DE102004024834A1 - Apparatus for conducting a liquid-air culture of epithelium - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Kit zur Durchführung einer Liquid-Air-Kultur von Epithel. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer mit Kollagen beschichteten Matrix, die Teil der Vorrichtung ist, die Verwendung der genannten Vorrichtung zur Liquid-Air-Kultur von Epithel und ein Verfahren zur Liquid-Air-Kultur von Epithel.The present invention relates to an apparatus and a kit for performing a liquid-air culture of epithelium. Furthermore, the invention relates to a method for producing a collagen-coated matrix which is part of the device, the use of said device for the liquid-air culture of epithelium and a method for the liquid-air culture of epithelium.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Kit zur Durchführung einer Liquid-Air-Kultur von Epithel. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer mit Kollagen beschichteten Matrix, die Teil der Vorrichtung ist, die Verwendung der genannten Vorrichtung zur Liquid-Air-Kultur von Epithel und ein Verfahren zur Liquid-Air-Kultur von Epithel.The The present invention relates to a device and a kit for execution a liquid-air culture of epithelium. Furthermore, the invention relates a method for producing a collagen-coated matrix, which is part of the device, the use of said device to the liquid-air culture of epithelium and a method for liquid-air culture of epithelium.
Die biotechnologische Herstellung von funktionellem Gewebe in vitro wird im allgemeinen als „tissue engineering" bezeichnet. So hergestelltes Gewebe hat viele Anwendungsgebiete, z. B. in der zellbiologischen Forschung zu Aufbau und Funktion von Ge weben, als Testsystem für Medikamente und für die Transplantation.The biotechnological production of functional tissue in vitro is commonly called "tissue engineering ". So produced fabric has many applications, eg. B. in the Cell biological research on the structure and function of weaving, as Test system for Medicines and for the Transplantation.
Die biotechnologische Herstellung von epithelialem Gewebe ist in Ihrer Anwendbarkeit unterschiedlich fortgeschritten. Die Herstellung von Hautersatz, der z. B. bei großflächigen Verbrennungswunden eine wichtige Anwendung findet, wird intensiv erforscht. Die in vitro Generierung von Cornea-Gewebe ist attraktiv, jedoch noch wenig anwendungsbereit. Auch der für die Herstellung von respiratorischem Epithel bestehende Bedarf kann noch nicht gedeckt werden.The biotechnological production of epithelial tissue is in yours Applicability progressed differently. The production of Skin replacement, the z. B. in large burn wounds an important application is being intensively researched. In the In vitro generation of corneal tissue is attractive, but still little ready for use. Also for the production of respiratory epithelium may exist not yet covered.
In einigen anatomischen Regionen des respiratorischen Traktes besteht Bedarf nach Ersatz von defekter oder nicht mehr vorhandener respiratorischer Schleimhaut bzw. von respiratorischem Epithel. So existieren derzeit keine befriedigenden therapeutischen Möglichkeiten zur Versorgung langstreckiger Trachealstenosen. Die schnelle Obstruktion des Prothesenlumens durch einwachsendes Bindegewebe unter Ausbildung neuer Stenosen, die mangelhafte Gewebeintegration und die Abstoßungsgefahr limitieren einen langfristigen Einsatz der gegenwärtig eingesetzten alloplastischen Materialien. Voraussetzung für einen erfolgreichen Trachealersatz ist die Realisierung einer Auskleidung mit funktionsfähigem respiratorischen Epithel.In consists of some anatomical regions of the respiratory tract Need for replacement of defective or no longer existing respiratory Mucosa or respiratory epithelium. So currently exist no satisfactory therapeutic options for care long-stretched tracheal stenoses. The fast obstruction of the prosthesis lumen by ingrowing connective tissue to form new stenoses, the lack of tissue integration and the risk of rejection limit one long-term use of the present used alloplastic materials. Prerequisite for one successful tracheal replacement is the realization of a lining with functional respiratory epithelium.
Eine weitere Indikation für den Einsatz des tissue engineering für die Herstellung von respiratorischem Epithel besteht im Verschluß von Septumperforationen. Die Behandlung von Septumperforationen ist problematisch. Dabei ist die Operation gegenwärtig die Methode der Wahl, allerdings mit relativ schlechten Erfolgsaussichten. Prothetische Verschlüsse mit Silikonobturatoren können die perforationsspezifischen Symptome kaum beeinflussen. Weiterhin erscheint auch der Ersatz ausgeräumter Schleimhaut in Nasennebenhöhlen therapeutisch sinnvoll. Eine weitere Indikation für einen möglichen klinischen Einsatz von in vitro hergestelltem respiratorischen Epithel im HNO-Fachbereich liegt im Bereich der rekonstruktiven Chirurgie des Larynx.A further indication for the use of tissue engineering for the production of respiratory Epithelium is in the occlusion of Septal perforations. The treatment of septum perforations is problematic. The operation is currently the method of choice but with a relatively poor chance of success. prosthetic closures with silicone obturators hardly influence the perforation-specific symptoms. Farther also appears the replacement of cleared mucous membrane in paranasal sinuses therapeutically useful. Another indication for one possible clinical use of in vitro produced respiratory epithelium in the ENT field lies in the field of reconstructive surgery of the larynx.
Die prothetische Versorgung der geschilderten Defekte könnte erfolgen, wenn es gelingt, Epithelzellen auf artifiziellen, biokompatiblen Matrizes anzusiedeln und zu funktionsfähigem Epithel auszudifferenzieren, die nach Implantation allein oder möglicherweise in Kombination mit anderen Materialien, die zur Formgebung und Gewährleistung mechanischer Eigenschaften beitragen könnten, vom Organismus adaptiert werden.The prosthetic restoration of the described defects could occur if epithelial cells succeed on artificial, biocompatible To locate matrices and differentiate into functional epithelium, those after implantation alone or possibly in combination with other materials required for molding and warranty mechanical properties, adapted by the organism become.
Besonders sinnvoll wäre die Generierung und der Einsatz von autologen Äquivalenten des Epithels, so dass Probleme mit Abstoßung der Transplantate vermieden werden, die bei Verwendung von nicht autologem Gewebe entstehen. Artifizielles autologes Gewebe kann dann dazu dienen, in bestimmten anatomischen Regionen Strukturen mit defektem oder nicht mehr vorhandenem Epithel zu ersetzen. Dabei ist es essentiell, dass das neue Gewebe annähernd die gleichen spezifischen Funktionen erfüllt wie das ursprünglich vorhandene Gewebe. Das Gewebe muss also final differenziert sein und darf sich nicht in der für Proliferation und Wachstum wesentlichen dedifferenzierten Phase befinden.Especially would be useful the generation and use of autologous equivalents of the epithelium, so that problems with rejection the grafts are avoided when not using autologous tissue arise. Artificial autologous tissue can then serve to structures in certain anatomical regions with defective or no longer existing epithelium to replace. there It is essential that the new tissue be approximately the same specific Functions fulfilled like that originally existing tissues. So the tissue has to be finely differentiated and may not be in the for Proliferation and growth essential dedifferentiated phase are located.
Eine Möglichkeit der Generierung von Epithel liegt in der Kultur von adhärenten Epithelzellen mit bedeckendem Medium, also in einer submersen Kultur. Beispielsweise wurde vorgeschlagen, Knochenmarkzellen, aber auch Hautzellen, auf einem sterilen Nylonnetz zu kultivieren, das mit Kollagen vorbeschichtet oder mit Fibroblasten inkubiert wurde, die Kollagen produzieren (DE 37 515 19/WO 87/06120).A possibility The generation of epithelium is involved in the culture of adherent epithelial cells covering medium, ie in a submerged culture. For example was suggested to bone marrow cells, but also skin cells on to cultivate a sterile nylon mesh precoated with collagen or incubated with fibroblasts that produce collagen (DE 37 515 19 / WO 87/06120).
Auch Zellen aus der respiratorischen Schleimhaut wurden bereits auf Kollagen-beschichteten Matrizes kultiviert, wobei es jedoch nicht zur Entwicklung final differenzierter Epithelzellen kam (Ostwald et al., Laryngo-Rhino-Otologie 2003, 82, 693-699).Also Cells from the respiratory mucosa were already on collagen-coated However, matrices cultivated, but not to develop final differentiated epithelial cells (Ostwald et al., Laryngotrino Otology 2003, 82, 693-699).
Von der submersen Kultur unterscheidet sich die Liquid-Air-Kultur dadurch, dass die Zellen hier an der Grenzfläche zwischen Medium und Luft kultiviert werden, so dass von unten eine Versorgung mit Medium möglich ist und von oben Kontakt zu Luft besteht.From The submerged culture differs in the liquid-air culture in that the cells here at the interface be cultivated between medium and air, so that from below one Supply of medium possible is and is in contact with air from above.
Die in vitro Generation von Hautäquivalenten erfolgt im allgemeinen in der Liquid-Air-Kultur auf einem Kollagengel, in das Fibroblasten eingelagert sind. Dazu wird das Kollagengel z.B. auf der Polycarbonat-Membran eines Gewebekultureinsatzes gegossen. Das für die Transplantation bestimmte Kollagengel ist nicht sehr stabil, da es keine körperfremde, stabile Matrix umfaßt, die ihm eine zusätzliche Stabilität und Reißfestigkeit verleihen würde. Daher kommt es häufig zur Beschädigungen des generierten Gewebes bei der Transplantation. Es wurde versucht, diese Probleme durch die Anheftung des Kollagengels an ein zusätzlich generiertes Kollagennetz zu lösen (Yang et al., Tissue engineered artificial skin composed of dermis and epidermis, Artificial Organs, 2000, 24, 7-17).The in vitro generation of skin equivalents generally takes place in the liquid-air culture on a collagen gel in which fibroblasts are incorporated. For this purpose, the collagen gel is poured, for example, on the polycarbonate membrane of a tissue culture insert. The collagen gel intended for transplantation is not very stable because it is not a foreign body, stable matrix, which would give it extra stability and tear resistance. Therefore, damage to the generated tissue often occurs during transplantation. Attempts have been made to solve these problems by attaching the collagen gel to an additionally generated collagen network (Yang et al., Tissue engineered artificial skin composed of dermis and epidermis, Artificial Organs, 2000, 24, 7-17).
Auch für die Kultur von Cornea wurde gezeigt, dass die Liquid-Air-Kultur dieses Gewebes im Vergleich zur submersen Kultur eine dichtere Packung der Zellen und eine stärkere zelluläre Differenzierung verursacht, so dass die Morphologie der Cornea verbessert ist (Richard et al., Curr Eye Res 1991, 10, 739-749).Also for the Culture of cornea was shown to compare the liquid-air culture of this tissue to the submerged culture a denser packing of the cells and a stronger cellular differentiation caused so that the morphology of the cornea is improved (Richard et al., Curr Eye Res 1991, 10, 739-749).
Die Erzeugung von weitgehend differenziertem respiratorischen Epithel gelang bisher nur bei Liquid-Air-Kultur in Zusammenhang mit der Ansiedlung von Fibroblasten (Rhee et al., Ann Otol Rhinol Laryngol 2001, 110, 1011-1016; Yamaguchi, Arch Otolaryngol Head Neck Surg 1996, 122, 649-654). Hier wird beispielsweise die PTFE-Membran eines kommerziell erhältlichen Zellkulturinserts (Millicell®-CM, Millipore, Bedford, Massachusetts) mit Kollagen beschichtet und mit Epithelzellen besiedelt, wobei die Cokultur mit Fibroblasten untersucht wird. Diese Kulturmethode geht auf Elsdale und Bard zurück (J Cell Biol 1972, 54, 626-637). Statt der Millicell®-Einsätze werden oft auch so genannte Transwell-Einsätze (erhältlich von Corning Costar, High-Wycombe, UK) verwendet (z.B. Davidson et al., Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol, 2000, 279, L766-L778). Diese Transwells bestehen aus Polyester oder Polycarbonat, sie sind jedoch auch bereits mit Kollagen beschichtet erhältlich.The production of largely differentiated respiratory epithelium has so far only succeeded in liquid-air culture in connection with the colonization of fibroblasts (Rhee et al., Ann Otol Rhinol Laryngol 2001, 110, 1011-1016, Yamaguchi, Arch Otolaryngol Head Neck Surg 1996, 122, 649-654). Here, a cell culture inserts commercially available (Millicell ® -CM, Millipore, Bedford, Massachusetts), for example the PTFE membrane coated with collagen and seeded with epithelial cells, wherein the coculture is investigated with fibroblasts. This culture method is based on Elsdale and Bard (J Cell Biol 1972, 54, 626-637). Instead of Milli Cell ® -Inserts also called Transwell inserts are often (available from Corning Costar, High Wycombe, UK) used (eg, Davidson et al., Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol, 2000, 279, L766-L778) , These transwells are made of polyester or polycarbonate, but they are also available already coated with collagen.
Die bisher erfolgten Versuche zur Generierung von funktionellem respiratorischen Epithel hatten vor allem das Ziel, final differenzierte respiratorische Epithelzellen zu generieren, um analytische Fragestellungen hinsichtlich der Funktion differenzierter Zellen (Zilienschlag, Mucin-Produktion etc.) zu klären. Die Menge des produzierten Epithels ist dafür nicht entscheidend, so dass die kommerziell erhältlichen Systeme zur Liquid-Air-Kultur ausreichend waren.The So far, attempts have been made to generate functional respiratory Epithelium had above all the goal, finally differentiated respiratory To generate epithelial cells to address analytical issues the function of differentiated cells (ciliary beat, mucin production etc.) to clarify. The amount of epithelium produced is not critical for this, so the commercially available Systems for liquid-air culture were sufficient.
Epithel, das nach im Stand der Technik bekannten Verfahren generiert wurde, eignet sich nur begrenzt zur Transplantation, da zum einen Probleme mit der Stabilität von reinen Kollagengelen auftreten, und zum anderen die bisher bekannten Matrizes, die zur Liquid-Air-Kultur von Epithelzellen verwendet werden, starken Beschränkungen hinsichtlich der Größe und Beschaffenheit der Matrix unterworfen sind.Epithelium, that was generated by methods known in the art, is limited to transplantation, because on the one hand problems with the stability of pure collagen gels, and on the other the previously known Matrices used for the liquid-air culture of epithelial cells strong restrictions in terms of size and texture subject to the matrix.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, alternative Vorrichtungen zur Durchführung einer Liquid-Air-Kultur von Epithel bereit zu stellen, die eine erhöhte Flexibilität bei der Ausgestaltung der Matrix erlauben, so dass Epithel gene riert werden kann, das nicht nur zur Analyse von Zell- oder Gewebefunktionen, sondern auch zur Transplantation verwendet werden kann.task The present invention is therefore, alternative devices to carry out to provide a liquid-air culture of epithelium, the one increased flexibility allow in the design of the matrix, so that epithelium gene gene not just to analyze cell or tissue functions, but can also be used for transplantation.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Bereitstellung einer Vorrichtung gelöst, die zur Durchführung einer Liquid-Air-Kultur von Epithel geeignet ist. Sie umfasst ein Kulturgefäß und eine mit Kollagen beschichtete, für Kulturmedium permeable biokompatible Matrix, wobei die Vorrichtung so ausgebildet ist, dass die Matrix horizontal ausgerichtet ist und nicht auf dem Boden des Kulturgefäßes aufliegt und die Oberfläche der Matrix sich unter der Oberkante des Kulturgefäßes befindet, wobei die Matrix entweder
- a) auf einer für Medium permeablen Halterung aufliegt und mit dieser nicht fest verbunden ist oder
- b) schwimmfähig ist.
- a) rests on a medium-permeable holder and is not firmly connected to this or
- b) is buoyant.
Als Epithel wird im Rahmen dieser Erfindung epitheliales Gewebe von Säugetieren, bevorzugt von Menschen oder häufig verwendeten Versuchstieren wie Maus, Ratte oder Schwein, bezeichnet, das in seiner physiologischen Umgebung Kontakt zu Luft hat. Das ist beispielsweise bei Haut oder Cornea, aber auch bei respiratorischem Epithel der Fall. Respiratorisches Epithel ist besonders bevorzugt. Der Begriff Epithel schließt dabei sowohl Gewebe als auch vereinzelte Epithelzellen mit ein.When Epithelium is in the context of this invention epithelial tissue of mammals, preferred by humans or frequently used experimental animals such as mouse, rat or pig, that has contact with air in its physiological environment. The is for example in the skin or cornea, but also in respiratory Epithelium of the case. Respiratory epithelium is particularly preferred. The term epithelium closes This includes both tissue and isolated epithelial cells.
Die Liquid-Air-Kultur ist besonders zur Kultur (Kultivierung) und Differenzierung von Epithelzellen geeignet, die auch in ihrer physiologischen Umgebung in Kontakt mit Luft stehen. Gemäß einer besonderen Ausführungsform handelt es sich dabei um respiratorische Epithelzellen. Für die Versorgung der Zellen mit Medium auf der basalen Seite ist Kontakt mit Medium notwendig, so dass die Unterlage, auf der die Epithelzellen adhä rent wachsen, in diesem Fall also die mit Kollagen beschichtete Matrix, horizontal ausgerichtet sein muß. Um die Zugänglichkeit für Kulturmedium von der Unterseite zu gewährleisten, darf die Matrix zum einen nicht auf dem Boden des Kulturgefäßes aufliegen, zum anderen muss sie für Kulturmedium permeabel sein. Es ist also eine Ausrichtung der Matrix über dem Boden des Kulturgefäßes notwendig. Genauso muss sich die Oberfläche der Matrix (d.h. ihre Oberseite) unter der Oberkante des Kulturgefäßes befinden, damit eine Versorgung mit Kulturmedium, das sich bei Verwendung der Vorrichtung in dem Kulturgefäß befindet, möglich ist. Die Füllhöhe des Mediums bei der Liquid-Air-Kultur sollte vorzugsweise ca. +1 bis –1 Millimeter (mm), bevorzugt +0,2 bis –0,2 mm, bezogen auf die Oberfläche der Matrix, betragen. Die Oberfläche der Matrix (d.h. ihre Oberseite) soll bei der Liquid-Air-Kultur also in der Grenzfläche zwischen Luft und Kulturmedium liegen, wie oben beschrieben.The liquid-air culture is particularly suitable for the culture (cultivation) and differentiation of epithelial cells that are in contact with air even in their physiological environment. According to a particular embodiment, these are respiratory epithelial cells. For the supply of the cells with medium on the basal side, contact with medium is necessary, so that the base on which the epithelial cells grow adhä, in this case, ie the collagen-coated matrix, must be aligned horizontally. In order to ensure the accessibility of culture medium from the bottom, the matrix must not rest on the bottom of the culture vessel, on the other hand, it must be permeable to culture medium. So it is necessary to align the matrix over the bottom of the culture vessel. Likewise, the surface of the matrix (ie, its top surface) must be below the top of the culture vessel to permit supply of culture medium that is in the culture vessel when using the device. The filling level of the medium in the liquid-air culture should preferably be about +1 to -1 millimeters (mm), preferably +0.2 to -0.2 mm, based on the surface area of the matrix. The surface of the matrix (ie its top side) should therefore lie in the liquid-air culture in the interface between air and culture medium, as described above.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steht die Halterung, auf der die Matrix aufliegt, auf dem Boden des Kulturgefäßes oder ist auf dessen Boden angebracht. Alternativ ist auch denkbar, dass die Halterung an dem Rand des Kulturgefäßes abgestützt oder an der Oberkante eingehängt ist.In a preferred embodiment the invention is the holder on which rests the matrix, on the bottom of the culture vessel or is attached to its bottom. Alternatively, it is also conceivable that the holder is supported on the edge of the culture vessel or mounted on the upper edge.
Die
Halterung ist in einer bevorzugten Ausführungsform (siehe
Dabei
ist es bevorzugt, dass über
dem gesamten Rand des Basisgefäßes
Die
Klammer
Die
Bezeichnung Rahmen setzt voraus, dass der Rahmen
Es
gibt mehrere Möglichkeiten
zur Ausgestaltung des Rahmens
In
seiner einfachsten Form ist der Rahmen
Eine
bevorzugte Möglichkeit
ist jedoch, dass der Rahmen
Unter
den Bedingungen der Liquid-Air-Kultur soll sich Medium in dem Kulturgefäß befinden,
dessen Füllhöhe der Höhe der Matrix
in der Vorrichtung entspricht. Da beim Aufsetzen des Rahmens
Alternativ
kann der Rahmen
Auch
kann der Rahmen
Um
einen Austausch zwischen dem Medium in Basisgefäß
Eine andere Vorrichtung, die es ermöglicht, eine Matrix für die Liquid-Air-Kultur horizontal über dem Boden und unter der Oberkante des Kulturgefäßes zu halten, ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Halterung eine Auflagefläche für die Matrix umfaßt, die ein Netz ist. Diese Auflagefläche gewährleistet die Versorgung des zu kultivierenden Epithels mit Medium von der Unterseite der Matrix. Bevorzugt ist das Netz der Auflagefläche grobmaschig, hat also eine Maschenweite von mindestens 50-500 μm.A other device that allows one Matrix for the liquid-air culture is horizontal above the ground and below the ground To hold the upper edge of the culture vessel, is characterized in that a holder a support surface for the matrix that includes a network is. This bearing surface ensures the Supplying the epithelium to be cultivated with medium from the bottom the matrix. Preferably, the network of the support surface is coarse mesh, so has a Mesh size of at least 50-500 μm.
Auch diese Halterung steht bevorzugt auf dem Boden des Kulturgefäßes oder ist auf dessen Boden angebracht. Bevorzugt verbinden eine zentrale oder mindestens drei am Rand der Auflagefläche an geeigneter Stelle angebrachte Stützen die Auflagefläche und den Boden des Kulturgefäßes. Vorzugsweise liegt über dem Rand der Matrix ein Rahmen auf, der diese straff auf der Auflagefläche festhält. Der Rahmen kann dies durch sein Gewicht bewirken, er kann jedoch auch durch Klammern oder Haken mit der Auflagefläche oder den Stützen der Halterung verbunden sein. Auch diese Befestigung ist reversibel.Also this holder is preferably on the bottom of the culture vessel or is attached to its bottom. Preferably connect a central or at least three at the edge of the support surface mounted at a suitable location Support the bearing surface and the bottom of the culture vessel. Preferably is over At the edge of the matrix on a frame that holds this tight on the support surface. Of the Frame can do this by its weight, but it can by brackets or hooks with the support surface or the supports of the bracket be connected. This attachment is reversible.
In einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung wird die Matrix zur Liquid-Air-Kultur in die Grenzfläche zwischen Luft und Kulturmedium eingebracht, indem die Matrix schwimmfähig ist.In another embodiment The device is the matrix for liquid-air culture in the interface between Air and culture medium introduced by the matrix is buoyant.
Die Matrix kann deshalb schwimmfähig sein, weil sie teilweise mit einer hydrophoben Schicht überzogen ist. Die Anordnung und Größe der Teile oder des Teils der Matrix, der mit der hydrophoben Schicht überzogen sein muß, um die Matrix horizontal auf dem Medium schwimmen zu lassen, ist von der Form, Größe und sonstigen Ausgestaltung der Matrix abhängig. Grundsätzlich ist es aber z.B. möglich, einen zentralen Teil im Schwerpunkt der Matrix oder mehrere Teile am Rand der Matrix, die gleichmäßig um den Schwerpunkt der Matrix angeordnet sind, mit der hydrophoben Schicht zu überziehen. Genauso ist es möglich, den gesamten Rand der Matrix zu überziehen. Weitere Möglichkeiten lassen sich leicht durch den Fachmann bestimmen.The Matrix can therefore be buoyant be because they are partially coated with a hydrophobic layer is. The arrangement and size of the parts or the part of the matrix coated with the hydrophobic layer have to be, is to float the matrix horizontally on the medium is from the shape, size and other Design of the matrix dependent. in principle but it is e.g. possible, a central part in the center of gravity of the matrix or several parts at the edge of the matrix, evenly around the Focus of the matrix are arranged with the hydrophobic layer to coat. Just like that Is it possible, to cover the entire edge of the matrix. More options can be easily determined by the person skilled in the art.
Die Matrix kann aber auch dadurch schwimmfähig sein, dass sie mit mindestens einem schwimmfähigen Körper verbunden ist oder auf ihm aufliegt, wobei die Matrix mit dem schwimmfähigen Körper so verbunden sein muß oder so auf ihm aufgelagert sein muß, dass ihre Oberseite bei Schwimmen in Kulturmedium in der Grenzfläche zwischen Luft und Kulturmedium ausgerichtet ist.The Matrix can also be buoyant in that they are at least a buoyant one body is connected or rests on it, the matrix with the buoyant body like that must be connected or so must be superimposed on him, that their top when swimming in culture medium in the interface between air and culture medium.
Beispielsweise kann die Matrix reversibel mit Klammern oder Haken innerhalb eines Rahmens aus Styropor, Schaumstoff oder einem anderen schwimmfähigen Material aufgespannt sein, auch einzelne schwimmfähige Körper sind jedoch zur Befestigung geeignet, da die Matrix sich auf der Oberfläche des Mediums von sich aus ausbreitet.For example The matrix can be reversible with staples or hooks within one Styrofoam, foam or other buoyant material frame be stretched, but also individual buoyant bodies are for attachment suitable because the matrix is on the surface of the medium on its own spreads.
Wenn die Matrix auf einem schwimmfähigen Körper aufliegt, so muß dieser für Medium permeabel sein. Dies kann dadurch gewährleistet sein, dass der schwimmfähige Körper ein Netz ist. Bevorzugt ist dieses Netz grobmaschig, hat also eine Maschenweite von mindestens 50-500 μm. Das Netz kann dadurch schwimmfähig sein, dass es, zumindest teilweise, bevorzugt aber vollständig, mit einer hydrophoben Schicht überzogen ist. Die hydrophobe Schicht, welche die Matrix oder das Netz überzieht, ist bevorzugt ein Wachs oder Fett.If the matrix rests on a buoyant body, so must this for medium be permeable. This can be ensured by the fact that the buoyant body a Network is. Preferably, this network is coarse mesh, so has a mesh size of at least 50-500 μm. The net can become buoyant be that, at least partially, but preferably completely, with a hydrophobic layer coated is. The hydrophobic layer that covers the matrix or the net, is preferably a wax or fat.
Eine solche hydrophobe Schicht kann aufgebracht werden, indem man die Matrix oder das Netz in eine Lösung aus Wachs und/oder Fett in einem hydrophoben flüchtigen Lösungsmittel taucht, so dass das Wachs und/oder Fett nach dem Verdunsten des Lösungsmittels die Fäden, nicht jedoch die Zwischenräume des Netzes überzieht. Das Lösungsmittel ist dabei bevorzugt Benzin oder Hexan. Eine Konzentration von Wachs und/oder Fett in dem Lösungsmittel von 0,1-20 % ist besonders geeignet. Besonders geeignete Fette sind z.B. Paraffine mit einer Schmelztemperatur von 50-70°C.A Such hydrophobic layer can be applied by passing the Matrix or the network in a solution of wax and / or fat immersed in a hydrophobic volatile solvent, so that the Wax and / or grease after the solvent evaporates the threads, not however, the spaces between of the network. The solvent is preferably gasoline or hexane. A concentration of wax and / or fat in the solvent from 0.1-20% is particularly suitable. Particularly suitable fats are e.g. Paraffins with a melting point of 50-70 ° C.
Ein Vorteil der Vorrichtung, deren Matrix schwimmfähig ist, ist, dass für die Liquid-Air-Kultur keine genaue Einstellung der Füllhöhe des Kulturmediums notwendig ist.One Advantage of the device, whose matrix is buoyant, is that for the liquid-air culture no exact adjustment of the filling level of the culture medium necessary is.
Die in der Vorrichtung verwendete Matrix kann aus biodegradierbarem oder nicht biodegradierbaren, beständigem Material oder einem Gemisch daruas bestehen. Bevorzugt besteht die Matrix aus biodegradierbarem Material. Dieses biodegradierbare Material kann Poly-L-Laktid (PLLA), Polyhydroxybuttersäure (PHB), Polygycolsäure, Hyaluronsäure, Goretex oder ein Gemisch der selben sein. Für einige dieser Materialien wurde bereits gezeigt, dass sie für die Kultivierung von Zellen der respiratorischen Schleimhaut geeignet sind (Ostwald et al., Laryngo-Rhino-Otologie 2003, 82, 693-699).The matrix used in the device may be made of biodegradable or non-biodegradable, durable material or a mixture exist. The matrix preferably consists of biodegradable material. This biodegradable material may be poly-L-lactide (PLLA), polyhydroxybutyric acid (PHB), polyglycolic acid, hyaluronic acid, Goretex, or a mixture thereof. Some of these materials have already been shown to be suitable for the cultivation of respiratory mucosal cells (Ostwald et al., Laryngotrino Otology 2003, 82, 693-699).
Die Biobeständigkeit der synthetischen Polymere PHB und PLLA ist größer als die von Kollagenen, was für bestimmte Anwendungen von Vorteil sein kann. PLLA hat eine Degradationszeit von ca. zwei Jahren, die Degradation von PHB im Organismus dauert noch länger.The biopersistence the synthetic polymers PHB and PLLA are larger than those of collagens, what kind of certain applications may be beneficial. PLLA has a degradation time of about two years, the degradation of PHB in the organism lasts even longer.
Auch beständige Materialien können für die Matrix geeignet sein, z.B. Polyethylen, Polyamid, Polyester, Polyurethan, Polypropylen oder ein Gemisch derselben.Also stable Materials can for the matrix be suitable, e.g. Polyethylene, polyamide, polyester, polyurethane, Polypropylene or a mixture thereof.
Bevorzugt ist das Material der Matrix nicht immunogen, so dass bei einer Transplantation weder die Gefahr einer Abstoßung besteht noch eine Immunsupression vorgenommen werden muss. Entscheidend ist jedoch, dass das Material biokompatibel ist, also z.B. nicht zytotoxisch. Ein Test zur Biokompatibilität von Matrixmaterialien ist in Ostwald et al. (s. o.) beschrieben. Für Matrizes aus anderen als den genannten Materialien kann eine Biokompatibilität z.B. mit dem dort beschriebenen Test festgestellt werden.Prefers The material of the matrix is not immunogenic, so when transplanted neither the risk of rejection there still has to be an immunosuppression. critical is, however, that the material is biocompatible, e.g. Not cytotoxic. A test for biocompatibility of matrix materials is in Ostwald et al. (see above). For matrices other than the one said materials may have biocompatibility e.g. with the one described there Test be found.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die in der Vorrichtung verwendete Matrix ein Netz oder Netzwerk, wobei die Maschenweite des Netzes vorzugsweise etwa 50-500 μm beträgt. Grundsätzlich ist jedoch auch eine geringere Maschenweite des Netzes, bis hin zu ca. 0,2 oder 0,4 μm möglich, dies ist jedoch wegen eines ungünstigen Verhältnisses von permeabler Fläche zu nicht permeabler Fläche des Netzes weniger zweckmäßig. Die Maschen können regelmäßig oder unregelmäßig geformt sein.In a preferred embodiment the matrix used in the device is a network or network, wherein the mesh size of the network is preferably about 50-500 microns. Basically, however also a smaller mesh size of the network, up to about 0.2 or 0.4 μm possible, However, this is because of an unfavorable ratio of permeable surface to impermeable surface the network less expedient. The Meshes can be regular or irregular shaped be.
Alternativ könnte die Permeabilität der Matrix für das Kulturmedium auch dadurch gewährleistet werden, dass die Matrix porös ist. Beispielsweise könnte eine poröse Matrix aus PLLA verwendet werden (Lo et al., J Biomed Mater Res 1996, 30, 475-484). Dieses Material ist dadurch besonders interessant, dass es erfolgreich als Träger mit langsamer Freisetzung von Wirkstoffen getestet wurde (Zilberman et al., J Biomater Sci Polym Ed, 2002, 13, 1221-1240). Durch gezielte Wirkstoffabgabe in vivo nach einer Transplantation könnte dieses Material sich daher zur Steuerung spezifischer Vorgänge, z.B. zur Förderung der Gefäßbildung, eignen.alternative could the permeability the matrix for The culture medium also be ensured by the fact that the Matrix porous is. For example, could a porous one Matrix from PLLA can be used (Lo et al., J Biomed Mater Res 1996, 30, 475-484). This material is particularly interesting in that it succeeds as a carrier with slow release of drugs (Zilberman et al., J Biomater Sci Polym Ed, 2002, 13, 1221-1240). Through targeted Drug delivery in vivo after transplantation could this Therefore, material is used to control specific processes, e.g. to advancement vascularization, suitable.
Die beschriebenen Vorrichtungen ermöglichen es, eine Matrix für die Liquid-Air-Kultur zu verwenden, bei der Größe und Form der Fläche grundsätzlich beliebig sind. Es kann – neben einer runden oder rechteckigen Matrix – also auch beispielsweise eine Form der Matrix gewählt werden, die der Form eines benötigten Transplantates bereits entspricht. Die Fläche der Matrix ist bevorzugt größer als ca. 1 cm2. Beispielsweise ist für die Versorgung von Septumperforationen eine Fläche von etwa 4 cm2 im allgemeinen ausreichend. Die Fläche kann aber auch z.B. größer als etwa 500 mm2 oder größer als etwas 710 mm2 sein. Auch Matrizes, deren Fläche größer als etwa 10000 mm2 ist, sind mit den beschriebenen Vorrichtungen für die Liquid-Air-Kultur verwendbar.The devices described make it possible to use a matrix for the liquid-air culture, in which the size and shape of the surface are basically arbitrary. It can - in addition to a round or rectangular matrix - so for example, a form of the matrix can be selected, which already corresponds to the shape of a required graft. The area of the matrix is preferably greater than about 1 cm 2 . For example, an area of about 4 cm 2 is generally sufficient for the supply of Septumperforationen. However, the area can also be, for example, greater than about 500 mm 2 or larger than a little 710 mm 2 . Also, matrices whose area is larger than about 10,000 mm 2 are usable with the described devices for the liquid-air culture.
Die Vorrichtung kann – mit einer neuen Matrix – wiederverwendbar sein. Daher besteht die in der Vorrichtung verwendete Halterung bevorzugt aus einem sterilisierbaren (z.B. autoklavierbaren Material) etwa Niro-Stahl, Teflon oder Glas. Glas hat, wie auch Plastik, den Vorteil, dass bei der Kultur von Zellen eine mikroskopische Überprüfung möglich ist, sofern auch das Kulturgefäß aus einem dieser transparenten Materialien besteht.The Device can - with a new matrix - reusable be. Therefore, the holder used in the device is made preferably from a sterilizable (e.g., autoclavable material) such as stainless steel, teflon or glass. Glass, like plastic, has the Advantage that a microscopic examination is possible in the culture of cells, if the culture vessel from a consists of these transparent materials.
Das Kulturgefäß kann prinzipiell jedes Gefäß sein, das für die Zellkultur geeignet und in Form und Größe an die Halterung angepaßt ist, also größer ist als die Halterung. Eine Zellkultur-Beschichtung der Wand des Kulturgefäßes ist nicht notwendig, da die Kultur der Zellen auf der Matrix erfolgt.The Culture vessel can in principle be every vessel that for the cell culture is suitable and adapted in shape and size to the holder, so it's bigger than the holder. A cell culture coating of the wall of the culture vessel is not necessary because the culture of the cells takes place on the matrix.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der mit Kollagen beschichteten Matrix zur Durchführung einer Liquid-Air-Kultur, die Teil der beschriebenen Vorrichtung ist. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man
- a) die Matrix mit einer Kollagenlösung in Kontakt bringt,
- b) die Kollagenlösung antrocknen läßt,
- c) das Kollagen vernetzt,
- d) eine Behandlung mit einer Aminosäure- oder Proteinlösung durchführt und
- e) man die Matrix mit destilliertem Wasser wäscht.
- a) bringing the matrix into contact with a collagen solution,
- b) allowing the collagen solution to dry,
- c) crosslinking the collagen,
- d) performs a treatment with an amino acid or protein solution, and
- e) washing the matrix with distilled water.
Die Kollagenlösung hat dabei bevorzugt eine Konzentration von 1-10 mg/ml. Zum Beispiel können Kollagen G-Lösung oder Kollagen A-Lösung (z.B. Fa. Biochrom-Berlin) verwendet werden, Kollagen G ist jedoch bevorzugt.The collagen solution preferably has a concentration of 1-10 mg / ml. For example can collagen G solution or collagen A solution (e.g., Biochrom-Berlin), but collagen G is prefers.
Die
Vernetzung in Schritt c ist vorzugsweise eine chemische Vernetzung.
Diese Vernetzung kann man mit Mono- oder Dialdehy den, beispielsweise
mit Glutaraldehyd, durchführen.
Alternativ ist jedoch auch eine Vernetzung mit physikalischen Methoden, z.B.
durch Bestrahlung oder Dehydratisierung möglich. Ferner kann eine enzymatische
Vernetzung des Kollagens oder eine Copolymerisation mit Acrylderivaten
vorgenommen werden (
Die Vernetzung des Kollagens kann dazu führen, dass reaktive Gruppen entstehen. Bevor die Matrizes zur Zellkultur verwendet werden, sollte daher in Schritt d eine Behandlung mit einer Aminosäure- oder Proteinlösung zur Absättigung oder Neutralisation dieser reaktiven Gruppen durchgeführt werden. Der Waschschritt e dient zur Entfernung von nicht gebundenen Aminosäuren oder Proteinen und kann mit destilliertem Wasser, aber auch mit Kulturmedium oder einer anderen nichttoxischen Lösung, z.B. PBS, durchgeführt werden. Bevorzugt werden mehrere Waschschritte durchgeführt.The Crosslinking of collagen can lead to reactive groups arise. Before the matrices should be used for cell culture, should therefore, in step d, treatment with an amino acid or protein solution to saturation or neutralization of these reactive groups. The washing step e is used to remove unbound amino acids or Proteins and can with distilled water, but also with culture medium or other non-toxic solution, e.g. PBS, to be performed. Preferably, several washing steps are carried out.
Besonders vorteilhaft ist ein Verfahren, bei dem die Beschichtung der Matrix mit Kollagen auf einer hydrophoben Unterlage durchgeführt wird. Dies vereinfacht das anschließende Ablösen der beschichteten Matrix, verglichen mit dem Ablösen von dem Boden einer Zellkulturschale oder eines ähnlichen Gefäßes erheblich und ermöglicht es somit, reproduzierbar ohne Beschädigung der Kollagen-Beschichtung der Matrix auch größere beschichtete Matrizes herzustellen und zu verwenden.Especially advantageous is a method in which the coating of the matrix carried out with collagen on a hydrophobic pad. This simplifies the subsequent supersede of the coated matrix as compared to peeling off the bottom of a cell culture dish or a similar one Vessel considerably and allows it thus, reproducible without damaging the collagen coating the matrix also larger coated Manufacture and use matrices.
Die hydrophobe Unterlage erhält man bevorzugt dadurch, dass man auf eine Unterlage einen Film von Wachs, Öl oder Paraffin aufträgt. Dazu verwendet man vorzugsweise Paraffin mit einer Schmelztemperatur von 50-70°C. Nachdem das Paraffin durch Hitze verflüssigt wird, gießt man eine dünne Schicht (steril) in ein Gefäß geeigneter Größe, z.B. Plastik-Petrischalen für die Zellkultur, und läßt sie erkalten. Nach einmaliger Verwendung zur Beschichtung eines Netzwerkes mit Kollagen wird die hydrophobe Unterlage bevorzugt verworfen, einerseits aus Gründen der Sterilität, andererseits wegen möglicher Verunreinigung in folgenden Beschichtungen durch Rückstände der vorangegangenen Beschichtungen. Die Lagerung auf der hydrophoben Unterlage während der Kollagenisierung wirkt sich nicht schädlich oder zytotoxisch auf die anschließende Zellkultur aus.The receives hydrophobic substrate It is preferred by a film of Wax, oil or paraffin. For this purpose, paraffin is preferably used with a melting temperature from 50-70 ° C. After the paraffin is liquefied by heat, you pour one thin layer (sterile) in a vessel suitable Size, e.g. Plastic Petri dishes for the cell culture, and let it cool. After a single use to coat a network with Collagen, the hydrophobic base is preferably discarded, on the one hand for reasons sterility, on the other hand because of possible Contamination in the following coatings due to residues of previous coatings. The storage on the hydrophobic base while The collagenization does not have harmful or cytotoxic effects the subsequent one Cell culture.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin die Verwendung der beschriebenen Vorrichtung zur Liquid-Air-Kultur von Epithel. Wie bereits beschrieben, setzt die Liquid-Air-Kultur voraus, dass Kulturmedium bis zu einem Füllstand in das Kulturgefäß eingebracht wird, bei dem die Oberfläche der Matrix in der Grenzfläche zwischen Kulturmedium und Luft liegt.object The invention further relates to the use of the device described to the liquid-air culture of epithelium. As already described, sets the liquid-air culture precedes that culture medium to a level introduced into the culture vessel is where the surface is the matrix in the interface between culture medium and air.
Weiterhin ist ein Verfahren zur Liquid-Air-Kultur von Epithel Gegenstand der vorliegenden Erfindung, bei dem eine oben beschriebene Vorrichtung verwendet wird.Farther is a method for liquid-air culture of epithelium subject of present invention, in which uses a device described above becomes.
Die Matrix der Vorrichtung wird in diesem Verfahren mit Epithelzellen besiedelt. Epithelzellen können nach bekannten Verfahren gewonnen werden (Ross, et al., Eur Arch Otorhinolaryngol 1997, 254 (Suppl. 1), 12-17; Risbud et al., J Biomed Mater Res 2001, 56, 120-127; Ziegelaar et al., Biomaterials 2002, 23, 1425-1438), beispielsweise durch „Auswachsen" oder Dissoziieren von Zellen aus Material, das z.B. aus Septumkorrekturen oder Conchotomien stammen kann oder speziell zu diesem Zweck entnommen wurde (z.B. „Skinsnips"). Beim „Auswachsen" der Zellen werden Gewebestücke auf der zum Bewuchs vorgesehenen Matrix fixiert, proliferierende Zellen besiedeln die benachbarte Matrix. Eine Dissoziation von Zellen kann z.B. mit Protease XIV oder Trypsin/EDTA-Lösung erfolgen, alternativ mit 0,1% Collagenase oder 0,1% Dispase oder Kombinationen der Enzyme.The Matrix of the device is used in this procedure with epithelial cells populated. Epithelial cells can can be obtained by known methods (Ross, et al., Eur Arch Otorhinolaryngol 1997, 254 (Suppl. 1), 12-17; Risbud et al., J. Biomed Mater Res 2001, 56, 120-127; Ziegelaar et al., Biomaterials 2002, 23, 1425-1438), for example by "outgrowth" or dissociation of cells of material, e.g. from septal corrections or conchotomies may or may have been taken for this purpose (e.g., "skinsnips") fabric pieces fixed on the matrix intended for fouling, proliferating cells populate the neighboring matrix. A dissociation of cells can e.g. with protease XIV or trypsin / EDTA solution, alternatively with 0.1% collagenase or 0.1% dispase or combinations of the enzymes.
In einer Ausführungsform wird die Matrix vor der Besiedlung mit Epithelzellen mit Fibroblasten besiedelt. Für die Zwecke einer späteren Transplantation ist es von Vorteil, Fibroblasten des Transplantationsempfängers zu verwenden, d.h. autologe Fibroblasten, um Abstoßungsreaktionen zu vermeiden. Vorzugsweise stammen sowohl Fibroblasten als auch Epithelzellen von dem Transplantationsempfänger. Prinzipiell ist es aber auch möglich, nicht autologe Fibroblasten zu verwenden.In an embodiment The matrix is pre-populated with epithelial cells with fibroblasts populated. For the purposes of a later Transplantation is beneficial to fibroblasts of the transplant recipient use, i. autologous fibroblasts to prevent rejection reactions. Preferably both fibroblasts and epithelial cells are from the transplant recipient. in principle but it is also possible not to use autologous fibroblasts.
Fibroblasten lassen sich aus einem Stück Gewebe, welches auch zur Gewinnung von Epithelzellen verwendet wird, nach enzymatischer Dissoziation mit 0,1% Collagenase und anschließender Kultivierung in serumhaltigem Medium (z.B. DMEM) in üblichen Zellkulturgefäßen einfach kultivieren (z.B. nach dem Verfahren nach Gray et al., Am J Med Genet. 1987, 8, 521-526).fibroblasts can be made out of one piece of fabric, which is also used for the production of epithelial cells enzymatic dissociation with 0.1% collagenase and subsequent cultivation in serum-containing medium (e.g., DMEM) in standard cell culture vessels cultivated (e.g., by the method of Gray et al., Am J Med Genet. 1987, 8, 521-526).
Im Gegensatz zu früheren Verfahren der Liquid-Air-Kultur von Epithel (z.B. Yamaguchi et al., s.o.) ist es für eine Differenzierung des Epithels bei der im Verfahren verwendeten, mit Kollagen beschichteten Matrix nicht notwendig, dass die Matrix zunächst mit Fibroblasten besiedelt wird. Die Besiedlung mit Fibroblasten ist daher optional.in the Unlike previous ones Method of liquid-air culture of epithelium (e.g., Yamaguchi et al., Supra) is it for a differentiation of the epithelium used in the process, with collagen-coated matrix not necessary that the matrix first with Fibroblasts is colonized. The colonization with fibroblasts is therefore optional.
Bevorzugt wird die Kultur von Epithel durchgeführt, indem man nach dem Besiedeln der Matrix zunächst eine submerse Kultur und dann eine Liquid-Air-Kultur durchführt. Die submerse Kultur verstärkt die anfängliche Proliferation der Epithelzellen. Nachdem die Matrix mit einer ausreichenden Anzahl an Epithelzellen besiedelt ist, je nach Kulturbedingungen und Zahl der ausgesäten Zellen nach ca. 2-4 Wochen, führt man eine Liquid-Air-Kultur durch, in der die Differenzierung des Epithels erfolgt.Prefers The culture of epithelium is carried out after settling the matrix first a submerged culture and then a liquid-air culture. The submerged culture intensified the initial one Proliferation of epithelial cells. After the matrix with a sufficient Number of epithelial cells is colonized, depending on culture conditions and number of sown Cells after about 2-4 weeks, leads to have a liquid-air culture through, in which the differentiation of the epithelium takes place.
Ein besonderer Vorteil der beschriebenen Vorrichtungen ist, dass sie für diesen Wechsel von submerser Kultur zu Liquid-Air-Kultur geeignet sind. Die einfachste Möglichkeit ist, die Matrix zunächst ohne die Halterung auf den Boden eines Kulturgefäßes zu legen und nach der submersen Kultur die Matrix in die Vorrichtung einzufügen. Diese Möglichkeit besteht, da die Matrix nicht irreversibel in der Vorrichtung befestigt ist.One particular advantage of the devices described is that they For this Change from submerged culture to liquid-air culture are suitable. The easiest possibility is, the matrix without first place the holder on the bottom of a culture vessel and after the submerged Culture to insert the matrix into the device. This possibility exists because the matrix is not irreversibly fixed in the device.
Bei Verwendung der beschriebenen Halterungen, auf denen die Matrix aufgelegt wird, kann eine submerse Kultur auch erfolgen, wenn so viel Medium in das Kulturgefäß eingefüllt wird, dass die Oberfläche des Mediums über der Oberfläche der Matrix liegt. Diese Methode hat den Vorteil, dass Manipulationen der Matrix, die zu Beschädigung der Kollagen- und/oder Zellschicht führen können, weitgehend vermieden werden können.at Use of the described mounts on which the matrix is placed A submerged culture can also take place if so much medium is poured into the culture vessel, that the surface of the medium over the surface the matrix lies. This method has the advantage of being manipulated the matrix causing damage the collagen and / or cell layer can lead, largely avoided can be.
Alternativ könnte auch – bei konstanter Höhe des Mediums – die Halterung für die Matrix so ausgebildet sein, dass die Höhe der Matrix verstellbar ist, beispielsweise mit Stützen, die in zwei Höheneinstellungen arretierbar sind.alternative could also - at constant height of Medium - the a Mount for the matrix may be formed so that the height of the matrix is adjustable, for example with supports, in two height settings can be locked.
Bei Verwendung der schwimmfähigen Matrix gibt es mehrere Möglichkeiten, eine submerse Kultur zu erreichen. Zum einen kann die schwimmfähige Matrix mit einem Gewicht, vorzugsweise an mehreren Stellen am Rand der Matrix, beschwert werden, so dass die Matrix nicht zur Oberfläche des Kulturmediums aufsteigen kann. Zum anderen kann – sofern die Matrix dadurch schwimmfähig ist, dass sie mit mindestens einem schwimmfähigen Körper verbunden oder auf ihm aufgelagert ist – diese Verbindung oder Auflagerung erst nach der submersen Kultur hergestellt werden.at Use of buoyant Matrix there are several ways to reach a submerged culture. For one, the buoyant matrix with a weight, preferably at several points on the edge of the Matrix, be complained so that the matrix does not become the surface of the Culture medium can ascend. On the other hand - if the matrix thereby floatable is that she is connected with at least one buoyant body or on it is superimposed - this Compound or bedding produced only after the submerged culture become.
Die Höhe des Kulturmediums in dem Kulturgefäß kann bei einem diskontinuierlichen Medienwechsel nach visueller Kontrolle eingestellt werden. Vorteilhaft ist jedoch ein Verfahren, bei dem man für die Liquid-Air-Kultur eine Apparatur zur automatischen Regelung der Höhe des Kulturmediums in dem Kulturgefäß verwendet, die so ausgebildet ist, dass die Höhe des Kulturmediums auf die Höhe der Matrix eingestellt wird. Die Verwendung einer solchen Apparatur erlaubt einen kontinuierlichen Austausch von Medium und damit eine optimale Versorgung mit Nährstoffen.The Height of Culture medium in the culture vessel can at a discontinuous media change after visual inspection be set. However, a method is advantageous in which one for the Liquid-air culture is an automatic control device for the Height of Culture medium used in the culture vessel, which is designed so that the height of the culture medium on the height of Matrix is set. The use of such an apparatus allows a continuous exchange of medium and thus one optimal supply of nutrients.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Epithel respiratorisches Epithel, Haut oder Cornea. Es ist besonders bevorzugt, respiratorisches Epithel zu kultivieren, beispielsweise Epithel aus der Nasenschleimhaut, Septum, Larynx, Gingiva, Bronchien, oder Trachea.In a preferred embodiment The invention is the epithelium respiratory epithelium, skin or Cornea. It is particularly preferred to include respiratory epithelium cultivating, for example epithelium from the nasal mucosa, septum, Larynx, gingiva, bronchi, or trachea.
Vorzugsweise wird das Verfahren zur Liquid-Air-Kultur von Epithel so lange durchgeführt, bis das Epithel sich differenziert, so dass funktionelles Epithel vorliegt, das für eine Transplantation geeignet ist. Bei respiratorischem Epithel ist das beispielsweise dann der Fall, wenn sich mindestens auf 75% der Fläche eine Schicht rundlicher, Pflasterstein-artiger epithelialer Zellen gebildet hat, die zu großem Teil Microvilli demonstrieren, bevorzugt aber bewegte Zilien erkennen lassen.Preferably the process of liquid-air culture of epithelium is carried out until the Epithelium differentiates so that functional epithelium is present, that for a transplant is suitable. In respiratory epithelium is this the case, for example, if at least 75% the area a layer of rounded, cobblestone-like epithelial cells has formed that too big Demonstrate part of microvilli, but prefer to recognize moving cilia to let.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Kit, das die beschriebene Vorrichtung, Instruktionen zur Liquid-Air-Kultur von Epithel und eine geeignete Menge von Kulturmedium enthält, optional zusätzlich zur Wiederverwendung der Halterung mehrere Ersatzmatrizes.object The invention also provides a kit comprising the described device, Instructions for liquid-air culture of epithelium and an appropriate amount of culture medium contains, optional in addition to Reuse the holder multiple replacement matrices.
Grundsätzlich sind alle im Labor üblichen Kulturmedien, z.B. RPMI 1640 (Roswell Park Memorial Institute), DMEM (Dulbecco's Modified Eagle Medium), IMDM (Iscove's Modified Dulbecco's Medium) auch zur Verwendung bei der Liquid-Air-Kultur geeignet, DMEM ist jedoch bevorzugt. Es kann serumfreies Medium oder mit Serum versetztes Medium (z.B. mit 10% Fötalem Kälberserum (FKS)) verwendet werden. Die Verwendung von Serum kann jedoch zu unerwünschter Proliferation von Fibroblasten führen, so dass serumfreies Medium bevorzugt ist. Das Medium kann, z.B. durch die vorherige Kultur von Fibroblasten, konditioniert sein oder auch definierte Wachstumsfaktoren enthalten, z.B. EGF oder Insulin. Die Verwendung von Antibiotika-haltigem Medium (z.B. mit Penicillin/Streptomycin oder Gentamycin) ist bevorzugt. Vor allem zur Generierung von differenziertem respiratorischen Epithel ist die Kombination DMEM/HamsF12 (ca. 3/1), mit verschiedenen Zusätzen (EGF, Choleratoxin, Insulin, Hydrocortison, Transferrin, Selen, Bovine Pituary Extract, Antibiotika (z.B. Penicillin/Streptomycin), bevorzugt (Usui S et al., Ann Otol Rhinol Laryngol 2000, 109, 271-277).Basically all culture media usual in the laboratory, e.g. RPMI 1640 (Roswell Park Memorial Institute), DMEM (Dulbecco's Modified Eagle Medium), IMDM (Iscove's Modified Dulbecco's Medium) also suitable for use in the liquid-air culture, DMEM is however preferred. It can be serum-free medium or with serum spiked medium (e.g., with 10% fetal calf serum (FCS)). However, the use of serum may lead to unwanted proliferation of fibroblasts lead, so serum-free medium is preferred. The medium may be, e.g. by the previous culture of fibroblasts, or be conditioned contain defined growth factors, e.g. EGF or insulin. The Use of antibiotic containing medium (e.g., penicillin / streptomycin or gentamycin) is preferred. Especially for the generation of differentiated respiratory epithelium is the combination DMEM / HamsF12 (about 3/1), with different additives (EGF, cholera toxin, insulin, hydrocortisone, transferrin, selenium, Bovine pituary extract, antibiotics (e.g., penicillin / streptomycin), preferred (Usui S et al., Ann Otol Rhinol Laryngol 2000, 109, 271-277).
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung funktionellen autologen artifiziellen Epithels, bei dem man
- a) einem Patienten entnommenes Epithel auf der Matrix einer beschriebenen Vorrichtung ansiedelt,
- b) während einer Proliferationsphase eine submerse Kultur des Epithels durchführt,
- c) während einer Differenzierungsphase eine Liquid-Air-Kultur mit der beschriebenen Vorrichtung durchführt.
- a) locating epithelium taken from a patient on the matrix of a described device,
- b) performing a submerged culture of the epithelium during a proliferative phase,
- c) performs a liquid-air culture with the described device during a differentiation phase.
Der Patient kann dabei sowohl ein menschlicher Patient als auch ein Tier sein.Of the Patient can be both a human patient and a Be an animal.
Die
Apparatur, die im Rahmen dieser Erfindung zur automatischen Regelung
der Höhe
des Kulturmediums in dem Kulturgefäß verwendet werden kann, kann
eine elektronische Regelung des Füllstands mit Medium umfassen
(vgl. z.B.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Apparatur jedoch so ausgebildet, dass die gewünschte Höhe des Mediums in dem Kulturgefäß einstellbar ist, da so besondere Vorteile, besonders hinsichtlich der gewünschten Abfolge von submerser und Liquid-Air-Kultur von Epithelzellen erreicht werden können.In a preferred embodiment However, the apparatus is designed so that the desired height of the medium adjustable in the culture vessel is because of such special advantages, especially with regard to the desired Sequence of submerged and liquid-air culture of epithelial cells is reached can be.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Kit, das die Vorrichtung zur Liquid-Air-Kultur von Epithelzellen umfaßt, wobei die Vorrichtung eine Apparatur zur automatischen Regelung der Höhe der Oberfläche des Mediums umfasst, und zusätzlich Instruktionen zur Durchführung der Liquid-Air-Kultur und, optional, mehrere Ersatzmatrizes umfaßt.object The invention also relates to a kit comprising the device for liquid-air culture of epithelial cells, the device being an automatic control device the height the surface of the medium, and in addition Instructions for implementation liquid-air culture and, optionally, multiple replacement matrices.
Gegenüber dem Stand der Technik weist die vorliegende Erfindung vielfältige Vorteile auf. Die beschriebenen Vorrichtungen, die die Matrix in die Grenzschicht zwischen Medium und Luft einbringen und damit eine Liquid-Air-Kultur erlauben, machen es möglich, bisher bestehende Beschränkungen hinsichtlich der Größe und Beschaffenheit der Matrix zu überwinden. Damit kann nun Epithel in vitro kultiviert werden, das besonders für die Transplantation geeignet ist. Die reversible Verbindung der Matrix mit dem Rest der Vorrichtung erlaubt es, die bewachsene Matrix direkt für eine Transplantation zu verwenden.Compared to the Prior art, the present invention has many advantages on. The devices described, the matrix in the boundary layer between medium and air and thus a liquid-air culture allow, make it possible existing restrictions in terms of size and texture to overcome the matrix. Thus, epithelium can now be cultured in vitro, especially for the Transplant is suitable. The reversible connection of the matrix with the rest of the device it allows the overgrown matrix directly for one To use transplant.
Es hat sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung gezeigt, dass es zur Durchführung der Liquid-Air-Kultur besonders vorteilhaft ist, wenn man den Füllstand des Mediums im Kulturgefäß regelt.It In the context of the present invention, it has been shown that it is suitable for execution The liquid-air culture is particularly advantageous, if the level of the medium in the culture vessel.
Die Erfindung betrifft daher ferner eine Vorrichtung zur Regelung des Füllstandes des Mediums in einem Kulturgefäß (Regelungsapparatur), bei der der gewünschte Füllstandes des Mediums einstellbar ist, sowie die Verwendung dieser Vorrichtung zur Zell- oder Gewebekultur. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Durchführung einer Liquid-Air-Kultur unter Verwendung einer erfindungsgemäßen, nachfolgend eingehender beschriebenen Vorrichtung.The The invention therefore further relates to a device for regulating the filling level of the medium in a culture vessel (control apparatus), at the desired filling level the medium is adjustable, as well as the use of this device for cell or tissue culture. Furthermore, the invention relates to a method to carry out a liquid-air culture using an inventive, hereinafter in more detail described device.
Diese Vorrichtung ist besonders zur Perfusionskultur (kontinuierlicher Zufluß und Abfluß von Medium) geeignet und wurde auf der Grundlage gebräuchlicher Zellkulturgefäße entwickelt. Ein automatischer, kontinuierlicher Austausch von Medium hat gegenüber einem diskontinuierlichen Mediumwechsel bei visueller Kontrolle bei der Zellkultur mehrere Vorteile, die sich insbesondere bei längeren Kulturzeiten mit öfterem Medienwechsel bemerkbar machen. Einen Vorteil stellt die optimale, konstante Versorgung mit Nährstoffen und der konstante Abtransport von toxischen Stoffwechselprodukten dar. Ein kontinuierlicher Mediumaustausch erlaubt eine besonders dichte Kultur von Zellen. Ein diskontinuierlicher Mediumwechsel beeinflußt viele vor allem empfindliche Zellen negativ, da Schwankungen in Nährstoffkonzentration, pH-Wert, Temperatur und weiteren Faktoren auftreten können. Die Zellen werden bei kontinuierlichem Austausch von Medium eher unter Bedingungen kultiviert, die physiologischen Bedingungen ähneln.These Device is especially for perfusion culture (continuous Inflow and Outflow from Medium) and became more common on the basis Cell culture vessels developed. An automatic, continuous exchange of medium has over one discontinuous medium change with visual control at the Cell culture has several advantages, especially in longer culture times more often Make media change noticeable. An advantage is the optimal, constant supply of nutrients and the constant removal of toxic metabolic products dar. A continuous medium exchange allows a special dense culture of cells. A discontinuous medium change affected many especially sensitive cells are negative, since fluctuations in Nutrient concentration, pH, temperature and other factors may occur. The Cells become more subject to conditions with continuous exchange of medium cultured, which resemble physiological conditions.
Ein weiterer Vorteil insbesondere bei länger andauernden Kultivierungen einer kontinuierlichen Kultur mit definierter Medienhöhe besteht darin, dass durch Wegfall des häufigen Öffnens des Kulturgefäßes zum diskontinuierlichen Medienwechsel die Gefahr der Kontamination sinkt.One further advantage, especially in longer-lasting cultivations a continuous culture with defined media height in that by eliminating the frequent opening of the Culture vessel for discontinuous media change reduces the risk of contamination.
Ein dritter Vorteil der kontinuierlichen Kultur im Gegensatz zur diskontinuierlichen Variante bei längeren Kulturzeiten besteht darin, daß der Arbeitsaufwand reduziert ist.One third advantage of continuous culture as opposed to discontinuous Variant for longer Culture times is that the Workload is reduced.
Ein besonderer Vorteil ergibt sich bei der Zellkultur, wenn beim Austausch von Medium die Höhe der Oberfläche des Mediums konstant gehalten werden kann. Dies ist bei diskontinuierlichem Mediumwechsel z.B. wegen möglicher Verdunstung nicht immer gewährleistet. Prinzipiell ist eine konstante Höhe der Oberfläche des Mediums für jede Zellkultur wichtig, um ein optimales Verhältnis von Mediumvolumen zu dem Gasraum über dem Medium und damit einen optimalen Gasaustausch zu erlauben. Für einige spezielle Anwendungen, wie z.B. die Liquid-Air-Kultur, ist eine genaue Regulation der Höhe jedoch besonders wichtig.One particular advantage arises in the cell culture, when replacing from medium to height the surface of the medium can be kept constant. This is discontinuous Medium change e.g. because of possible Evaporation is not always guaranteed. In principle, a constant height the surface the medium for Every cell culture important to maintain an optimal ratio of medium volume over the gas space allow the medium and thus an optimal gas exchange. For some special applications, e.g. the liquid-air culture, is one exact regulation of altitude but especially important.
Eine
Apparatur zur automatischen Regelung des Füllstandes des Kulturmediums
in dem Kulturgefäß kann eine
elektronische Regelung des Füllstands mit
Medium umfassen (vgl. z.B.
Probleme ergeben sich jedoch bei der Verwendung einer solchen Apparatur dann, wenn die gewünschte Höhe der Oberfläche des Mediums variabel sein soll, z.B. um verschiedene Kultur bedingungen bei einer submersen und einer nachfolgenden Liquid-Air-Kultur von Epithelzellen, bei der die Zellen an der Grenzfläche zwischen Medium und Luft kultiviert werden sollen, zu erreichen.Problems arise, however, in the use of such an apparatus when the desired height of the surface of the medium should be variable, for example, to different culture conditions in a submerged and a subsequent Li Quid-air culture of epithelial cells, in which the cells are to be cultivated at the interface between medium and air.
Mit der im Rahmen der vorliegenden Erfindung bereitgestellten und verwendet Vorrichtung, bei der der gewünschte Füllstands des Mediums in dem Kulturgefäß einstellbar ist, kann in vorteilhafter Weise die erfindungsgemäße Liquid-Air-Kultur durchgeführt werden.With the provided and used in the context of the present invention Device in which the desired level of the medium in the culture vessel adjustable is, advantageously, the inventive liquid-air culture be performed.
Um die gewünschte Höhe des Füllstands eines Kulturgefäßes mit Kulturmedium einzustellen, wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die ein Kulturgefäß zur Zell- und Gewebekultur umfaßt, das mindestens einen Zufluß und mindestens einen Abfluß für Medium umfaßt, wobei die Höhe der Abflußöffnung(en) innerhalb des Kulturgefäßes verstellbar ist.Around the desired Height of level a culture vessel with Culture medium, a device is provided, which is a culture vessel for cell and tissue culture, the at least one inflow and at least one outlet for medium comprises being the height the drain opening (s) adjustable within the culture vessel is.
Unter „Kulturgefäß zur Zell- und Gewebekultur" wird im Rahmen dieser Anmeldung jedes Gefäß verstanden, dass zur Kultur von Zellen oder Gewebe, bevorzugt eukaryontischen Zellen bzw. Geweben, geeignet ist. Das Kulturgefäß besteht bevorzugt aus einem Material, das für die Kultur von Zellen geeignet ist, insbesondere aus einem zur Zellkultur beschichteten Kunststoff oder Glas. Bevorzugt hat das Kulturgefäß die Grundform einer Petrischale, aber auch andere Formen, z.B. ein rechteckiger Grundriß oder die Form von Zellkulturflaschen ist möglich. Das Kulturgefäß sollte so ausgeführt sein, dass eine sterile Kultur der Zellen möglich ist. Dafür sollte es steril verschließbar sein. Bevorzugt ist die visuelle und mikroskopische Kontrolle der Zellkultur in dem geschlossenen Kulturgefäß möglich. Dazu muß das Kulturgefäß zumindest teilweise aus einem transparenten Material, etwa Glas oder Kunststoff, bestehen. In das Kulturgefäß wird, wie beschrieben, die Matrix für die Liquid-Air-Kultur eingebracht.Under "culture vessel for cell and tissue culture " in the context of this application each vessel understood that to the culture of cells or tissues, preferably eukaryotic cells or tissues is. The culture vessel consists preferably of a material suitable for the culture of cells, in particular from a plastic coated for cell culture or Glass. Preferably, the culture vessel has the basic shape of a Petri dish, but also other forms, e.g. a rectangular plan or the shape of cell culture bottles is possible. The culture vessel should so executed be that a sterile culture of the cells is possible. For that should it is sterile lockable be. Preferred is the visual and microscopic control of Cell culture in the closed culture vessel possible. For this, the culture vessel must at least partly made of a transparent material, such as glass or plastic, consist. Into the culture vessel becomes, as described, the matrix for introduced the Liquid-Air culture.
Bevorzugt umfaßt das Kulturgefäß einen Zufluß und einen Abfluß mit einer Abflußöffnung. Sind z.B. mehrere Abflüsse enthalten, so muss für eine Regelung des Füllstandes mindestens die Höhe der untersten Abflußöffnung verstellt werden. Die Höhe mehrerer Abflüsse kann selbstverständlich auch gemeinsam verstellt werden.Prefers comprises the culture vessel one Inflow and a drain with a drain opening. Are e.g. several outlets included, so must a control of the level at least the height the bottom drainage adjusted become. The height of several outflows of course also be adjusted together.
Unter „Medium" wird im Rahmen dieser Anmeldung jede Flüssigkeit verstanden, die in dem Gefäß zur Kultur von Zellen enthalten ist, und deren Füllhöhe eingestellt werden soll. Dabei wird es sich bevorzugt um ein klassisches Zellkulturmedium, wie z.B. DMEM, RPMI-Medium, Iscove's Medium, etc. handeln, gegebenenfalls mit Zusätzen wie z.B. Fetalem Kälberserum, Wachstumsfaktoren oder Antibiotika. Unter Medium wird jedoch auch eine andere, im Allgemeinen für die Zellkultur verträgliche Flüssigkeit wie z.B. PBS (Phosphate buffered saline) verstanden. Auch Lösungen etwa zum Ablösen von Zellen, wie z.B. Trypsin/EDTA werden im Rahmen dieser Erfindung als Medium bezeichnet, da die Regelungsapparatur auch besonders zum Wechseln von Flüssigkeiten in dem Kulturgefäß geeignet ist. Auch ein gradueller Austausch von verschiedenen Kulturmedien kann damit vorgenommen werden.Under "Medium" is under this Registration every liquid understood in the vessel to culture is contained by cells, and whose fill height is to be adjusted. It is preferably a classic cell culture medium, such as. DMEM, RPMI medium, Iscove's medium, etc., if appropriate with additives such as. Fetal calf serum, Growth factors or antibiotics. Under medium, however, will another, in general for the cell culture compatible Liquid like e.g. PBS (Phosphate buffered saline) understood. Also solutions about to detach of cells, e.g. Trypsin / EDTA are within the scope of this invention referred to as medium, since the control apparatus also special for changing liquids suitable in the culture vessel is. Also, a gradual exchange of different culture media can be made with it.
Insbesondere wird eine Vorrichtung verwendet, bei der die Abflußöffnung Teil eines Abflußstutzens ist. Die Abflußöffnung ist die Öffnung des Abflußstutzens, die sich im Inneren des Kulturgefäßes befindet. Der Abflußstutzen ist zum Durchleiten von Flüssigkeiten geeignet. Im Allgemeinen ist der Abflußstutzen ein Rohr oder Schlauch. Bevorzugt hat der Abflußstutzen einen runden Innenquerschnitt. Die Abflußöffnung befindet sich bevorzugt an einem Ende des Abflußstutzens, sie kann jedoch, bei einem verschlossenen Ende, auch seitlich angebracht sein. Dies kann sinnvoll sein, wenn erwünscht ist, dass der Füllstand des Mediums nicht beliebig einstellbar ist, sondern z.B. immer ein gewisser Mindest-Füllstand vorliegen soll. In diesem Fall kann ein Teil des Abflußstutzens als Abstandshalter dienen.Especially a device is used where the drain port is part a drain neck is. The drain hole is the opening the outlet nozzle, which is located inside the culture vessel. The spout is for passing liquids suitable. In general, the spout is a pipe or hose. Preferably, the outlet nozzle has a round inner cross section. The discharge opening is preferably at one end of the outlet, However, it can also be attached laterally with a closed end be. This may be useful if it is desired that the level of the medium is not arbitrarily adjustable, but e.g. always a certain minimum levels are available should. In this case, a part of the discharge nozzle as a spacer serve.
Der Abflußstutzen ist bevorzugt durch eine Dichtung in einer Wand des Kulturgefäßes geführt. Als Wand des Kulturgefäßes wird die gesamte Hülle des Kulturgefäßes bezeichnet, also die Seitenwand oder Seitenwände sowie Oberseite und Unterseite des Kulturgefäßes, d.h. auch Deckel (soweit z.B. die Oberseite als abnehmbarer Deckel ausgebildet ist) und Boden.Of the outlet connection is preferably guided by a seal in a wall of the culture vessel. When Wall of the culture vessel becomes the entire shell of the Culture vessel denotes, So the side wall or side walls and the top and bottom of the culture vessel, i. also cover (as far as e.g. the top is designed as a removable lid) and bottom.
Eine Dichtung liegt an dem Abflußstutzen an und sorgt für einen Abschluß gegenüber der Wand des Kulturgefäßes. Eine Dichtung sorgt daher, soweit sie sich bei Gebrauch der Vorrichtung zur Zellkultur in dem Bereich befindet, der nicht mit Medium gefüllt ist, für einen sterilen Abschluß gegenüber der Außenseite des Kulturgefäßes, die nicht steril sein muß. Befindet sich die Dichtung in dem Bereich, der mit Medium gefüllt ist, muss die Dichtung weiterhin ein Auslaufen des Mediums verhindern, also einen gegenüber dem Medium dichten Abschluß bilden. Bevorzugt ist die verwendete Dichtung für beide Zwecke geeignet.A Seal is located on the outlet and take care of a conclusion to the Wall of the culture vessel. A Seal therefore provides, as far as they are in use of the device for cell culture in the area that is not filled with medium, for a sterile conclusion to the outside of the culture vessel, the does not have to be sterile. If the seal is in the area filled with media, the seal must continue to prevent leakage of the medium, So one opposite form the medium tight seal. Preferably, the seal used is suitable for both purposes.
Eine einfache Form einer solchen Dichtung ist elastisch und liegt daher sowohl an dem Abflußstutzen als auch dem Kulturgefäß an. Dichtungen aus Gummi oder Silikon sind dem Fachmann gut bekannt. Auch ein möglicherweise gefetteter Glasschliff o.ä. kann jedoch geeignet sein, soweit ein gegenüber Medium dichter Abschluß nicht erforderlich ist. Die Dichtung hat eine geeigneter Größe, so dass der Abflußstutzen in ihr beweglich ist.A simple form of such a seal is elastic and therefore lies both at the outlet connection as well as the culture vessel. Seals off Rubber or silicone are well known to those skilled in the art. Also a possible greased ground glass or similar However, it may be suitable, as far as a close to medium tight conclusion is required. The seal has a suitable size, so that the outlet pipe is movable in it.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abflußstutzen in vertikaler Richtung beweglich durch die Unter- oder Oberseite des Kulturgefäßes geführt. Bevorzugt ist der Abflußstutzen durch eine Dichtung an der Oberseite des Kulturgefäßes ge führt. Die Oberseite des Kulturgefäßes kann, beispielsweise bei einer Petrischale, ein Deckel sein.In a preferred embodiment, the discharge nozzle is movably guided in the vertical direction through the lower or upper side of the culture vessel. Preferably, the discharge nozzle is through a Seal at the top of the culture vessel ge leads. The top of the culture vessel may be, for example, a Petri dish, a lid.
Bevorzugt ragt der Abflußstutzen aus dem Kulturgefäß und über die Dichtung heraus. Dann kann der Abflußstutzen und mit ihm die Höhe der Abflußöffnung besonders leicht verschoben werden, ohne dass dafür ein Öffnen des Gefäßes notwendig wäre, das stets mit der Gefahr von Kontamination verbunden ist. Die Länge, um die der Abflußstutzen herausragt, ist bei einer vertikalen Beweglichkeit des Abflußstutzens davon abhängig, wie die Höhe der Abflußöffnung eingestellt ist. Die Länge, um die der Abflußstutzen maximal oder minimal aus dem Kulturgefäß herausragen kann, beeinflußt, wie weit die Höhe des Füllstandes des Mediums in dem Kulturgefäß verstellt werden können soll. Bevorzugt ist diese Höhe beliebig einstellbar. Der Ablaufstutzen sollte also so lang sein, dass er bei jeder Einstellung aus dem Kulturgefäß und über die Dichtung herausragt.Prefers the spout protrudes from the culture vessel and over the Seal out. Then the outlet pipe and with it the height of the drain opening can be especially be easily moved without it would be necessary to open the vessel, the always associated with the risk of contamination. The length, um which protrudes the spout, is dependent on a vertical mobility of the discharge spout thereof, such as the height set the discharge opening is. The length, around the spout may protrude maximally or minimally from the culture vessel, such as far the height the level of the medium in the culture vessel adjusted can be should. This height is preferred freely adjustable. So drainpipe should be so long that it sticks out of the culture vessel and over the seal at every setting.
Es kann sinnvoll sein, den Abflußstutzen, beispielsweise mit einem Anschlag unterhalb und/oder oberhalb der Gefäßwand bzw. der Dichtung so auszugestalten, dass ein versehentliches zu starkes Hineinschieben und/oder völliges Herausziehen des Abflußstutzens verhindert wird.It may be useful, the spout, for example with a stop below and / or above the vessel wall or To design the seal so that an accidental too strong Slide in and / or complete Pull out the drain neck is prevented.
In einer Ausführungsform ist die Dichtung ein elastisches Schlauchstück, das mit seinem unteren Ende mit einer an der Oberseite des Kulturgefäßes angebrachten Halterung verbunden ist. Diese Halterung kann unterschiedlich ausgebildet sein, möglich ist z.B. ein nach oben gerichteter Rand um eine Öffnung herum, auf die das Schlauchstück aufgeschoben werden kann. Die Halterung kann aus dem gleichen Material wie das Kulturgefäß oder auch aus einem anderen geeigneten Material bestehen. Die Halterung kann homogen aus dem Material der Oberseite des Kulturgefäßes gezogen sein (z.B. aus Glas) oder aus dem gleichen oder einem anderen geeigneten Material zweck entsprechend geformt und über ein Loch in der Oberseite luftdicht aufgeklebt sein (z.B. mit Silikonkleber, Epoxidharzkleber). An dem oberen Ende des Schlauchstückes liegt dieses an dem Teil des Abflußstutzens, der aus dem Kulturgefäß herausragt, an.In an embodiment the seal is an elastic piece of tubing, with its lower end with a mounted on the top of the culture vessel holder connected is. This holder can be designed differently be possible e.g. an upwardly directed edge around an opening, onto which the tube piece is pushed can be. The holder can be made of the same material as the Culture vessel or else made of another suitable material. The holder can homogeneously drawn from the material of the top of the culture vessel its (e.g., glass) or the same or another suitable one Material purpose appropriately shaped and a hole in the top airtight (e.g., with silicone glue, epoxy glue). At the upper end of the hose piece this is located on the part the outlet nozzle, which protrudes from the culture vessel, at.
Eine
Vorrichtung, die ein derartiges Kulturgefäß umfaßt, ist schematisch in
Nach dem gleichen Prinzip, allerdings mit einer schrägen Halterung und Führung des Abflußstutzens, ist es auch möglich, den Abflußstutzen durch eine Seitenwand des Kulturgefäßes zu führen, und zwar bevorzugt so, dass der Abflußstutzen von schräg oben in das Kulturgefäß hineinragt.To the same principle, but with an oblique support and guidance of the Drain spout, it is also possible the outlet through a side wall of the culture vessel, and preferably so, that the outlet nozzle from oblique protrudes into the top of the culture vessel.
Alternativ ist die Vorrichtung so ausgebildet, daß die Abflußöffnung Teil eines Abflußstutzens ist, der einen fest mit dem Kulturgefäß verbundenen, nicht beweglichen Teil umfaßt, der in das Innere des Kulturgefäßes hineinragt, sowie ein Schlauchstück, das als beweglicher Teil des Abflußstutzens auf den nicht beweglichen Teil aufgesteckt ist und die Abflußöffnung umfaßt. In dieser Ausführungsform der Apparatur, wie auch in anderen denkbaren Ausführungsformen, muss die Dichtung nicht separat ausgebildet sein, da ihre Funktion von dem Abflußstutzen selbst wahrgenommen wird. Die Höhe der Abflußöffnung ist verstellbar, indem der bewegliche Teil mehr oder weniger weit auf den unbeweglichen Teil aufgesteckt wird. Die Höhe ist bei dieser Ausführungsform nicht von außen, sondern von innerhalb des Kulturgefäßes verstellbar. Dazu kann bespielsweise eine sterile Pinzette verwendet werden, um die Sterilität der Innenseite des Gefäßes zu gewährleisten. Sofern das Gefäß einen abnehmbaren Deckel hat, kann dieser für das Einstellen abgenommen werden, aber auch z.B. durch die Öffnung einer Zellkulturflasche ist ein solches Einstellen möglich. Allgemein ist ein Einstecken in ein verbundenes Teil einem Aufstek ken auf ein verbundenes Teil äquivalent, wobei ein Durchfluß des Mediums gewährleistet sein muß.alternative the device is designed so that the drain opening part of a discharge spout which is a non-moving one firmly attached to the culture vessel Part includes, which protrudes into the interior of the culture vessel, and a piece of tubing that as a movable part of the outlet nozzle is attached to the non-moving part and includes the drain opening. In this embodiment the apparatus, as in other possible embodiments, the seal does not have to be formed separately, as its function from the spout yourself is perceived. The height the discharge opening is adjustable, by the moving part more or less on the immovable Part is plugged. The height is in this embodiment not from the outside, but adjustable from within the culture vessel. This can For example, a sterile pair of tweezers can be used to control the sterility of the inside to ensure the vessel. If the vessel has a Removable lid, this can be removed for setting be, but also e.g. through the opening of a cell culture bottle is such an adjustment possible. Generally, plugging into a connected part is an Aufstek ken equivalent to a connected part, wherein a flow of the medium guaranteed have to be.
Bevorzugt
ragt der Abflußstutzen
von oben oder von unten in das Innere des Kulturgefäßes hinein.
In diesem Fall sollten beweglicher und unbeweglicher Teil des Ablaufstutzens
eine gerade Grundform haben. Alternativ kann der unbewegliche Teil
des Ablaufstutzens von einer Seitenwand aus in das Innere des Kulturgefäßes hineinragen
und gewinkelt oder gebogen sein, wobei der bewegliche Teil eine
gerade Form hat. Eine Vorrichtung, die ein derartiges Kulturgefäß umfaßt, ist
schematisch in
In einer alternativen Ausführungsform ist die Abflußöffnung Teil eines Abflußstutzens, der gewinkelt oder gebogen ist und durch eine Seitenwand des Kulturgefäßes geführt ist, wobei die Höhe der Abflußöffnung durch eine Drehung des Abflußstutzens einstellbar ist. Bevorzugt ist ein Winkel von ca. 90°. Wenn der Abflußstutzen durch eine Dichtung geführt ist und über die Wand des Kulturgefäßes und die Dichtung hinausragt, kann die Höhe der Abflußöffnung von außen eingestellt werden.In an alternative embodiment is the drain opening part a drain spout, which is angled or bent and passed through a side wall of the culture vessel, being the height the drain opening a rotation of the outlet nozzle is adjustable. An angle of about 90 ° is preferred. If the outlet connection is guided by a seal and over the wall of the culture vessel and the seal protrudes, the height of the drain opening of Outside be set.
Alternativ kann die Abflußöffnung Teil eines Abflußstutzens sein, der einen geraden, fest mit dem Kulturgefäß verbundenen, nicht beweglichen Teil umfaßt, der in das Innere des Kulturgefäßes hineinragt, sowie ein gewinkeltes oder gebogenes Schlauchstück, das als beweglicher Teil des Abflußstutzens auf den nicht beweglichen Teil aufgesteckt ist und die Abflußöffnung umfaßt. Dann ist die Höhe der Abflußöffnung, wie oben beschrieben, z.B. mit einer Pinzette, durch Drehung des beweglichen Teils einstellbar.alternative can the drain opening part a drain neck be a straight, firmly attached to the culture vessel, non-moving Part includes, which protrudes into the interior of the culture vessel, as well an angled or bent piece of tubing, as a moving part of the drain neck the non-movable part is plugged and the drain opening comprises. Then is the height the drainage opening, as described above, e.g. with tweezers, by turning the movable part adjustable.
Will man vermeiden, dass bei Verwendung der Regelungsapparatur das zugeführte Medium die Oberfläche des Mediums stört, was z.B. für eine Liquid-Air-Kultur nachteilig sein kann, oder dass Medium bei der Zufuhr an Seitenwände oder Oberseite des Kulturgefäßes spritzt, so sollte das Kulturgefäß so ausgebildet sein, dass der Zufluß bzw. die Zuflußöffnung unterhalb der Öffnung des Abflusses liegt, die den Füllstand des Kulturgefäßes mit Medium bestimmt. Die Zuflußöffnung kann direkt eine Öffnung in der Wand des Kulturgefäßes sein, gegebenenfalls mit einer Halterung für einen zu befestigenden Schlauch oder eine Rohrverbindung. Die Zuflußöffnung kann jedoch auch Teil eines Zuflußstutzens sein, der durch eine Wand des Kulturgefäßes geführt ist, gegebenenfalls durch eine Dichtung oder damit fest verbunden. Bevorzugt ist ein Zuflußstutzen nahe dem Boden des Gefäßes durch eine Dichtung in einer Seitenwand geführt. Ein Zuflußstutzen kann, wenn z.B. eine Petrischale oder ein anderes genormtes Kulturgefäß verwendet wird, auch durch den Deckel geführt werden. Wenn auch der Abflußstutzen durch den Deckel geführt wird, kann ein solcher Deckel, der den für die Erfindung wesentlichen Abfluß und Zufluß umfaßt, in Kombination mit jedem passenden Petrischalen-Unterteil oder dazu passenden genormten Unterteil verwendet werden.One wants to avoid that when using the control apparatus, the medium supplied interferes with the surface of the medium, which may be disadvantageous for a liquid-air culture, for example, or that medium injected during supply to side walls or top of the culture vessel, the culture vessel should be designed so that the inflow or the inflow opening is below the opening of the outflow, which determines the level of the culture vessel with medium. The inflow opening may be directly an opening in the wall of the culture vessel, optionally with a holder for a hose to be fastened or a pipe connection. However, the inflow opening may also be part of a Zuflußstutzens, which is guided through a wall of the culture vessel, optionally by a seal or firmly connected. Preferably, a Zuflußstutzen near the bottom of the vessel is guided by a seal in a side wall. A feeder, if, for example, a Petri dish or other standard culture vessel is used, can also be passed through the lid. While the spout is also routed through the lid, such a lid, which includes the effluent and influent essential to the invention, may be used in combination with any suitable bottom Petri dish or matching standard bottom.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung, die ferner ein Vorratsgefäß mit frischem Medium umfaßt, das mit dem Zufluß verbunden ist, und die ferner ein Gefäß zum Sammeln alten Mediums umfaßt, das mit dem Abfluß verbunden ist. Bei Verwendung der Vorrichtung stehen diese Gefäße bevorzugt gekühlt. Alternativ kann das Vorratsgefäß mit frischem Medium aber auch z.B. bei der gewünschten Temperatur der Zellkultur aufbewahrt werden, falls die Zellen empfindlich gegenüber Temperaturänderungen sind. Ein Sammelgefäß ist nicht unbedingt notwendig, da das alte Medium, das in Kontakt mit den Zellen war, auch sofort verworfen werden kann.object The invention also relates to a device, which further comprises a storage vessel with fresh Medium comprises, that connected to the inflow is, and further a collecting vessel includes old medium that connected to the drain is. When using the device, these vessels are preferred cooled. Alternatively, the storage vessel with fresh Medium but also e.g. at the desired temperature of the cell culture be kept if the cells are sensitive to temperature changes are. A collection vessel is not absolutely necessary, because the old medium, in contact with the Cells was, can also be discarded immediately.
Die jeweilige Verbindung zwischen Zufluß und Abfluß und Vorrats- bzw. Sammelgefäß kann z.B. eine Rohrverbindung sein, bevorzugt sind wegen ihrer Flexibilität jedoch Schläuche. Die Vorrichtung umfaßt also bevorzugt ferner mindestens einen Schlauch, der mit einem Zufluß verbunden ist, und mindestens einen Schlauch, der mit einem Abfluß verbunden ist. Insbesondere ist mindestens ein an der Vorrichtung verwendeter Schlauch aus Silikon, bevorzugt alle verwendeten Schläuche.The respective connection between inflow and outflow and storage vessel may e.g. a pipe joint, but are preferred because of their flexibility Hoses. The device comprises Thus, further preferred at least one hose connected to an inflow is, and at least one hose connected to a drain is. In particular, at least one device used on the device Silicone hose, preferably all hoses used.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung, die ferner mindestens eine Pumpe umfaßt. Ein Pumpe kann den Zufluß des Mediums steuern, und eine zweite Pumpe, oder dieselbe Pumpe, den Abfluß des Mediums. Alternativ können Zufluß und Abfluß des Mediums auch z.B. durch Schwerkraft getrieben werden, indem das Vorratsgefäß mit neuem Medium über dem Kulturgefäß und das Sammelgefäß unter dem Kulturgefäß angeordnet wird.object The invention also relates to a device which further comprises at least one Pump includes. One Pump can be the inflow of the Control medium, and a second pump, or the same pump, the outflow of the medium. Alternatively you can Inflow and outflow of the medium also e.g. be driven by gravity by the reservoir with new medium above the Culture vessel and the Collection vessel under arranged the culture vessel becomes.
Damit bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Füllstand des Mediums in dem Kulturgefäß der Höhe der Abflußöffnung entspricht, darf – nach dem Füllen des Gefäßes zur gewünschten Höhe – die Menge zugeführten Mediums die Menge abgeführten Mediums nicht übersteigen, da sonst der Füllstand nicht konstant bleibt, sondern ansteigt. Daher muß die Menge zufließendes und abfließendes Mediums aufeinander abgestimmt werden. Nach dem ersten Füllen des Kulturgefäßes entspricht dann die Menge des abgeführten Mediums automatisch der Menge des zugeführten Mediums, da wegen des Konstruktionsprinzips der Vorrichtung nicht mehr Medium abgeführt als zugeführt werden kann. Der Fachmann wird unschwer, z.B. über die Leistung der Pumpen und/oder den Innendurchmesser der Schläuche, Zuflußöffnung(en), Abflußöffnung(en), Abflußstutzen etc., die Menge des zugeführten oder abgeführten Mediums so einstellen können, dass nicht zuviel Medium zugeführt wird.In order to when using the device according to the invention the level of the medium in the culture vessel corresponds to the height of the outlet, may - after To fill of the vessel to desired Height - the amount supplied Media discharged the crowd Do not exceed medium otherwise the level does not remain constant, but rises. Therefore, the amount must inflowing and effluent Medium coordinated. After the first filling of the Culture vessel corresponds then the amount of the discharged Media automatically the amount of medium supplied, because of the Construction principle of the device no longer drained medium as supplied can be. The skilled person will easily, e.g. about the performance of the pumps and / or the inner diameter of the hoses, inflow opening (s), outflow opening (s), outlet connection etc., the amount of supplied or discharged Can set media so that not too much medium is supplied becomes.
Bevorzugt sind die Zuflußöffnung(en) und die Abflußöffnung(en), der/die Abflußstutzen, Schläuche und Pumpenleistung(en) der Vorrichtung so ausgestaltet und aufeinander abgestimmt, dass die Menge des abführbaren Mediums mindestens so groß wie oder größer ist als die Menge des zuführbaren Medi ums. Bevorzugt ist die Kapazität aller Abflüsse größer als die Kapazität aller Zuflüsse.Prefers are the inflow opening (s) and the drainage opening (s), the spout (s), Hoses and Pump power (s) of the device designed and successive agreed that the amount of the dischargeable medium at least as big as or is larger as the amount of feedable Medi ums. Preferably, the capacity of all outflows is greater than the capacity all tributaries.
Bevorzugt sind Zufluß und Abfluß von Medium über dieselbe Schlauchpumpe gekoppelt. Das Funktionsprinzip der Schlauchpumpe beruht auf dem Abdrücken oder Abquetschen eines flexiblen Pumpenschlauches an einer oder mehreren Stellen und durch Bewegung der abgedrückten Stelle in gewünschter Förderrichtung der Flüssigkeit. Die Bewegung der abgedrückten Stelle wird mit Hilfe eines Pumpenrotors realisiert, an dessen Umfang sich walzenförmige Rotorrollen befinden. Die Rotordrehzahl (Bewegungsgeschwindigkeit der abgedrückten Stelle) und der Innendurchmesser des Schlauches bestimmen die Förderleistung. Bei einem gleichen Innendurchmesser von Schläuchen, die auf dieselbe Schlauchpumpe aufgespannt sind, ist die Förderleistung also gleich.Prefers are inflow and Outflow from Medium over coupled the same peristaltic pump. The operating principle of the peristaltic pump is based on the impression or squeezing a flexible pump hose to one or several places and by movement of the depressed spot in desired conveying direction the liquid. The movement of the oppressed Place is realized by means of a pump rotor, on its circumference itself cylindrical Rotor rollers are located. The rotor speed (movement speed the oppressed Position) and the inner diameter of the hose determine the delivery rate. For the same inner diameter of tubing, the same peristaltic pump spanned, is the production capacity that's the same.
Bevorzugt ist daher der Innendurchmesser des mit dem Abfluß verbundenen Schlauches mindestens so groß ist wie der Innendurchmesser des mit dem Zufluß verbundenen Schlauches. Besonders bevorzugt ist der Innendurchmesser des mit dem Abfluß verbundenen Schlauches größer als der Innendurchmesser des mit dem Zufluß verbundenen Schlauches, da ein als gleich angegebener Innendurchmesser praktisch oft zu Problemen führt, da die Durchmesser der Schläuche, die im allgemeinen als Zu- oder Abflüsse verwendet werden, oft nicht exakt gleich sind.Preferably, therefore, the inner diameter of the hose connected to the drain is at least as large as the inner diameter of the hose connected to the inflow. More preferably, the inner diameter of the tubing connected to the drain is greater than the inner diameter of the tubing connected to the tubing, since an inner diameter indicated as equal is often a problem since the diameters of the tubing are generally used as inflows or outflows , often not exactly are the same.
Wenn die Regelung des Zu- bzw. Abflusses über eine Schlauchpumpe (oder mehrere Schlauchpumpen mit der gleichen Pumpleistung) erfolgt, so ist hierbei der Durchmesser der Pumpschläuche in der Schlauchpumpe entscheidend, so dass hier der „abpumpende" Schlauch einen etwas größeren Durchmesser als der „zupumpende" Schlauch haben sollte. Die sonstigen Schläuche (z.B. von Vorratsgefäßen zur Pumpe, von der Pumpe zum Kultur gefäß) sollten möglichst einen etwas größeren Durchmesser als die Pumpschläuche haben.If the regulation of inflow or outflow via a peristaltic pump (or several peristaltic pumps with the same pump power), so Here, the diameter of the pump tubing in the hose pump is crucial, so here's the "pumping" hose a bit larger diameter as the "zupumpende" hose should have other hoses (e.g., from storage vessels to Pump, from the pump to culture vessel) should be possible a slightly larger diameter as the pump tubing to have.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dazu geeignet, zur Zell- und Gewebekultur verwendet zu werden. Gegenstand der Erfindung ist daher die Verwendung der Vorrichtung zur Zell- und Gewebekultur, sowie ein Verfahren zur Zell- oder Gewebekultur, bei dem man die Kultur in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung durchführt. Zur Kultur der Zellen wird das Kulturgefäß bevorzugt in einen geeigneten Inkubator eingebracht, dessen Temperatur und CO2-Gehalt für die kultivierten Zellen optimal eingestellt werden kann. Die Zell- und Gewebekultur umfaßt dabei bevorzugt eine Liquid-Air-Kultur, besonders die Liquid-Air-Kultur von Epithelzellen. Bei der Liquid-Air-Kultur, z.B. der Liquid-Air-Kultur von Epithel, sind die Zellen an eine Matrix angeheftet, die in die Grenzschicht zwischen Medium und Luft eingebracht werden kann. Die an eine Matrix gebundenen oder adhärierten Zelle können auch, entweder auf dem Boden des Kulturgefäßes liegend oder durch eine Vorrichtung über dem Boden des Kulturgefäßes gehalten, submers kultiviert werden.The device according to the invention is suitable for use in cell and tissue culture. The invention therefore relates to the use of the apparatus for cell and tissue culture, as well as a method for cell or tissue culture, in which one carries out the culture in a device according to the invention. For culture of the cells, the culture vessel is preferably introduced into a suitable incubator whose temperature and CO 2 content can be optimally adjusted for the cultured cells. The cell and tissue culture preferably comprises a liquid-air culture, especially the liquid-air culture of epithelial cells. In liquid-air culture, for example, the liquid-air culture of epithelium, the cells are attached to a matrix, which can be introduced into the boundary layer between medium and air. The cell bound or adhered to a matrix may also be cultured submerged, either on the bottom of the culture vessel or held by a device above the bottom of the culture vessel.
Für die optimale Kultur von Gewebe, z.B. zur Transplantation, ist die Versorgung mit Nährstoffen besonders wichtig, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung hierfür besonders geeignet ist. Verschiedene Gewebestücke können in einem Kulturgefäß, z.B. in einer Petrischale, kultiviert werden, die in verschiedene Kompartimente aufgeteilt ist. Diese verhindern nicht den Austausch von Medium, ermöglichen jedoch die gleichzeitige Kultivierung verschiedener definierter Gewebestücke ohne deren Vermischung. Kompartimentiert bedeutet, dass der Boden des Gefäßes durch Stege o.ä. so aufgeteilt ist, dass verschiedene Proben in die entstehenden Kompartimente („Tröge") platziert werden können und sich nicht bei Transport/Bewegung des Kulturgefäßes vermischen. Die Höhe der Stege ist so gehalten, dass sie deutlich unter der Höhe des Mediums liegt. Die Stege können verschiebbar angebracht sein. Die Kompartimentierung erlaubt die vergleichende Kultivierung z.B. von Zellen, die auf Matrizes aus verschiedenen Materialien adhärieren oder von verschiedener Gewebeproben unter ansonsten identischen Bedingungen und erlaubt die sichere Zuordnung der Proben. Verschiedene Proben können auch mit Hilfe von mehreren Vorrichtungen zum Einbringen von Matrizes für die Liquid-Air-Kultur in einem Kulturgefäß kultiviert werden, dessen Füllhöhe mit Medium über die beschriebene Regelungsapparatur gesteuert wird.For the optimal Culture of tissue, e.g. to transplant, is the supply especially with nutrients important, so that the device according to the invention for this particular suitable is. Various pieces of tissue may be placed in a culture vessel, e.g. in a Petri dish, cultivated in different compartments is divided. These do not prevent the exchange of medium, enable however, the simultaneous cultivation of various defined fabric pieces without their mixing. Compartmented means that the bottom of the Through Stages or similar is split so that different samples in the resulting Compartments ("troughs") are placed can and do not mix during transport / movement of the culture vessel. The height The webs are held so that they are well below the height of the medium lies. The webs can be slidably mounted. The compartmentalization allows the comparative cultivation e.g. of cells that are based on matrices adhere to different materials or from different tissue samples under otherwise identical Conditions and allows the safe assignment of samples. Various Samples can also with the aid of several devices for introducing matrices for the Liquid-air culture to be cultivated in a culture vessel whose Fill level with medium over the controlled control apparatus is controlled.
Die in den Abbildungen dargestellten Vorrichtungen illustrieren mögliche Ausführungsformen, die erfindungsgemäßen Vorrichtungen sind. jedoch nicht auf diese besonderen Ausführungsformen beschränkt. Weitere im Rahmen der Beschreibung offenbarte Ausführungsformen sind dem Fachmann leicht ersichtlich.The Devices illustrated in the drawings illustrate possible embodiments which Devices according to the invention are. however, not limited to these particular embodiments. Further Embodiments disclosed within the scope of the description are obvious to those skilled in the art seen.
Liste der Abbildungen:List of pictures:
Die
Abbildung zeigt- Komponenten der Vorrichtung von
Die Abbildung zeigt ein geöffnetes Kulturgefäß, hier eine Petrischale, in die eine Vorrichtung zur Aufnahme bzw. Ablage von Matrixmaterialien mit Zellen eingebracht werden kann. Die oben im Bild abgebildete Vorrichtung besteht aus einem Siebgewebe aus nichtrostendem Stahl, welches auf Metallfüßen steht.The Illustration shows an open one Culture vessel, here a Petri dish into which a device for storage or storage of matrix materials with cells can be introduced. The above Pictured in the image device consists of a mesh stainless steel, which stands on metal feet.
Im
Rahmen der folgenden Abbildungen, die die Vorrichtung zur Regelung
des Füllstandes
des Mediums in einem Kulturgefäß zeigen,
haben die verwendeten Bezugszahlen folgende Bedeutung:
- A: Gezeigt sind die Hauptkomponenten einer Ausführungsform des Systems, Schlauchpumpe, Vorrats- und Ablaufgefäß (üblicherweise im Kühlschrank) sowie das Kulturgefäß mit Absaugung des Mediums von oben.
- B: Die Abbildung zeigt im Detail ein geöffnetes Kulturgefäß (Petrischale) mit Absaugung von oben. In dem Gefäß können entweder direkt oder nach Einbringung einer geeigneten Vorrichtung z.B. indirekt auf einer Matrix Zellen kultiviert werden. Die gezeigten Kammern in der Petrischale verhindern nicht den Austausch von Medium, erlauben jedoch eine Kultur definierter Zellen oder Gewebe in den verschiedenen Kammern.
- C: Gezeigt ist ein geöffnetes Kulturgefäß (Petrischale) mit Absaugung von unten, in die z.B. eine Vorrichtung zur Aufnahme bzw. Ablage von Matrixmaterialien mit Zellen eingebracht werden kann. Die oben im Bild abgebildete Vorrichtung besteht aus einem Siebgewebe aus nichtrostendem Stahl, welches auf Metallfüßen steht.
- A: Shown are the main components of one embodiment of the system, peristaltic pump, storage and drainage vessel (usually in the refrigerator) and the culture vessel with suction of the medium from above.
- B: The picture shows in detail an opened culture vessel (Petri dish) with extraction from above. In the vessel, cells can be cultured either directly or after introduction of a suitable device, for example indirectly on a matrix. The chambers shown in the Petri dish do not prevent the exchange of medium, but allow a culture of defined cells or tissues in the various chambers.
- C: Shown is an opened culture vessel (Petri dish) with suction from below into which eg a device for receiving or depositing matrix materials with cells can be introduced. The device pictured above in the picture consists of a stainless steel screen cloth resting on metal feet.
1. Beschichtung einer Matrix mit Kollagen1. coating a Matrix with collagen
Um die Beschichtung der Matrix vorzubereiten, wurde eine Unterlage, z.B. eine Petrischale, mit einem dünnen Film aus Paraffin (Schmelzpunkt 50-70°C) beschichtet. Es wurde für jeden Versuch eine neue Petrischale (Durchmesser 80-100 mm) dünn mit erhitztem Paraffin ausgegossen, welches unter der Laminarbox erstarrt.Around to prepare the coating of the matrix became a base, e.g. a Petri dish, coated with a thin film of paraffin (melting point 50-70 ° C). It was for each attempt a new Petri dish (diameter 80-100 mm) thin with heated Paraffin poured out, which solidifies under the laminar box.
Ein sterilisiertes Netzwerk aus einem geeigneten Polymer, z.B. aus Polyamid (Reichelt Chemietechnik oder Institut für Polymerforschung Dresden) wurde auf die beschichtete Petrischale gelegt und eine Lösung von Kollagen G (2 mg/ml in PBS (Phosphate buffered saline), Biochrom) darauf gegeben. Die Matrix wurde mindestens 15 Minuten bei 37°C inkubiert, dann die Kollagenlösung abgesaugt und das Kollagen angetrocknet. Als nächster Schritt wurde die angetrocknete Schicht mit sterilem 0,25 Glutaraldehyd in PBS bedeckt, sofort wieder abgesaugt und erneut angetrocknet. Schließlich erfolgte ein Absättigen der noch reaktiven Aldehydgruppen durch Bedecken der Kollagenschicht mit einer Aminosäurelösung (ca. 0,1 M, z.B. MEM-NEAS, Gibco/Invitrogen 100×, 1:100 in PBS), die anschließend sofort wieder abgesaugt wurde. Vor Gebrauch wurde die so kollagenisierte Matrix mindestens dreimal mit sterilem destillierten Wasser gespült.One sterilized network of a suitable polymer, e.g. made of polyamide (Reichelt Chemical Engineering or Institute of Polymer Research Dresden) was placed on the coated Petri dish and a solution of Collagen G (2 mg / ml in PBS (Phosphate buffered saline), Biochrom) given to it. The matrix was incubated at 37 ° C for at least 15 minutes, then the collagen solution sucked off and the collagen dried. The next step was the dried Layer covered with sterile 0.25 glutaraldehyde in PBS, immediately again sucked off and dried again. Finally, a satiate the still reactive aldehyde groups by covering the collagen layer with an amino acid solution (approx. 0.1 M, e.g. MEM-NEAS, Gibco / Invitrogen 100x, 1: 100 in PBS), followed immediately was sucked off again. Before use, it became so collagenized Rinse matrix at least 3 times with sterile distilled water.
Ergebnis:Result:
Die Matrix wurde ohne Beschädigung von der hydrophoben Unterlage abgelöst und für die Kultur von Epithelzellen verwendet.The Matrix was without damage detached from the hydrophobic base and for the culture of epithelial cells used.
2. Überziehen eines Netzes mit einer hydrophoben Schicht2. Coat a net with a hydrophobic layer
Für die Herstellung einer schwimmfähigen Unterlage, auf die eine Matrix zur Liquid-Air-Kultur von Epithelzellen aufgelegt werden kann, wurde ein Netz aus Polyamid in eine Lösung von Paraffin in Hexan getaucht, wobei verschiedene Konzentrationen getestet wurden. Vor der Verwendung wurde das Verdunsten des Lösungsmittels (mindestens ca. 30 Minuten bei RT) abgewartet.For the production a buoyant surface, placed on the one matrix for the liquid-air culture of epithelial cells a net of polyamide was transformed into a solution of Paraffin immersed in hexane, with different concentrations tested were. Before use, the evaporation of the solvent (at least about 30 minutes at RT) waited.
Ergebnis:Result:
Die Unterlage war bei allen getesteten Konzentrationen in der Lage, auf Kulturmedium zu schwimmen. Bei Konzentrationen von 0,2-20% Wachs in Lösungsmittel waren die Fäden des Netzwerks von Wachs umschlossen, die Zwischenräume jedoch frei. Eine auf dem Netz gelagerte Matrix hatte Kontakt zu Medium und Luft, und kultivierte respiratorische Epithelzellen proliferierten.The Pad was able to withstand all concentrations tested to swim on culture medium. At concentrations of 0.2-20% wax in solvent were the strings The network of wax enclosed, however, the spaces between free. A matrix stored on the network had contact with medium and air, and cultured respiratory epithelial cells proliferated.
3. Gewinnung von Epithelzellen3rd extraction of epithelial cells
Humane Nasenschleimhautexplantate aus Septumkorrekturen bzw. aus Nasenpolypen wurden unmittelbar nach der Operation für mindestens 30 Minuten in Gentamycinlösung (100 μg/ml in PBS, Gibco) bei 4°C gelagert. Das Gewebe wurde in Stücke von 3 mm × 3 mm geteilt. Anschließend wurden primäre Epithelzellen durch enzymatische Dissoziation aus dem Gewebe oder durch Fixierung auf der Matrix und anschließendes „Auswachsen" der Zellen gewonnen. Die Zellen wurden zunächst submers, also bedeckt mit Kulturmedium (SFM oder DMEM 10% FKS), kultiviert (37°C, 5% CO2).Human nasal mucosa explants from septal or nasal polyps were stored immediately after surgery for at least 30 minutes in gentamycin solution (100 μg / ml in PBS, Gibco) at 4 ° C. The tissue was divided into pieces of 3 mm x 3 mm. Subsequently, pri epithelial cells were obtained by enzymatic dissociation from the tissue or by fixation on the matrix and subsequent "outgrowth" of the cells.The cells were first cultured submerged, ie covered with culture medium (SFM or DMEM 10% FCS) (37 ° C., 5%). CO 2 ).
3.1 Dissoziation des Zellmaterials mit Protease XIV (Pronase®) oder Protease XIV (Pronase®) und DispaseDissociation of the cell material 3.1 with protease XIV (Pronase ®), or protease XIV (Pronase ®) Dispase
Die Gewebestücke wurden in Pronase® (0,1% in PBS, Sigma) oder in Pronase® und Dispase (je 0,1% in PBS) ca. 16 Stunden bei ca. 5°C und anschließend noch ca. 90 Minuten bei 37°C geschüttelt. Der epitheliale Teil der Gewebestücke wurde weiterhin mit einem Skalpell bearbeitet, um gelockerte Epithelzellen aus dem Zellverband zu lösen. Anschließend wurde die Zellsuspension zweimal mit PBS gewaschen und auf die zu bewachsende Matrix aufgebracht.The pieces of tissue were in Pronase ® (0.1% in PBS, Sigma) or Pronase ® and Dispase (each 0.1% in PBS) for about 16 hours at about 5 ° C and then about 90 minutes at 37 ° C shaken. The epithelial portion of the pieces of tissue was further processed with a scalpel to dislodge loosened epithelial cells from the cell structure. Subsequently, the cell suspension was washed twice with PBS and applied to the matrix to be grown.
3.2 Sequentielle Dissoziation des Zellmaterials mit Trypsin/EDTA (Ethylenediamine Tetraacetic Acid)3.2 Sequential dissociation of the cell material with trypsin / EDTA (Ethylenediamine Tetraacetic Acid)
Die Gewebestücke wurden insgesamt viermal in einer Lösung von Trypsin (0,5 μg/ml, Gibco) und EDTA (0,2 μg/ml) in PBS ohne Calcium- und Magnesiumionen (Gibco) bei 37°C 45 Minuten geschüttelt. Der Überstand mit den gelösten Zellen wurde jeweils zentrifugiert und in DMEM (Gibco) mit 10% FKS (Gibco) aufgenommen. Die verwertbaren Fraktionen wurden gesammelt, gewaschen und auf die zu bewachsende Matrix aufgebracht.The fabric pieces a total of four times in a solution of trypsin (0.5 μg / ml, Gibco) and EDTA (0.2 μg / ml) in PBS without calcium and magnesium ions (Gibco) at 37 ° C for 45 minutes shaken. The supernatant with the solved Cells were each centrifuged and incubated in DMEM (Gibco) with 10% FCS (Gibco). added. The recoverable fractions were collected, washed and applied to the matrix to be grown.
3.3 „Auswachsen" der Zellen3.3 "outgrowing" the cells
Gewebestücke wurden auf die zu bewachsende Matrix aufgebracht. Sie wurden dort durch Auflegen von sterilen Deckgläschen oder durch Aufkleben des Gewebes mit Fibrinkleber (TissueColl® DuoS, Immuno, 1:10 in PBS) fixiert.Tissue pieces were applied to the matrix to be grown. They were fixed there by laying of sterile coverslips or by sticking of the tissue with fibrin glue (TissueColl ® dui, Immuno, 1:10 in PBS).
Ergebnis:Result:
Die Dissoziation mit Pronase® oder Pronase® und Dispase erbrachte im Vergleich zu der sequentiellen Trypsinierung eine geringere Menge an nichthämatogenen Zellen. Allerdings bestanden von den mittels Pronase® oder Pronase® und Dispase gewonnenen Zellen jeweils ca. 10% der Zellen aus respiratorischen Epithelzellen mit schlagenden Zilien, so dass die Dissoziation diesen Enzymen in der Folge bevorzugt verwendet wurde. Da die Ausbeute an Zellen mit schlagenden Zilien bei der Dissoziation mit diesen Enzymen annähernd gleich ist, Dispase jedoch durch Fetales Kälberserum nicht inaktiviert wird, wurde die Behandlung nur mit Pronase® bevorzugt. Von den ausgesäten Zellen wuchsen etwa 15-25% an.The dissociation with pronase ® or pronase and dispase ® yielded compared to the sequential trypsinization a lesser amount of nichthämatogenen cells. However, was passed from the obtained by means of pronase ® or pronase and dispase ® cells each about 10% of the cells from respiratory epithelial cells with beating cilia, such that the dissociation of these enzymes in the sequence are preferably used. Since the yield of cells with beating cilia in the dissociation with these enzymes is approximately equal to, Dispase is not inactivated by fetal calf serum, the treatment was favored only with pronase ®. Of the seeded cells, about 15-25% grew.
Für die anschließende Liquid-Air-Kultur ist eine möglichst hohe Dichte, mindestens jedoch von 100 000 dissoziierten Zellen/cm2 Matrix zu empfehlen. Sollte diese Zellzahl ausgehend von begrenztem Probenmaterial nicht erreicht werden, ist eine Zwischenkultivierung in Kollagen-beschichteten Zellkulturgefäßen (z.B. BD-Biocoat) durchzuführen. Die dann abschließende Mobilisierung der Zellen sollte nicht mit Trypsin/EDTA, sondern mit schonenderen Verfahren (z.B. mit Accutase, PAA Laboratories) durchgeführt werden.For the subsequent liquid-air culture, the highest possible density, but at least 100,000 dissociated cells / cm 2 matrix is recommended. If this cell count is not achieved on the basis of limited sample material, intermediate cultivation in collagen-coated cell culture vessels (eg BD-Biocoat) should be carried out. The final mobilization of the cells should not be carried out with trypsin / EDTA but with gentler procedures (eg with Accutase, PAA Laboratories).
Auch das „Auswachsen" der Zellen aus nicht-dissoziierten Gewebestücken, z.B. mit Auflegen von Deckgläschen auf das Gewebe, ist möglich.Also the "outgrowth" of cells from undissociated Fabric pieces, e.g. with laying on coverslips on the tissue, is possible.
Um eine ausreichende Dichte von Zellen für die anschließende Liquid-Air-Kultur zu erreichen, ist eine Verteilung von Gewebestücken im Abstand von jeweils ca. 20 mm zu empfehlen.Around a sufficient density of cells for the subsequent liquid-air culture Achieve is a distribution of tissue pieces at a distance from each other about 20 mm recommended.
4. Kultur von Epithel4. Culture of epithelium
4.1 Submerse Kultur von Epithel auf Folien4.1 Submerse culture of Epithelium on slides
Da hier eine submerse Kultur untersucht werden sollte, wurden Folien aus PLLA (Poly-L-Laktid) oder PHB (Polyhydroxybuttersäure) mit oder ohne vorherige Aminofunktionalisierung der Folien oder Kollagenisierung mit respiratorischen Epithelzellen, die nach den unter 3. beschriebenen Methoden gewonnen wurden, besiedelt. Die Kultur fand unter Standard-Zellkulturbedingungen (37°C, 5% CO2) mit SFM oder DMEM 10% FKS statt. Das Medium wurde diskontinuierlich nach visueller Kontrolle gewechselt.Since a submerged culture was to be investigated here, films of PLLA (poly-L-lactide) or PHB (polyhydroxybutyric acid) were colonized with or without prior amino functionalization of the films or collagenization with respiratory epithelial cells obtained by the methods described under 3. above , The culture took place under standard cell culture conditions (37 ° C, 5% CO 2 ) with SFM or DMEM 10% FCS. The medium was changed intermittently for visual inspection.
Ergebnis:Result:
Ohne Aminofunktionalisierung war vor allem bei PHB nur eine schlechte Anheftung von Zellen zu beobachten. Nach ca. 3 Wochen wuchsen – bei Ansiedlung suboptimaler Menge an Gewebe bzw. Zellsuspension – Kulturen von 2-3 cm Durchmesser auf der Matrix. Bei mehrwöchiger Kultur entwickelten sich komplexe dreidimensionale Strukturen mit Fibroblasten und Epithelzellen auf der Matrix. Bis zu ca. 20 Tage nach Versuchsbeginn, danach jedoch nicht mehr, waren in der submersen Kultur lose und feste Zellen mit aktiver Zilienbewegung lichtmikroskopisch zu erkennen. Es wird daher vermutet, das diese Zellen aus dem Gewebe stammende Zilien-tragende Zellen sind, die also unter Kulturbedingungen nicht proliferiert oder differenziert sind.Without Aminofunctionalization was poor, especially for PHB Observe attachment of cells. After about 3 weeks grew - on settlement suboptimal amount of tissue or cell suspension cultures of 2-3 cm diameter on the matrix. For several weeks culture developed complex three-dimensional structures with fibroblasts and epithelial cells on the matrix. Up to approx. 20 days after the start of the experiment, but afterwards no more, were loose and solid cells in the submerged culture with active cilia movement by light microscopy. It will therefore, these cells suspect tissue-derived cilia-bearing cells are therefore not proliferating or differentiating under culture conditions are.
Die Zellen begannen, bei Gewinnung aus dissoziiertem Gewebe, nach 15-30 Tagen, bei Gewinnung durch „Auswachsen" nach 20-70 Tagen, sich zum Teil von der Matrix abzulösen und als Suspensionszellen weiter zu wachsen. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Kultur beendet.Cells, when harvested from dissociated tissue, after 15-30 days, when harvested by "outgrowth" after 20-70 days, began to partially detach from the matrix and continue to grow as suspension cells at this time point the culture was ended.
4.2 Submerse und Liquid-Air-Kultur von Epithel auf Netzwerken4.2 Submerged and Liquid-Air Culture of epithelium on networks
Kollagenisierte
Matrizes aus Netzwerken biokompatibler Polymere, z.B. aus Polyamid
wurden mit respiratorischen Epithelzellen, die nach den unter 3.
beschriebenen Methoden gewonnen wurden, besiedelt. Die kollagenisierten
Matrizes waren teilweise vorher mit Fibroblasten besiedelt worden.
Die Kultur fand unter Standard-Zellkulturbedingungen (37°C, 5% CO2) mit SFM oder DMEM 10% FKS statt. Das Medium
wurde diskontinuierlich nach visueller Kontrolle gewechselt. Zunächst wurde
für ca.
14-21 Tage eine submerse Kultur durchgeführt. Dann wurde die Matrix
zwischen dem Basisgefäß
Ergebnis;Result;
Nach weiteren 14-21 Tagen der Liquid-Air-Kultur war die Matrix dicht mit Epithelzellen bewachsen, die auch Microvilli demonstrierten. Kulturen auf der Basis von vorher mit Fibroblasten besiedelten Matrizes zeigten bessere Ergebnisse. Der wesentliche Unterschied zwischen der submersen Kultur und der Liquid-Air-Kultur auf Matrizes aus Netzwerken lag in dem höheren Differenzierungszustand der Epithelzellen. Die Liquid-Air-Kulturen waren jedoch auch wesentlich dichter.To Another 14-21 days of liquid-air culture, the matrix was dense covered with epithelial cells that also demonstrated microvilli. Cultures based on fibroblast-populated matrices showed better results. The main difference between submerged culture and liquid-air culture on matrices Networks lay in the higher Differentiation state of the epithelial cells. The liquid-air cultures but were also much denser.
5. Transplantation von in vitro generiertem Epithel5. Transplant of in vitro generated epithelium
Aus
dem Nasenseptum von Kaninchen können
unter Narkose Gewebestücke
entnommen werden. Unter Verwendung der oben beschriebenen Verfahren
werden sowohl Fibroblasten als auch Epithelzellen daraus gewonnen
und nacheinander auf einer netzförmigen
Kollagen-beschichteten Polyamid-Matrix angesiedelt. Für 14 Tage
wird eine submerse und anschließend
für weiter
drei Wochen eine Liquid-Air-Kultur durchgeführt, bei der die Matrix zwischen
dem Basisgefäß
Dieses autologe Transplantat kann leicht aus der Vorrichtung zur Liquid-Air-Kultur gelöst und verwendet werden, um einen wiederum unter Narkose gesetzten Defekt im Nasenseptum des Kaninchens zu decken. Das Transplantat kann durch Fibrinkleber und/oder Naht fixiert werden.This Autologous graft can easily leave the device for liquid-air culture solved and used to put one again under anesthesia Defect in the nasal septum of the rabbit cover. The graft can be fixed by fibrin glue and / or suture.
6. Durchführung der Kultur unter Verwendung der Vorrichtung zur Füllstandsregelung:6. Implementation of Culture using the level control device:
In Versuchsreihen wurde festgestellt, dass bei der diskontinuierlichen submersen Kultivierung von Fibroblasten auf kollagenisiertem Siebgewebe bei einer Medienhöhe von ca. 10 mm wesentliche Parameter des Mediums (DMEM, 10% fetales Kälberserum) bereits nach 24 Stunden komplett verändert waren. So hat sich nach dieser Zeit der Gehalt an Glukose als Hauptenergielieferant von ca. 5 mM auf ca. 0,2 mM reduziert, während der Gehalt an Laktat von ca. 1,5 mM (aus dem fetalen Kälberserum) auf ca. 9 mM erhöht war. Üblicherweise wird das Medium bei derartigen Kultivierungen erst nach ca.In Test series was found to be discontinuous at submerged cultivation of fibroblasts on collagenized mesh a media height of about 10 mm essential parameters of the medium (DMEM, 10% fetal Calf serum) already completely changed after 24 hours. So has after this time the content of glucose as the main energy supplier of about 5 mM reduced to about 0.2 mM, while the content of lactate from about 1.5 mM (from fetal calf serum) to about 9 mM. Usually In the case of such cultivations, the medium is not until after approx.
3 Tagen gewechselt. Bei Kultur der Fibroblasten mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter kontinuierlichem Medienwechsel blieben Laktat- und Glukosewerte jedoch im wesentlichen stabil.3 Changed days. In culture of fibroblasts with the device according to the invention lactate and glucose levels remained under continuous media changes but essentially stable.
In
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