Vorrichtung zur Züchtung von Gewebezellen auf der Oberfläche von Trägerkörpern
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Züchtung von Gewebezellen auf der Oberfläche von Trägerkörpern.
Es ist bekannt, Zellen, welche aus Geweben von Tieren durch Vereinzelung gewonnen wurden, in geeigneten Medien auf Oberflächen zu züchten, um einschichtige Decken, sogenannte Monolayerkulturen zu erhalten. Es hat sich ergeben, dass derartige Zellkulturen (Zellrasen) aus diploiden Zellen bestehen, die weitgehend die Eigenschaften der Körperzellen aufweisen, so dass in diesen Kulturen Viren zur Gewinnung von Vaccinen gezüchtet werden können.
Um grössere Mengen für Untersuchungen sowie zur Produktion von Impfstoffen zu erhalten, ist es wichtig, die Zellzüchtung auf Trägern grosser Oberfläche durchzuführen. Es werden Teller und Scheiben verwendet, ferner Röhren, auf deren Oberfläche die Zellkulturen wachsen. Um die Oberfläche weiter zu vergrössern, hat man vorgeschlagen, die Zellen auf kleinen Kügelchen aus porösem Material zu züchten, die im flüssigen Nährmedium suspendiert gehalten werden.
Die mit Tellern und Röhren ausgestatteten Vorrichtungen haben verhältnismässig geringe Oberfläche, während die kleinen Kügelchen aus porösem Material Schwierigkeiten bei Sterilisation und Reinigung verursachen. Eine Verbesserung könnte erreicht werden, wenn die Zellkultur auf der Oberfläche von leicht zu reinigenden Füllkörpern erfolgen würde und die Aufgabe der Erfindung wird darin gesehen, eine Vorrichtung zu schaffen, in welcher eine Kultur auf grosser Oberfläche durchführbar ist, die Trägerflächen leicht zu reinigen und zu sterilisieren gestattet, ferner erlaubt, die Grundbauteile eines normalen Fermenters benutzen zu können. Die letztgenannte Eigenschaft erscheint besonders für Forschungszwecke im Laboratoriumsmasstab wichtig.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung erfüllt die genannten Anforderungen. Sie ist gekennzeichnet durch einen zylindrischen Behälter, in dem ein vertikal förderndes Organ angeordnet ist, das von einem zylindrischen Leitrohr umfasst wird, welches nicht bis ans obere Ende des Behälters reicht und am unteren Ende mit Öffnungen versehen ist, während zwischen Leitrohr und Behälter Füllkörper vorhanden sind, die grösser sind als die Öffnungen im unteren Teil des Leitrohrs.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist in der beigelegten Zeichnung dargestellt. Der Behälter besteht aus dem Zylinder 1, der in Laboratoriumsausführungen aus Glas hergestellt ist, und dem Boden 2 und dem oberen Deckel 3. Im Boden ist das Lager einer Umwälz-Schraubenpumpe 4, welche von dem Elektromotor 5 über ein Getriebe variabler Drehzahl und Drehrichtung angetrieben wird. Die Pumpe ist von dem Leitrohr 6 umgeben, welches an seinem oberen Ende mit einem Siebdeckel 7 verschlossen und das am unteren Ende mit Schlitzöffnungen 8 versehen ist. Eine Rohrschlange 9 dient der Heizung bzw. Kühlung mittels Wasser und eine Luftleitung 10 mit einem Ringrohr 11, das an seiner Oberseite mit Düsen versehen ist, dient der Luftzufuhr. Durch den oberen Deckel führt ein kurzes Belüftungsrohr 12 und ein Rohr 13, das bis in den unteren Teil des Behälters reicht.
In dem Raum zwischen dem Leitrohr 6 und dem zylindrischen Behälterteil 1 sind Glaskugeln von etwa 3 mm Durchmesser eingefüllt. In der Mitte des Deckels ist ein Abluftrohr 15 vorgesehen, welches mit einem Luftentkeimungsfilter (nicht eingezeichnet) verschlossen ist.
Das Kulturmedium, in welchem die zu züchtenden Zellen suspendiert sind, wird in den Behälter eingeführt und durch die Pumpe 4 bei niedriger Drehzahl umgewälzt. Die Drehrichtung der Pumpe ist so eingestellt. dass die Flüssigkeit im Leitrohr von unten nach oben steigt, durch das Sieb 7 über den Rand des Leitrohres nach aussen in den mit Glaskugeln gefüllten Raum gedrückt und durch die Schlitzöffnungen 8 wieder angesaugt wird. Bei sehr langsamer Strömung setzen sich die Zellen auf den Glaskugeln ab und wachsen zu einer einschichtigen Zellkultur auf diesen aus. Die optimale Wachstumstemperatur wird dabei durch Beheizung oder Kühlung mittels der Rohrschlange 9 eingestellt. Zur Gewinnung von Viren wird die Zellkultur durch Zusatz einer virusinfizierten Flüssigkeit geimpft. Der Virus dringt in die Zellen der Kultur ein und vermehrt sich in diesen.
Ist der gewünschte Grad der Entwicklung erreicht, so können die auf den Kugeln befindlichen Kulturen durch Trypsin in Einzelzellen aufgelöst und diese zusammen mit dem Medium aus der Vorrichtung entfernt werden, indem durch den Anschluss 12 Luft oder Stickstoff eingeführt und die Flüssigkeit aus dem Behälter durch das bis nahe an den Boden reichende, mit einem groben Sieb versehene Rohr 13 ausgeleitet werden. Bei Bedarf ist es natürlich möglich, die Zellwände durch Trypsinverdauung ganz aufzulösen und auf diese Weise eine zellfreie Viruskultur zu gewinnen. So können auch die Vaccine im Behälter selbst gewonnen werden, indem die Viren in bekannter Weise in einen nicht mehr ansteckungsfähigen Zustand überführt werden.
Die Vorrichtung ermöglicht ferner eine vollkommene Reinigung der Füllkörperoberfläche, indem die Drehrichtung der Pumpe umgekehrt und die Drehzahl erhöht wird. Dadurch wird die Flüssigkeit im Leitrohr nach unten gezogen, durch die Schlitzöffnungen 18 in den von Füllkörpern durchsetzten Ringraum gedrückt, so dass diese Füllkörper aufgewirbelt werden, aneinander stossen und reiben, so dass sich die Geweberesten und Verunreinigungen von der Füllkörperoberfläche lösen und in der beschriebenen Weise durch das Rohr 13 aus dem Behälter gedrückt werden. Das Sieb 7 verhindert das Einschwemmen der Füllkörper in das Leitrohr 6 während der Reinigung.
Es ist auch möglich, die Reinigung der Füllkörperoberfläche dadurch zu bewirken, dass in das Rohr 10 Luft eingedrückt wird, die sich durch die am Ringrohr 11 befindlichen Düsen in den von Füllkörpern erfüllten Raum verteilt, wodurch die Füllkörper in Schwebe gehalten und durch die auf sie treffenden Luftblasen freigespült werden; gleichzeitig kann die Pumpe rotieren und die Flüssigkeit im Gleich- oder Gegenstrom zu der von den Luftblasen bewirkten Strömung bewegt werden.
Die Vorrichtung gestattet alle zur Behandlung der Gewebekultur erforderlichen Verfahrensschritte auf einfache Weise durchzuführen, die auch von aussen durch Programme gesteuert werden können. In der im Ausführungsbeispiel beschriebenen Gestaltung ist durch Auswechslung weniger Bauteile eine Umwandlung in einen bzw. von einem Fermenter für submerse Gärungen leicht möglich. Die Verwendung von Füllkörpern mit glatter Oberfläche erleichtert die Reinigung und Sterilisation, verhindert auch das Übertragen von Stoffen auf folgende Chargen, was bei der Verwendung von porösen Füllkörpern leicht möglich ist. So eignet sich die Vorrichtung besonders für Forschungsaufgaben, bei welchen verschiedene biologische Stoffe produziert und verschiedene Verfahren in demselben Gerät durchgeführt werden müssen.
Device for growing tissue cells on the surface of support bodies
The subject matter of the invention is a device for growing tissue cells on the surface of carrier bodies.
It is known that cells which have been obtained from tissues of animals by isolation can be grown in suitable media on surfaces in order to obtain single-layer covers, so-called monolayer cultures. It has been found that such cell cultures (cell lawns) consist of diploid cells which largely have the properties of body cells, so that viruses can be grown in these cultures for the production of vaccines.
In order to obtain larger quantities for studies as well as for the production of vaccines, it is important to carry out cell cultivation on carriers with a large surface. Plates and disks are used, as well as tubes on the surface of which the cell cultures grow. In order to enlarge the surface further, it has been proposed to grow the cells on small spheres made of porous material which are kept suspended in the liquid nutrient medium.
The devices equipped with plates and tubes have a relatively small surface area, while the small spheres of porous material cause difficulties in sterilization and cleaning. An improvement could be achieved if the cell culture were to take place on the surface of easy-to-clean packing bodies and the object of the invention is to create a device in which a culture can be carried out on a large surface and the support surfaces can be easily cleaned and closed allows sterilization, also allows the basic components of a normal fermenter to be used. The latter property appears to be particularly important for research purposes on a laboratory scale.
The device according to the invention fulfills the requirements mentioned. It is characterized by a cylindrical container in which a vertically conveying element is arranged, which is surrounded by a cylindrical guide tube which does not extend to the upper end of the container and is provided with openings at the lower end, while filling bodies are present between the guide tube and the container that are larger than the openings in the lower part of the guide scope.
An example embodiment of the invention is shown in the accompanying drawing. The container consists of the cylinder 1, which is made of glass in laboratory designs, and the base 2 and the upper lid 3. In the base is the bearing of a circulating screw pump 4, which is driven by the electric motor 5 via a gearbox of variable speed and direction of rotation becomes. The pump is surrounded by the guide tube 6 which is closed at its upper end with a sieve cover 7 and which is provided with slot openings 8 at the lower end. A pipe coil 9 is used for heating or cooling by means of water and an air line 10 with an annular pipe 11, which is provided with nozzles on its upper side, is used to supply air. A short ventilation pipe 12 and a pipe 13, which extends into the lower part of the container, lead through the upper cover.
In the space between the guide tube 6 and the cylindrical container part 1, glass spheres about 3 mm in diameter are filled. In the middle of the cover, an exhaust air pipe 15 is provided, which is closed with an air disinfection filter (not shown).
The culture medium in which the cells to be cultured are suspended is introduced into the container and circulated by the pump 4 at a low speed. The direction of rotation of the pump is set in this way. that the liquid in the guide tube rises from the bottom to the top, is pressed through the sieve 7 over the edge of the guide tube outwards into the space filled with glass balls and is sucked in again through the slot openings 8. In the case of a very slow flow, the cells settle on the glass spheres and grow into a single-layer cell culture on them. The optimum growth temperature is set by heating or cooling by means of the pipe coil 9. To obtain viruses, the cell culture is inoculated by adding a virus-infected liquid. The virus penetrates the cells of the culture and multiplies in them.
Once the desired degree of development has been reached, the cultures on the spheres can be trypsinized into individual cells and these can be removed from the device together with the medium by introducing air or nitrogen through the connection 12 and the liquid from the container through the pipe 13, which is provided with a coarse sieve, is diverted to near the bottom. If necessary, it is of course possible to completely dissolve the cell walls by trypsin digestion and in this way to obtain a cell-free virus culture. In this way, the vaccines can also be obtained in the container itself by transferring the viruses in a known manner to a state that is no longer infectious.
The device also enables complete cleaning of the packing surface by reversing the direction of rotation of the pump and increasing the speed. As a result, the liquid in the guide tube is drawn downwards, pressed through the slot openings 18 in the annular space penetrated by fillers, so that these fillers are whirled up, butt against each other and rub, so that the tissue remnants and impurities detach from the filler surface and in the manner described be pushed out of the container through the tube 13. The sieve 7 prevents the filling bodies from flooding into the guide tube 6 during cleaning.
It is also possible to clean the surface of the packing by forcing air into the tube 10, which air is distributed through the nozzles located on the ring tube 11 in the space filled with packing, whereby the packing is kept in suspension and by the on it hitting air bubbles are flushed free; at the same time the pump can rotate and the liquid can be moved in cocurrent or countercurrent to the flow caused by the air bubbles.
The device allows all process steps required for treating the tissue culture to be carried out in a simple manner, which can also be controlled externally by programs. In the design described in the exemplary embodiment, a conversion into or from a fermenter for submerged fermentation is easily possible by exchanging a few components. The use of fillers with a smooth surface facilitates cleaning and sterilization, and also prevents substances from being transferred to subsequent batches, which is easily possible when using porous fillers. The device is particularly suitable for research tasks in which different biological substances are produced and different processes have to be carried out in the same device.