DE3735702A1 - Verfahren und vorrichtung zur beeinflussung von wachstum, teilung und differenzierung von zellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Beeinflussung von Wachstum, Teilung und Differen­ zierung von Zellen.

Experimentelle Arbeiten des Institutes für Molekular- Physikalische Physiologie in Hannover (Direktor: Dr. Dr. Herbert Athenstaedt) haben ein neues, interdisziplinäres Forschungsgebiet im Grenzbereich zwischen Biomedizin und Physik erschlossen; es ergaben sich grundlegend neue Er­ kenntnisse, insbesondere in der Zell- und Entwicklungs­ biologie. Diese grundwissenschaftlichen Ergebnisse er­ möglichen nunmehr bedeutsame Nutzanwendungen für Biotech­ nologie, Medizin und Biologie.

Die Untersuchungen zeigten, daß zwei, in der Physik bei bestimmten Kristallen und synthetischen Polymeren seit langem bekannte Eigenschaften, nämlich spontane Polarisation und Pyroelektrizität (1, 2), auch in lebenden Organismen vor­ kommen. Sie wurden in Geweben und Organen des Menschen, der Tiere und Pflanzen sowie in lebenden Zellen einwandfrei nachgewiesen. Beide Eigenschaften spielen eine fundamentale Rolle bei den Wachstumsvorgängen (der Morphogenese) und bei zahlreichen physiologischen Funktionen der Organismen (3-10).

Die molekularen Voraussetzungen für die Polarität lebender Zellen waren bisher ungeklärt (11, 12). Mit pyroelektrischen Meßmethoden wurde der Nachweis einer spon­ tanen Polarisation erbracht, d.h. eines permanenten elek­ trischen Dipolmomentes, in Richtung der Zell-Hauptachse (Längspolarisation der Zelle); desgleichen besteht auch polares, d.h. pyroelektrisches Verhalten in den radialen Achsenrichtungen der Zelle (Radialpolarisation der Zelle (3, 4).

Weitere Experimentalserien zeigten, daß Gewebe und Organe, die ja aus - polaren - Einzelzellen aufgebaut sind, ebenfalls eine spontane Polarisation in definierten Achsenrichtungen aufweisen. So hat die Epidermis, die äußerste zelluläre Schicht, welche den tierischen und pflanzlichen Organismus nahezu auf seiner gesamten Oberfläche umgibt, ein permanen­ tes elektrisches Dipolmoment senkrecht zur Epidermis-Ober­ fläche. Die Epidermis hat somit die physikalischen Eigen­ schaften eines empfindlichen pyroelektrischen Detektors und Transducers (3, 4, 7-9).

Spontane Polarisation, verbunden mit pyroelektrischem Verhalten wurde ferner nachgewiesen im Zentralnervensystem (Gehirn, Rückenmark) (3-6), in Sinnesrezeptoren (3-5), im Endothel des Herz-Kreislaufsystems (4), in allen wesent­ lichen Strukturen (Knochen, Knorpel, Zwischenwirbelscheiben, Bänder, Sehnen) des Wirbeltier-Skelettsystems (10) sowie in den Leitungsgeweben (Phloem, Xylem) der Pflanzen.

Es wurde nachgewiesen, daß die Wachstumsrichtung in Zellen und Geweben übereinstimmt mit der Richtung (dem Vektor) einer inherenten spontanen Polarisation, d.h. also eines permanenten elektrischen Dipolmomentes.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beeinflussung von Wachstum, Teilung und Differenzierung von Zellen anzugeben.

Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß die elektrischen Dipolmomente der Zellen hinsichtlich Stärke und/oder Richtung verändert werden.

Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, daß Zellen eine spontane Polarisation zeigen. Durch die Erfindung zeigte sich in überraschender Weise, daß Wachstum, Teilung und Differenzierung von Zellen beeinflußt werden können durch Änderung der elektrischen Dipolmomente der Zellen.

Aufgrund der spontanen Polarisation der Einzelzellen zeigen auch Gewebe, Organe und Organismen polare Eigenschaften. Die höheren architektonischen Stufen (Gewebe, Organe) der Organismen entstehen durch eine koordinierte drei-dimen­ sionale Orientierung von zellulären elektrischen Dipolen. Durch die Erfindung ist eine künstliche Steuerung des Wachstums und der Differenzierung tierischer und pflanz­ licher Strukturen möglich, und zwar durch Modifikation der Dipol-Textur.

Damit können biologische Systeme aller Art, also menschliche, tierische und pflanzliche Einzelzellen, sowie Einzeller (u.a. Bakterien, Viren), menschliche, tierische und pflanzliche Gewebe und Organe, desgleichen tierische und pflanzliche Organismen beeinflußt werden.

Unter Wachstumsbeeinflussung gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine künstliche Verstärkung oder Ab­ schwächung des Wachstums und/oder der Differenzierung, ein Stillstand von Wachstum und/oder Differenzierung, aber auch eine unbegrenzte Vermehrung verstanden.

Durch die Erfindung können insbesondere Kulturen bio­ technologisch oder biomedizinisch bedeutsamer Einzeller, Ge­ webezellen, Gewebe und Organe mit relativ geringem wirt­ schaftlichem Aufwand hergestellt werden. Außerdem können vorteilhaft Biosensoren hergestellt werden.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der er­ findungsgemäßen Aufgabenlösung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Dipoltextur in biologischen Systemen kann ver­ ändert werden durch Verwendung von elektrischen Gleich­ strömen oder elektrischen Gleichfeldern, wobei die biolo­ gischen Objekte elektrischen Gleichströmen geeigneter Strom­ stärke oder elektrischen Gleichfeldern durch Verwendung von Elektroden geeigneter Größe und Form ausgesetzt werden, vgl. Ansprüche 4 und 5. Dabei können homogene oder inhomogene Gleichfelder eingesetzt werden. Die Dipolstruktur kann ferner verändert werden durch Körper, Substrate, Materialien, biologische Strukturen oder dergleichen mit definierter elektrischer Oberflächenladung, vgl. Ansprüche 6 bis 8. Die Gleichströme, Gleichfelder und elektrischen Oberflächen­ ladungen können variabel gestaltet werden. Hierdurch ist eine Feineinstellung auf die offenbar sehr differenzierten Ladungsverhältnisse an den Oberflächen menschlicher, tie­ rischer und pflanzlicher Gewebezellen sowie von Einzelzellen (beispielsweise von bestimmten Bakterien oder Viren) möglich. Die Entwicklung von Zellen und Zellorganellen kann wesent­ lich wirkungsvoller gesteuert werden. Eine Anpassung an die jeweiligen Eigenarten der bestimmten Zellart oder eines ganz bestimmten Kultivierungsvorhabens ist optimal durchführbar, indem das Oberflächenpotential von negativen Potentialwerten über das Potential Null bis zu positiven Potentialwerten während eines Kulturverfahrensablaufes jederzeit verändert werden kann. Die Veränderung ist mit Hilfe von Meßgeräten exakt bestimmbar. Die Potentialveränderung kann kontinuier­ lich oder in Stufen erfolgen. Mit dieser Methode ist es mög­ lich, ein Zellkulturverfahren zu optimieren und das erforder­ liche Potentialniveau - auch während des Verfahrensablaufes - jederzeit nach gewünschten Normen exakt zu steuern.

Eine Vorrichtung zur Beeinflussung von Wachstum, Teilung und Differenzierung von Zellen ist im Anspruch 17 angegeben. Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen dieser Vorrich­ tung beinhalten die weiteren Ansprüche 18 bis 29.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Beeinflussung von Wachstum, Teilung und Differenzierung von Zellen,

Fig. 2 schematisch eine zweite Ausführungsform einer Vorrichtung zur Beeinflussung von Wachstum, Teilung und Differenzierung von Zellen,

Fig. 3 schematisch eine erste apparative Einrichtung mit mehreren Vorrich­ tungen nach Fig. 1 zur Beeinflussung von Wachstum, Teilung und Differen­ zierung von Zellen,

Fig. 4 schematisch eine dritte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Beeinflussung von Wachstum, Teilung und Differenzierung von Zellen in der Draufsicht, und

Fig. 5 schematisch eine zweite apparative Einrichtung mit mehreren Vorrich­ tungen nach Fig. 4 in der Draufsicht.

Soweit sachlich vernünftig, werden in den Figuren der Zeichnung für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen ver­ wendet.

Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 2, bei der ein elektrisches Gleichfeld zur Beeinflussung von Wachstum, Teilung und Differenzierung von Zellen eingesetzt wird. Die Vorrichtung besteht aus einem mit einem Deckel 3 ver­ sehenen Kulturbehälter 4, der sich im elektrischen, praktisch homogenen Gleichfeld zwischen zwei plattenförmigen Elektroden 6 und 8 befindet, die mit den Polen einer Gleichspannungs­ quelle 9 verbunden sind. Der Kulturbehälter 4, in dem sich eine Zellkultur 5 befindet, steht dabei auf der z.B. negativ geladenen, als Bodenplatte ausgebildeten Elektrode 6. Diese aus Metall (z.B. aus nichtrostendem Stahl) bestehende Boden­ platte 6 ist so gestaltet, daß auf ihr beliebig viele Kultur­ behälter abgestellt werden können. Die obere Elektrode 8 ist vorzugsweise als durchsichtige Leiterschicht auf dem vor­ zugsweise ebenfalls durchsichtigen Deckel 3 des Kulturbe­ hälters ausgebildet, um eine mühelose Beobachtung der Zell­ kultur zu gewährleisten. Ein Wechselschalter (nicht darge­ stellt) ermöglicht eine Umpolung der Elektroden 6 und 8 und somit eine Richtungsumkehr des Gleichfeldes zwischen den Elektroden. Die Feldstärke innerhalb des Kulturbehälters bzw. innerhalb der Zellkultur 5 kann durch ein Meßinstrument 10 und einen veränderlichen Widerstand R exakt geregelt werden. Der Kontakt zur oberen Leiterschicht bzw. zur oberen Elektrode kann z.B. durch einen federnden, verschwenkbaren Metallbügel (nicht dargestellt) realisiert werden.

Die Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung 12 zur Beeinflussung von Wachstum, Teilung und Differenzierung von Zellen, bei der der Kulturbehälter 4 auf einer Anordnung aus zwei platten­ förmigen, beabstandeten nach Art eines Plattenkondensators angeordneten Elektroden 14 und 16 steht. Der Kulturbehälter 4 befindet sich in den Feldlinien der oberen Elektrode 14. Das im Vergleich zu der Vorrichtung nach Fig. 2 relativ schwache und nicht homogene Feld kann durch die an die Elektroden ge­ legte elektrische Spannung so gesteuert werden, daß eine aus­ reichende Wirkung in der Zellkultur 5 erzielt wird. Bei der Vorrichtung nach Fig. 2 braucht die obere Elektrode 14 nicht aus durchsichtigem Material zu bestehen.

Die Fig. 3 zeigt eine apparative Einrichtung 20 mit einem Aufnahmebehälter 21 für eine Vielzahl von Vorrichtungen 2 der in der Fig. 1 gezeigten Art (vorliegend sind nur fünf Vor­ richtungen mit Kulturbehältern A, B, C, D und E dargestellt.) Die parallel geschalteten Vorrichtungen 2 stehen in dem großen Aufnahmebehälter 21 aus einem isolierenden Material, beispielsweise Kunststoff, durch dessen Boden 24 hindurch die unteren plattenförmigen Elektroden mit einem Pol einer Gleichspannungsquelle 26 verbunden sind. Die oberen Elektroden 8 sind mit dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle verbunden. Für jede Vorrichtung ist eine bestimmte Feldstärke mit Hilfe eines einstellbaren Widerstandes R 1, R 2, R 3, R 4, R 5 einstell­ bar, der im Parallelzweig jeder Vorrichtung 2 angeordnet ist. Mit Hilfe von Meßinstrumenten 28, 28′ ist die jeweilige zwischen den Elektroden vorhandene Spannung und damit die Feldstärke ablesbar. Die Messung kann dabei über den Elek­ troden 6 und 8 (Meßinstrument 28) oder über den Widerständen (Meßinstrument 28′) erfolgen. Um eine gegenseitige Beein­ flussung der Felder zu verhindern, sind die einzelnen Vor­ richtungen 2 durch Abschirmungen 30 voneinander getrennt.

Die Einrichtung nach Fig. 3 ermöglicht es, in kurzer Versuchsdauer festzustellen, welche Feldstärke optimal ge­ eignet ist für die Durchführung eines bestimmten Kultivie­ rungsprogrammes. Dies setzt voraus, daß sämtliche Kulturbe­ hälter mit dem gleichen Untersuchungsmaterial (z.B. einer erstmalig zu untersuchenden Zellart) beschickt werden.

Um die Funktion einer solchen apparativen Einrichtung 20 anschaulich zu machen, wird angenommen, daß im Kulturbehälter Nr. A die Feldstärke beispielsweise den Wert 100 beliebiger Ein­ heit, Nr. B den Wert 200, Nr. C den Wert 300 und so fort er­ hält, so daß eine Potentialreihe erstellt wird. Hierdurch ergeben sich neue Möglichkeiten und Verbesserungen für eine optimierte Beeinflussung der Entwicklung biologischer Systeme.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Vorrichtung 40 und eine apparative Einrichtung 42, die eine Vielzahl der Vorrichtun­ gen 40 verwendet. Bei der Vorrichtung 40 bzw. der apparativen Einrichtung 42 werden die Zellkulturen keinem Gleichfeld, sondern einem Gleichstrom ausgesetzt.

Die Vorrichtungen 40 weisen Kulturbehälter 44 beliebiger Größe aus elektrisch isolierendem Material auf. Die Kultur­ behälter können einen rechteckigen oder quadratischen Grund­ riß haben. Die Kulturbehälter 44 werden an zwei gegenüber­ liegenden Wandinnenflächen mit Elektroden 46, 48 (Kathode und Anode) versehen, die an eine Gleichspannungsquelle 50 angeschlossen werden. Der Boden der Kulturbehälter kann neu­ tral sein oder aus einem anorganischen oder organischen Ma­ terial bestehen, welches zwischen den Elektroden in Richtung von einer zur anderen Elektrode permanent polarisiert ist. Anorganische Materialien hierfür sind z.B. das ferroelektrische Lithiumniobat (LiNbO₃) oder der pyroelektrische Turmalin (hier­ von müßten Scheiben parallel zur polaren Z-Achse geschnitten werden). Wird die Bodenfläche des Gefäßes aus mehreren neben­ einanderliegenden Teilstücken eines solchen polaren Materials zusammengesetzt (wie vergleichsweise ein Zimmer-Fußboden aus parallel gefügten Brettern), so ist darauf zu achten, daß die polaren Achsen aller Teilstücke parallel zuein­ ander liegen.

Als vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die polare Bodenfläche der Gefäße in Richtung Anode - Kathode mit parallelen Rillen 52 versehen wird (etwa wie bei der pa­ rallelen Ritzung eines optischen Beugungsgitters). Die Rillen bewirken eine Anhäufung der Zellen in den Rillen und eine besonders gute Ausrichtung derselben. Anstelle von Rillen können auch längspolarisierte dünne Stäbchen auf den Boden des Kulturbehälters dicht aneinanderliegend gebracht werden. Solche Stäbchen können beispielsweise aus Kollagenfasern bestehen, die eine relativ starke Längspola­ risation zeigen. Die Richtungswirkung eines schwachen Gleichstromes, der zwischen den Elektroden durch den Kultur­ behälter geleitet wird, kann auf diese Weise durch die Rich­ tungswirkung des polaren Bodenmaterials verstärkt werden.

Wie eine Ausbildung nach den Fig. 4 und 5 im Schnitt aussieht, ist gestrichelt für den Kulturbehälter A in der Fig. 3 eingezeichnet worden.

Die Vorrichtungen 40 in der apparativen Einrichtung 42 sind parallel geschaltet. Die Parallelkreise weisen einstell­ bare Widerstände Ra, Rb, Rc auf zur Änderung der Stromstärke in den Parallelkreisen. Mit Hilfe von Meßinstrumenten 54 ist die jeweilige Stromstärke meßbar.

Die Zellen in den Zellkulturen der Vorrichtungen nach den Fig. 4 und 5 müssen immobilisiert werden, um die elektro­ phoretische Wanderung zu verhindern. Dies kann durch Zusatz von Gelatine oder Agar erfolgen.

Bei den immobilisierten lebenden Zellen werden durch den Gleichstrom (in Abhängigkeit von der Richtung und Stärke des Gleichstromes) eine Verstärkung oder Abschwächung der inherenten Dipolmomente verursacht.

Es ist auch möglich, das inherente Dipolmoment durch einen entsprechend dosierten Gleichstrom auf - Null zu bringen (Neutralisierung des Dipolmomentes). Ebenso ist eine Richtungsänderung oder Richtungsumkehr der Dipolmomente erreichbar, solange der Gleichstrom einwirkt, wobei evtl. mit einer zeitlichen Nachwirkung zu rechnen ist nach Ab­ schaltung des Gleichstromes. Eine dauernde Richtungsum­ kehrung ist evtl. auch erzielbar.

Bei den Einrichtungen nach den Fig. 1, 2 und 4 handelt es sich um solche für die Großfertigung. Die Kulturbehälter selbst können jede Größe und jede Gestalt und Form aufweisen. Als Material für die Kulturbehälter ist Polystyrol besonders gut geeignet.

Die Deckelelektrode 8 kann aus einem durchsichtigen Metall­ oxid bestehen. Man kann auch auf eine zusätzliche Deckel­ elektrode verzichten, wenn der Deckel selbst aus einem elektrisch leitenden Glas oder einem durchsichtigen, elektrisch leitenden Material, beispielsweise einem durchsichtigen Metalloxid, besteht.

Literatur

1. BURFOOT, J., and G.W. TAYLOR. Polar Dielectrics and Their Applications. London: MacMillan, 1979.
2. LINES, M.E., and A.M. GLASS. Priciples and Applications of Ferroelectrics and Related Materials. Oxford: University Press, 1977.
3. ATHENSTAEDT, H. Pyroelectricity (biology). McGraw-Hill ENCYCLOPEDIA OF SCIENCE AND TECHNOLOGY (New York), 6ht ed., vol. 14, pp. 498-503 (1987).
4. ATHENSTAEDT, H. Human tissues and systems as pyroelctric detectors and transducers. Proceedings of the Sixth IEEE International Symposium on Applications of Ferroelectrics, at Lehigh University Pennsylvania USA, 532-537 (1986).
5. ATHENSTAEDT, H. Biological systems as pyroelectric detectors and transducers. Proceedings of the Sixth International Meeting on Ferroelectricity, Kobe, Japan. Japanese Journal of Applied Physics, 24 Supplement 24-2, 103-106 (1985).
6. ATHENSTAEDT, H. "Functional polarity" of the spinal cord caused by its longitudinal electric dipole moment. Amer. J. Physiol. 247, 482-487 (1984).
7. ATHENSTAEDT, H., CLAUSSEN, H. and SCHAPER, D. Epidermis of human skin: pyroelectric and piezoelectric sensor layer. Science (Washington) 216, 1018-1020 (1982).
8. ATHENSTAEDT, H. and CLAUSSEN, H. Evidence for pyroelectric and piezoelectric sensory mechanismus in the insect integument. Biophys. J. (New York) 35, 365-374 (1981).
9. SIMHONY, M. and ATHENSTAEDT, H. Measurement of the pyroelectric coefficient and permittivity on Rhododendron and Encephalartos leaves and on the insect Periplaneta Americana. Biophys. J. (New York) 29, 331-338 (1980).
10. ATHENSTAEDT, H. Pyroelectric and piezoelectric properties of vertebrates. Ann. New York Acad, Sci. 238, 68-94 (1974).
11. DARNELL, J., LODISH, H., BALTIMORE, D. Molecular Cell Biology. Scientific American Books, New York (1986).
12. ALBERTS, B., BRAY, D., LEWIS, J., RAFF, M. ROBERTS, K., WATSON, J.D. Molecular Biology of the Cell. Garland Publishing Inc., New York (1983).

Claims (30)

1. Verfahren zur Beeinflussung von Wachstum, Teilung und Differenzierung von Zellen, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die elektrischen Dipolmomente (die spontane Polarisation) der Zellen hinsichtlich Stärke und/ oder Richtung verändert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die spontane Polarisation der Zellen in Längsrichtung (strukturelle bzw. morphologische und funktionelle bzw. physiologische Richtung der Zellen) be­ einflußt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die radiale spontane, etwa senkrecht zur Zellmembran gerichtete Polarisation der Zellen beein­ flußt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen einem elektrischen Gleichfeld ausgesetzt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß ein elektri­ scher Gleichstrom durch die Zellen geleitet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zellen in Wirkverbindung mit Körpern, Substraten oder Materialien mit definierter elektrischer Oberflächenladung gebracht werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6 , dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zellen in Wirkverbindung mit biologischen, Oberflächenpotentiale aufweisenden Strukturen (Zellen, Geweben, Zellprodukten, z.B. Kollagen- oder Keratin­ strukturen) gebracht werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zellen in Wirkverbindung mit einer ein Oberflächenpotential auf­ weisenden Membran aus natürlichen oder synthetischen Polymeren gebracht werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß lebende Nervenzellen mit ihren Axonen mit Hilfe elektrischer Gleich­ felder oder elektrischer Gleichströme parallel ausge­ richtet werden.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bio­ logische Molekülaggregate oder Moleküle mit pyroelektri­ schen und piezoelektrischen Eigenschaften (beispielsweise von Mikrotubuli, Aktinfilamenten oder Neurofilamenten) oder polare Zellen parallel ausgerichtet werden mit Hilfe von elektrischen Gleichfeldern oder elektrischen Gleichströmen.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Gleich­ strom, Gleichfeld und elektrisches Oberflächenpotential variierbar sind.

12. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Herstellung unbegrenzt teilungsfähiger Zellen oder Gewebe.

13. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung von Kulturen biotechnologisch oder biomedizinisch bedeutsamer Einzeller (beispielsweise von bestimmten Bakterien oder Viren).

14. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung von Kulturen von biotechnologisch oder biomedizinisch bedeutsamer Gewebezellen.

15. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Herstellung von Kulturen von biotechnologisch oder biomedizinisch bedeutsamer Gewebe oder Organe.

16. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Steuerung der Enzym- oder Hormonproduktion von Zellen, Geweben oder Organen.

17. Vorrichtung zur Beeinflussung von Wachstum, Teilung und Differenzierung von Zellen, mit einem Kulturbehälter zur Aufnahme einer Zellkultur, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der aus nichtleitendem Material bestehende Kulturbehälter (4) im Bereich der Feldlinien zweier an eine einstellbare Gleichspannungs­ quelle (9) angeschlossener Elektroden (6, 8; 14, 16) an­ geordnet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die eine Elektrode (6) als Bodenplatte zur Aufnahme des Kulturbehälters (4) und die andere Elektrode (8) als Deckplatte für den Deckel des Kulturbehälters ausgebildet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Deckelelektrode (8) aus einem durchsichtigen, leitenden Material besteht.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Elektrode als dünne Be­ schichtung des Deckels ausgebildet ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kulturbehälter auf der einen Elektrode (14) einer nach Art eines Plattenkonden­ sators ausgebildeten Elektrodenanordnung (14, 16) ange­ ordnet ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 21, da­ durch gekennzeichnet, daß die Fläche der plattenförmigen Elektroden etwa der Fläche des Kultur­ behälters entspricht.

23. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Kulturbehälter (44) zwei an die Gleichspannungsquelle (50) angeschlossene Elektroden (46, 48) angeordnet sind, die in die Zellenkultur (5) ein­ tauchen, in der die Zellen durch geeignete Zusätze, wie Gelatine oder Agar, immobilisiert sind.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Elektroden ganzflächig auf den Innenflächen zweier gegenüberliegender Wände des Kulturbehälters angeordnet sind.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Boden des Kulturbehälters aus anorganischem oder organischem Material (z.B. Lithium­ niobat oder pyroelektrischem Turmalin) besteht, das zwischen den Elektroden in Richtung von einer zur anderen Elektrode permanent polarisiert ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Boden des Kulturbehälters zwischen den Elektroden in Richtung von einer zur anderen Elektrode mit Rillen (52) versehen ist oder in dieser Rich­ tung mit dünnen, längs polarisierten Stäbchen (beispiels­ weise aus Kollagenfasern oder aus Lithiumniobat belegt ist.

27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 26, da­ durch gekennzeichnet, daß in einem Auf­ nahmebehälter (21) aus nichtleitendem Material eine Vielzahl von gegenseitig durch Abschirmungen (30) abgeschirmte Kultur­ behälter (4) angeordnet sind, an deren Elektroden (6, 8; 14, 16; 46, 48) veränderliche Gleichspannungen anlegbar sind.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Elektrodenpaare der Kultur­ behälter parallel geschaltet und an eine gemeinsame Spannungs­ quelle angeschlossen sind, und daß in jedem Parallelzweig veränderliche Widerstände (R 1 bis R 5; Ra, Rb, Rc) zur Ein­ stellung des Potentials und damit der Feldstärke zwischen den Elektroden sowie der Stromstärke vorgesehen sind.

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zusätzlich Meßinstrumente zur Messung der Spannung über den Elektroden bzw. zur Messung der Stärke des die Kulturbehälter durchfließenden Gleichstromes vorgesehen sind.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 20, da­ durch gekennzeichnet, daß der Deckel (3) oder die Elektrode (8) aus einem durchsichtigen Metalloxid besteht oder daß der Deckel oder ein Teil des Deckels aus einem elektrisch leitenden Glas besteht.