen Materials verklebt werden.
Für die Anschlusselemente 10 und 11 eignet sich beispielsweise jeweils ein Lueranschluss weiblich, der zur Aufnahme des jeweiligen, das Verbindungselement 16 bildenden Lueranschlusses mit einem Außendurchmesser von 2,3 mm geeignet ist. Die an den Anschlusselementen 10 und 11 durch Aufstecken befestigten Schlauchleitungen 13 und 14 sind beispielsweise von jeweils einem Silikonschlauch mit einem Innendurchmesser von 2 mm und einem Außendurchmesser von 6 mm gebildet.
Nach dem Verschließen des Behälters 1 ist eine getrennte luminale bzw. basale Durchströmung bzw. Umströmung der Struktur 15 mit unterschiedlichen, sich nicht vermischenden Medien möglich, und zwar basal über die Anschlüsse 5 und 6 beispielsweise mit einem die Struktur 15 ernährenden Medium und über die Schlauchleitungen 13 und 14 mit einem weiteren Medium.
Bei der beschriebenen Ausführungsform dienen die Schlauchleitungen 13 und 14 zugleich zur Abdichtung der Kammer 4 an den Durchtrittsstellen dieser Schlauchleitungen. Über die Anschlusselemente 10 und 11 sowie die Verbindungselemente 16 wird eine leicht herzustellende und wieder zu lösende Verbindung bzw. Kopplung zwischen der Struktur 15 und dem zuführenden bzw. abführenden Schlauchsystem für die luminale Versorgung bzw. Durchströmung erreicht. Durch die einstellbare Länge des Abstandhalters 12 ist der Gewebeträger 9 problemlos an unterschiedliche Längen der Struktur 15 anpassbar, wobei unterschiedliche Längen der Struktur 15 bzw. unterschiedliche Abstände zwischen den Anschlusselementen 10 und 11 bei unterschiedlichen Längen der Struktur 15 dadurch ausgeglichen werden, dass wenigstens eine Schlauchleitung 13 bzw. 14 mehr oder weniger weit in die Kammer 4 hineinreicht. Um bei der Handhabung des Gewebeträgers 9, beispielsweise beim Einsetzen oder Entnehmen des Gewebeträgers 9 in bzw. aus dem Behälter 1 eine Beschädigung, beispielsweise ein Zerreißen der eventuell fragilen Struktur 15 zu vermeiden, sind bei der dargestellten Ausführungsform am Abstandhalter 12 zusätzlich reiterartige Abstützelemente 21 vorgesehen, die auch in Längsrichtung des beispielsweise schienenartig ausgeführten Abstandhalters 12 verschiebbar sind. Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, anstelle einer Längenverstellung des Abstandhalters 12 wenigstens eines der Anschlusselemente 10 bzw. 11 axial verschiebbar an dem Abstandhalter 12 vorzusehen.
Die 5 zeigt in sehr vereinfachter Teildarstellung eine Ausführungsform, bei der die Abdichtung der Kammer 4 bei geschlossenem Behälter 1 im Bereich der Zuführung bzw. Abführung des die Struktur 15 basal durchströmenden Mediums nicht durch die jeweilige Schlauchleitung 13 bzw. 14 erfolgt, sondern durch das betreffende Anschlusselement 10.1 bzw. 11.1, welches von seiner grundsätzlichen Funktion her dem Anschlusselement 10 bzw. 11 entspricht, bei dem jedoch der Abschnitt mit dem größeren Hülsendurchmesser eine größere axiale Länge aufweist, sodass der an unterschiedliche Längen der Strukturen 15 angepasste Abstand zwischen den Anschlusselementen 10.1 und 11.1 mit den Anschlusselement 10.1 bzw. 11.1 ausgeglichen werden kann. Auch bei dieser Ausführungsform wird der Gewebeträger 9 nach dem Verbinden der Struktur 15 über die Verbindungselemente 16 von oben her in den geöffneten Behälter 1 eingesetzt.
Die 6 zeigt in einer Darstellung ähnlich 2 eine weitere mögliche Ausführungsform, bei der der die Anschlusselemente 10 und 11 aufweisende und dem Gewebeträger 9 entsprechende Gewebeträger 9a so ausgebildet ist, dass die beiden Schlauchleitungen 13 und 14 zum Zuführen und Abführen des luminalen Kulturmediums an einer gemeinsamen Seite aus dem geschlossenen Behälter 1 herausgeführt sind. Dieser weist für diesen Zweck am Unterteil 2 sowie am Deckel 3 jeweils an der betreffenden Seite zwei muldenartige Vertiefungen 19 auf. Die über zwei Verbindungselemente 16 mit den Anschlusselementen 10 und 11 und damit mit den Schlauchleitungen 13 und 14 verbundene Struktur 15 ist beispielsweise gefaltet oder gewendet in der Kammer 4 aufgenommen. Auf diese Weise können problemlos und ohne die Notwendigkeit einer Änderung des Abstandes zwischen den Anschlusselementen 10 und 11 Strukturen 15 unterschiedlichster Länge in der Kammer 4 untergebracht werden.
Die 7 zeigt in einer Darstellung ähnlich 1 als weitere, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung einen Behälter 1b, der sich von dem Behälter 1 insbesondere dadurch unterscheidet, dass der Innenraum bzw. die Kammer 22 dieses Behälters von einer kreiszylinderförmigen Ausnehmung gebildet ist, die an zwei einander gegenüberliegenden Seiten 23 und 24 des Behälters 1b offen ist und die je zur Hälfte in dem Unterteil 25 und in dem Oberteil bzw. Deckel 26 ausgebildet ist, und zwar jeweils als rinnenartige Vertiefung mit halbkreisförmigem Durchmesser. Zwischen den beiden Enden weißt die Ausnehmung bzw. Kammer 22 im Deckel 26 eine domartige Erweiterung 22.1 mit reduziertem Durchmesser auf, die mit dem Anschluss 6 zum Abführen des basalen Kulturmediums in Verbindung steht. Im Unterteil 25 ist ein parallel zu der Kammer 22 verlaufender Zuführ- oder Verteilerkanal 27 gebildet, der mit dem Anschluss 5 zum Zuführen des basalen Kulturmediums in Verbindung steht und über eine Vielzahl von Öffnungen 28 mit der Kammer 22. Im einfachsten Fall ist der Kanal 27 mit den Öffnungen 28 dadurch gebildet, dass am Boden der Kammer 22 im Unterteil 25 eine nutenartige Vertiefung vorgesehen ist, die dann zur Kammer 22 hin durch ein siebartiges, die Öffnungen 28 bildendes Element abgedeckt ist.
Der Durchmesser der Kammer 22 ist etwas kleiner als der Außendurchmesser der zum Zuführen des luminalen Kulturmediums dienenden Schlauchleitung 13.
Die beiden über die Verbindungselemente 16 und die Anschlusselemente 10 bzw. 11 mit der jeweiligen Struktur 15 verbundenen Schlauchleitungen 13 und 14 werden von oben her in das Unterteil 25 des geöffneten Behälters 1b derart eingesetzt, dass die Schlauchleitung 14 aus dem Ende 24 und die Schlauchleitung 13 aus dem Ende 23 des Behälters 1b herausgeführt ist, die Schlauchleitung 13 dabei entsprechend der Länge der jeweiligen Struktur 15 mehr oder weniger weit in die Kammer 22 hineinreicht und dabei mit seiner in die Kammer 22 hineinreichenden Länge mehr oder weniger Öffnungen 28 abdeckt, sodass tatsächlich nur die zum basalen Umströmen der Struktur 15 benötigten Öffnungen 28 frei liegen, während die übrigen Öffnungen 28 durch die Schlauchleitung 13 abgedeckt sind.
Auf diese Weise wird auch das Totvolumen der Kammer 22 möglichst gering gehalten. Durch die domartige Erweiterung 22.1 besteht die Möglichkeit, dass mit dem Kulturmedium mitgeförderte Gasblasen oder bei der Kultivierung entstehende Gasblase sich in dieser domartigen Erweiterung 22.1 sammeln können, damit diese Gasblasen dann mit dem Kulturmedium ohne Schädigung der Struktur 15 bzw. des Gewebes abgeführt werden können.
Wie in den 7 und 8 dargestellt, wird das basale Kulturmedium über den Anschluss 5 am niedrigsten Punkt zugeführt und an dem Anschluss 6 an dem höchsten Punkt der Kammer 22 entnommen.
Auch bei dieser Ausführungsform besitzen die Schlauchleitungen 13 und 14 beispielsweise wiederum einen Außendurchmesser von etwa 6 mm und einen Innendurchmesser von 2 mm, sodass entsprechend der Durchmesser der Kammer 22 ohne Berücksichtigung des domartigen Abschnittes 22.1 etwas geringer als 6 mm ist.
Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne das dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.
So ist es beispielsweise möglich, den jeweiligen Behälter so auszubilden, dass mehrere Strukturen in einer gemeinsamen Kammer oder aber in getrennten Kammern betrieben werden können. Weiterhin besteht die Möglichkeit, den jeweiligen Behälter so auszubilden, dass er für eine Mikroskopie geeignet ist, beispielsweise durch die Herstellung des betreffenden Behälters zumindest teilweise aus einem transparenten Material, wie Glas. Weiterhin besteht die Möglichkeit, das System so auszubilden, dass die jeweilige Struktur an mehr als 2 Enden bzw. Bereichen angeschlossen werden kann. Ein Beispiel für einen Anschluss an mehreren Enden wäre der Anschluss an eine sich entwickelnde Lunge. Diese wird am Organhilusbereich über wenigstens drei verschiedene rohrförmige Strukturen versorgt.
Dazu gehören die Arteria pulmonalis, die Vena pulmonalis sowie der Bronchus. Mit dem erfindungsgemäßen System können dann sowohl die Gefäße als auch durch einen weiteren Kanal der Bronchus angeschlossen werden. Über die Gefäßstrukturen kann blutersetzendes Medium und über den Bronchus Atemgas zugeführt werden. Der weitere Vorteil besteht dann darin, dass z. B. über die zuführenden Wege pulsatil oder kontinuierlich durchströmt werden kann, während über den luftführenden Weg des Bronchus Atemgas in einer Inspirations- und Expirationsbewegung zugeführt werden kann.
Im Bereich des Tissue Engineerings werden Gewebekonstrukte hergestellt. Ab einer bestimmten Dicke kann sich allerdings das generierte Gewebe nicht mehr weiter entwickeln, da keine notwendige Kapillarisierung ausgebildet wird und kein Anschluss an eine artifizielle Blutversorgung vorhanden ist.
Dieses Problem kann mit dem erfindungsgemäßen System in optimaler Weise gelöst werden. Dazu wird ein Gefäß mit einem anhängendem Kapillargebiet an nur einen Anschluss angeschlossen. Dann wird der Gefäßlappen auf ein Gewebekonstrukt gelegt, der sich im Inneren des Behälters befindet. Über den einzigen Anschluss wird eine luminale Mediumperfusion durchgeführt, um das Gefäßnetz bzw. den Gefäßlappen und das Gewebekonstrukt zur weiteren Entwicklung anzuregen. Die luminale Perfusion läuft im Gefäßbett. Die basale Perfusion über den weiteren Anschluss versorgt die Außenseite des Gefäßes sowie das entstehende Gewebekonstrukt. Primär verlaufen beide Perfusionen beim Einstrom in den Behälter getrennt voneinander. In Abhängigkeit vom Ausbreiten des Kapillarsystems werden sich beide Medien dann im Inneren des Gewebes miteinander vermischen. Das Medium wird schließlich über einen gemeinsamen Abfluss bzw. Anschluss aus dem Behälter abgeführt.
Anwendungen für das erfindungsgemäße System sind:

– Generierung von Zellen, Geweben oder Organoiden in Verbindung mit röhrenförmigen oder schlauchförmigen Strukturen beim Tissue Engineering
– Kultur von röhrenförmigen Strukturen in einem Gradienten
– Untersuchungen zur Entwicklung von röhrenförmigen Strukturen
– Testen von Biomaterialien wie z. B. Membranen oder Scaffolds im Langzeitversuch von röhrenförmigen Strukturen
– Testen von Medikamenten oder Drogen unter realitätsnahen Bedingungen von röhrenförmigen Strukturen
– Toxikologische Untersuchungen, chronische Intoxikation von röhrenförmigen Strukturen
– Testen von Umwelteinflüssen im Langzeitversuch von röhrenförmigen Strukturen
– Testen von akuten und chronischen Krankheitsverläufen

Alle diese Untersuchungen können durchgeführt werden bei einer luminalen und basalen Durchströmung mit Medium, d. h. unter Gradientenkulturbedingungen.

1, 1a, 1b: Behälter
2: Behälterunterteil
3: Behälteroberteil
4: Kammer
5, 6: Anschluss
7, 8: Anschluss- oder Schlauchleitung
9, 9a: Gewebeträger
10, 11: Anschluss
12: Abstandhalter oder Träger
13, 14: Anschluss- oder Schlauchleitung
15: Struktur
16: Verbindungselement
17: Anschlussstutzen
18: Ring
19: Vertiefung
20: Dichtung
21: Abstützelement
22: Kammer
23, 24: Ende
25: Behälterunterteil
26: Behälteroberteil
27: Verteilerkanal
28: Verteileröffnung

Claims

Kultur-System für luminale Strukturen, mit einem Behälter (1, 1a, 1b), der wenigstens eine durch ein Verschließelement (3) verschließbare Kammer (4, 22) bildet, sowie mit wenigstens einem ersten Anschluss zum Anschließen einer luminalen und in der Kammer (4, 22) untergebrachten Struktur an eine äußere Verbindungsleitung (13, 14) zum Zuführen oder Abführen eines gasförmigen oder flüssigen Mediums in die bzw. aus der röhren- oder schlauchförmigen Struktur (15), dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Anschluss (10, 11, 16) als ein von dem Behälter getrenntes Element in den Behälter (1, 1a, 1b) einsetzbar bzw. aus diesem herausnehmbar ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1, 1a, 1b) aus einem Behälterunterteil (2) und einem Behälteroberteil oder Deckel (3) besteht, dass die wenigstens eine Kammer (4, 22) von einer Ausnehmung zumindest in dem Behälterunterteil (2, 25) gebildet ist, und dass der wenigstens eine erste Anschluss (10, 11, 16) zusammen mit der an diesem Anschluss befestigten Struktur (15) in den geöffneten Behälter einsetzbar ist.
System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Behälterunterteil (2, 25) und/oder im Behälteroberteil (3, 26) an einem Rand der wenigstens einen Kammer (4, 22) zumindest eine Vertiefung (19) oder Ausnehmung gebildet ist, in der eine mit dem ersten Anschluss (10, 11, 16) verbundene mit einer Teillänge in die Kammer (4, 22) hineinreichende äußere Leitung (13, 14) derart passend aufgenommen ist, dass bei geschlossenem Behälter die wenigstens eine Kammer (4, 22) an der Durchtrittsstelle der äußeren Leitung (13, 14) durch diese nach außen hin dicht verschlossen ist.
System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Behälterunterteil (2, 25) und/oder im Behälteroberteil (3, 26) an einem Rand der wenigstens einen Kammer (4, 22) eine Vertiefung (19) oder Ausnehmung gebildet ist, in der der teilweise in die Kammer (4, 22) hineinreichende und teilweise über die Außenseite des Behälters (1, 1a, 1b) vorstehende erste Anschluss (10.1, 11.1, 16) derart passend aufgenommen ist, dass die wenigstens eine Kammer (4, 22) an der Durchtrittsstelle des ersten Anschlusses (10.1, 11.1, 16) durch diesen nach außen hin dicht verschlossen ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens zwei erste Anschlüsse (10, 11, 16).
System nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei ersten an einander gegenüberliegenden Seiten der Kammer (4, 22) vorgesehen sind.
System nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei ersten Anschlüsse (10, 11, 10.1, 11.1, 16) an einer gemeinsamen Seite der wenigstens einen Kammer (4, 22) vorgesehen sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei ersten Anschlüsse (10, 11, 10.1, 11.1, 16) Teil eines in die wenigstens eine Kammer (4) einsetzbaren Gewebeträgers (9, 9a) sind.
System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei ersten Anschlüsse (10, 11, 10.1, 11.1, 16) an einem Träger oder Abstandhalter (12) vorgesehen sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der wenigstens zwei ersten Anschlüsse (10, 11, 16) einstellbar ist, beispielsweise durch entsprechende Einstellung des Trägers (12) und/oder durch Einstellung wenigstens eines Anschlusses (10, 11, 16) am Träger (12).
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Träger (12) zusätzliche Abstützelemente (21) für die Struktur (15) vorgesehen sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine erste Anschlusselement (10, 11, 10.1, 11.1, 16) einen Anschlussstutzen (17) bildet, auf dem die röhren- oder schlauchförmige Struktur durch Aufschieben oder Aufziehen und durch anschließendes Fixieren befestigbar ist, beispielsweise mit einem elastischen Ring oder einer elastischen Manschette (18).
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Kammer (22) als ein zumindest an einem Ende offener Kanal mit einem der äußeren Anschlussleitung (13, 14) entsprechenden Querschnitt ausgebildet ist, und dass bei geschlossenem Behälter (1b) der die Kammer (22) bildende Kanal an dem wenigstens einen offenen Ende durch den in die Kammer (22) eingelegte äußere Anschlussleitung (13, 14) verschlossen ist.
System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Anschlussleitung (13, 14) in Abhängigkeit von der Länge der Struktur (15) mit unterschiedlicher Länge in den die Kammer (22) bildenden Kanal hineinreicht.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1, 1a, 1b) wenigstens zwei mit der wenigstens einen Kammer (4, 22) in Verbindung stehende zweite Anschlüsse (5, 6) aufweist, und zwar zum Zuführen bzw. Abführen eines die Kammer (4, 22) durchströmenden und die wenigstens eine Struktur (15) basal umströmenden gasförmigen oder flüssigen Mediums.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zweiter Anschluss (6) über eine Erweiterung (22.1), die an der Oberseite der Kammer (22) gebildet ist, mit dieser Kammer in Verbindung steht.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zweiter Anschluss (5) am Unterteil (25) und wenigstens ein weiterer zweiter Anschluss (6) am Oberteil (2h) des Behälters (1b) vorgesehen ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein zweiter Anschluss (5) mit einer im Behälter (1b) oder im Behälterunterteil (25) ausgebildeten Verteilerkanal (27) in Verbindung steht, der über wenigstens eine Verteileröffnung (28) in die wenigstens eine Kammer (22) mündet.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine erste Anschluss zumindest zweiteilig ausgebildet ist, und zwar bestehend aus einem mit der äußeren Anschlussleitung verbindbaren Anschlusselement (10, 11, 10.1, 11.1) sowie aus einem mit diesem Anschlusselement lösbar verbundenen Verbindungselement (16), an welchem die jeweilige Struktur (15) befestigbar ist.
System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anpassung des ersten Anschlusses an Strukturen (15) unterschiedlicher Größe passend für ein und dasselbe Anschlusselement (10, 11, 10.1, 11.1) Verbindungselemente (16) unterschiedlicher Ausbildung und/oder Größe vorgesehen sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (16) den Anschlussstutzen (17) zum Befestigen bzw. Anschließen der röhren- oder schlauchförmigen Struktur (15) aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Anschlussleitungen (7, 8; 13, 14) Schlauchleitungen oder Schläuche aus einem Dauerelastischen Material, beispielsweise aus Silikon sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1, 1a, 1b) zumindest teilweise aus Metall oder Kunststoff gefertigt ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (1, 1a, 1b) zumindest teilweise aus einem durchscheinenden oder transparenten Material, beispielsweise aus einem transparenten oder durchscheinenden Kunststoff oder aus Glas gefertigt ist.