DE10348746A1

DE10348746A1 - Perfusions-Einrichtung

Info

Publication number: DE10348746A1
Application number: DE10348746A
Authority: DE
Inventors: Volker Dr. Kraus; Ronald Prof. Dr. Böcker
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-08-13
Filing date: 2003-08-13
Publication date: 2005-03-17

Abstract

Stoffwechselvorgänge können in Organismen nur unzureichend verfolgt werden. In der Toxikologie werden entweder Untersuchungen am Versuchstier, an Zellkulturen oder mikrosomalen Fraktionen vorgenommen. Untersuchungen am Versuchstier, wodurch dem Tier Schmerzen zugefügt werden, sind nach dem Tierschutzgedanken zu vermeiden. Untersuchungen an Zellkulturen haben gezeigt, dass einzelne stoffwechselrelevante Enzyme nicht über längere Zeit stabil sind. Mikrosomale Untersuchungen lassen zwar metabolische Reaktionen erkennen, jedoch kann keine Aussage hinsichtlich toxischer Effekte getroffen werden.
Die Perfusions-Einrichtung ermöglicht das Organ über mehrere Stunden mit stabilen stoffwechselrelevanten Enzymen vital zu halten. Damit können Stoffwechselprodukte "online" verfolgt werden und die Substanzeffekte können ohne Interaktionen in dem zu untersuchenden Organ beschrieben werden.
Aufklärung von Stoffwechselvorgängen in der Pharmakologie, Chemie, Biochemie und Toxikologie (spez. die Bereiche der präklinischen Untersuchungen).

Description

Die Erfindung betrifft eine Perfusions-Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Die in der Abbildung gezeigte Einrichtung besteht aus einem Vorratsgefäß (1) mit Wärmeaustauscher (7), einer Aufnahme für das isolierte Organ mit Temperaturregelung (9), einer Pumpe (3) und einer „künstlichen Lunge" (2) für den Gasaustausch, die die Perfusionsflüssigkeit mit notwendigen Sauerstoff anreichert.
Mit dieser Perfusions-Einrichtung lassen sich Messungen durchführen, bei der das Organ seinen eigenen, individuellen Durchfluß selber steuert. Es handelt sich nicht um eine sogenannte Kostant-Fluß-Bedingung. Der Druck kann durch das abgebildete Manometer (8) kontrolliert werden. Die Gesamte Einrichtung ist in einem einzigen Kreislauf eingebaut.
Sie dient der biochemischen, biomedizinischen, insbesondere der toxikologischen und pharmakologischen Untersuchung von in-vivo blutdurchflossenen Organen, die durch die Perfusion bei nahezu physiologischen Bedingungen mit verschiedenen experimentellen Methoden untersucht werden können.
Dazu wird das Organ (für kurzzeitige Experimente in-situ bzw. für Langzeituntersuchungen ex-vivo) nach der Sektion in eine Aufnahmevorrichtung eingebracht und mit der „arteriellen" Versorgungsleitung (12) verbunden. Der „venöse" Ablauf wird über ein Gefäß mit einer Pumpe und dem Reservoir verbunden. Damit wird die Saugleitung nicht direkt an das Organ angeschlossen und es kann sich somit kein Unterdruck im Organ einstellen. Nachdem das Reservoir höher steht, als das Organ, genügt der geodätische Höhenunterschied, um die Perfusionslösung in die künstliche Lunge zu befördern. In dieser wird dann der für das Organ benötigte Druck eingestellt. Dazu wird der Gasauslaß mittels Feinregulierventil (11) entsprechend eingestellt.
Mit Hilfe des Wärmeaustauschers (7) kann die Perfusionslösung aufgeheizt werden und üblicherweise im physiologischen Bereich gehalten werden. Nach dem Reservoir (1) wird die Lösung in einer künstlichen „Lunge" (2) mit einem Gemisch aus Sauerstoff und Kohlendioxid oder Sauerstoff angereichert. Die „künstliche Lunge" (2) besteht aus einem senkrecht stehendem Hohlzylinder und funktioniert im Gegenstromprinzip: von oben gelangt die Perfusionslösung in den Zylinder und läuft am konisch zulaufenden Boden zusammen und gelangt in die Versorgungsleitung. An der Wandseite des Zylinders kommt von unten das Gas bzw. Gasgemisch in den Zylinder und wird oben am Zylinder wieder entnommen. Das ausströmende Gas gelangt zu einem Reduktionsventil (11), mit dessen Hilfe jeder beliebige Innendruck in der künstlichen Lunge, und auch damit im perfundierten Organ eingestellt werden kann. Im Hohlzylinder der künstlichen Lunge befindet sich ein Schwimmer (5), der bei zu niedrigem Flüssigkeitsstand den konisch zulaufenden Boden abdichtet. Die Schwimmerwirkung gewährleistet gleichzeitig eine sichere Gasblasen-Abscheidung. Wäre diese nicht vorhanden, könnten Gasblasen durch die Versorgungsleitung (12) in das perfundierte Organ gelangen und wurden dort Embolien verursachen und somit dem Organ Schaden zufügen.
Der Flüssigkeitsstand in der „künstlichen Lunge" (2) wird über den Schwimmer (5) und einer Lichtschranke oder Induktionsschleife (6) kontrolliert und auf konstanter Höhe gehalten, indem das Einlassventil (10), dass sich zwischen Reservoir (1) und künstlicher Lunge (2) geschalten wird.
Die beschriebene Vorrichtung eignet sich sowohl für Messungen, bei denen das Organ einen eigenen Druck vorgibt, wie auch für Messungen, bei denen das Organ selber einen eigenen, physiologischen Durchfluß einstellt. Damit unterscheidet sich diese Perfusions-Einrichtung von anderen, bei denen dem Organ entweder ein apparativer Druck oder Durchfluß aufgezwungen wird.
Am afferenten Zugang (13) können zusätzliche Lösungen direkt in das Organ zugegeben werden. Am Ausgang befinden sich verschiedene physikalische Messstationen (14), durch die Substanzeffekte bzw. metabolische Vorgänge nachgewiesen werden.
Zitierte Nichtpatentliteratur:

Kraus, Volker (2001); Einsatz und Validierung eines neu entwickelten Perfusionssystems der isolierten Rattenleber: Testung hepatotoxischer Substanzen einschließlich der Wirkung polybromierter Flammschutzmittel. Dissertation, Universität Erlangen-Nürnberg.

Claims

Perfusionseinrichtung für isolierte Organe, umfassend mindestens ein Vorratsgefäß (Reservoir) (1) für das Perfusat, ein Begasungsgefäß (Gasaustausch und Anreicherung mit Sauerstoff) (2) und einer Pumpe (3), die das Perfusat in das Vorratsgefäß zurückbefördert.
Perfusionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die der Pumpe vorgeschaltete Leitung (4) die Rücklaufleitung ist.
Perfusionseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufleitung (4) zum Vorratsgefäß (1) führt.
Perfusionseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorratsgefäß (1) individuell wählbar mittels Thermostat (7) temperiert werden kann.
Perfusionseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Begasungsgefäß (2) am Auslass des Vorratsgefäßes (1) angebracht ist und in dem ein individuell wählbarer Druck eingestellt werden kann.
Perfusionseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflussmenge durch einen elektronisch gesteuerten Schwimmer (5, 6) im Begasungsgefäß (2), automatisch (durch das Organ selbst) gesteuert wird.
Perfusionseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Begasungsgefäß (2) gleichzeitig als Gasabscheider fungiert.
Perfusionseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck im Begasungsgefäß (2) durch ein Manometer (8) abgelesen und kontrolliert werden kann.
Perfusionseinrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (3) eine Schlauchpumpe ist.