Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Haften eines
lebenden Objektes bei physiologischen Messungen mit einem Basiselement und
Mitteln zum Arretieren des lebenden Objekts, die atraumatische Ohrenhalter
sowie ein Mundstück
aufweisen, das mit einer Aussparung für die Zähne des Lebewesens versehen
ist.
Bildgebende
Methoden zur Untersuchung physiologischer Merkmale an lebenden Objekten
erlangen kontinuierlich eine gesteigerte Aufmerksamkeit in der heutigen
Medizin. Vor allem im Bereich der Neurowissenschaften stellen solche
bildgebenden Methoden zur Untersuchung physiologischer Aktivitäten und
insbesondere zur Quantifizierung von Funktionen und deren anatomische
Zuordnung im lebenden Organismus, insbesondere im lebenden Gehirn,
eine unerlässliche
Schlüsseltechnologie
dar. Auch in Bereichen der Pflanzengenetik und des Pflanzenschutzes
geraten entsprechende Analysemethoden zunehmend in den Focus der
modernen Wissenschaften.
Als
bildgebende Verfahren kommen verschiedene Verfahren, wie konventionelle
Röntgenstrahlung,
vor allem jedoch Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und Magnet-Resonanz-Tomographie
(MRT) zur Anwendung. PET bzw. MRT ermöglichen die Messung physiologischer
Merkmale in lebenden Organismen. Diese physiologischen Merkmale
können
metabolischer bzw. physiologischer Natur sein. Hierzu zählen z.B.
Rezeptordichte, metabolische Raten, Sauerstoff- und Glukoseverbrauch
bzw. Blutdurchfluss oder Permeabilität von Stoffen beim Übergang
der Blut-Hirn-Schranke. Mit den unterschiedlichen Verfahren können somit
Daten zur Morphologie, der Durchblutung (Stoffwechselaktivität) und Biochemie
von lebendem Gewebe erstellt werden. Diese Akquise quantitativer
und funktioneller Informationen bei gleichzeitig bestmöglicher
anatomischer Lokalisation im untersuchten lebenden Gewebe erfolgt
zudem durch einen nicht-invasiven Eingriff am lebenden Objekt, der
wiederholte Messungen erlaubt und den zeitlichen Verlauf metabolischer oder
physiologischer Veränderungen
ermöglicht.
Sowohl
PET- als auch MRT-Messgeräte
mit hochauflösenden
Detektorsystemen, die auch für kleine „Messvolumina", z.B. von Gehirnen
kleiner Labortiere, bestens geeignet sind, sind aus dem Stand der
Technik bekannt (u. a. Bauer, A. et al., „Evaluation of 18F-CPFPX,
a Novel Adenosine A1 Receptor Ligand: In Vitro Autoradiography and
High-Resolution Small Animal PET",
Journal of Nuclear Medicine, 2003, Vol. 44, No. 10, p. 1682–1689).
Ferner
sind schalenförmige
Auflagen bekannt, auf die Kleintiere, meist Nager, wie Ratten oder
Mäuse,
zum Transport in das bildgebende Messgerät aufgelegt werden. Solche
einfachen Auflagen bringen den Nachteil mit sich, dass eine Positionierung
des zu untersuchenden Gewebes nur manuell und entsprechend grobmotorisch
erfolgt. Dies hat zur Folge, dass eine reproduzierbare Datenerfassung
kaum möglich
ist und aussagekräftige,
vergleichende Studien nicht erstellt werden können, da eine exakte Wiederholung
der anatomischen Positionierung des lebenden Objekts nicht gewährleistet
ist.
Bislang
ist es gängige
Praxis, die Versuchstiere vor der Einbringung in die Messapparatur
zu narkotisieren (Primäranästhesie),
u. a. auch, damit sie sich während
der Messung nicht bewegen. Dazu wurden Nagetiere bislang durch intraperitoneale
Injektion mit einem Gemisch aus Ketamin und Xylazin anästhesiert.
Eine solche Anästhesie
hält ca.
1 Stunde vor. Eine längere
Narkotisierung auf diesem Wege ist nur durch Nachinjektionen möglich. Nachteilig
ist, dass der Experimentator hierzu an das Tier herantreten muss.
Außerdem ist
eine Narkotisierung über
einen Zeitraum von mehr als 1 Stunde problematisch, da höhere Dosierungen
zu Atemlähmungen
oder Atemzentrums-Lähmungen
führen.
Nachteilig ist auch, dass durch das Narkoseverfahren einerseits
ein erhöhtes
Risiko für
das Versterben des Tieres besteht und andererseits die neuronalen
Funktionen bei Untersuchungen des Gehirns derart beeinträchtigt werden,
dass die Messdaten eine verfälschte
Situation widerspiegeln und eine generelle Übertragung auf den „normalen" Zustand im Gehirn
nicht mehr zulassen.
Die
für klinische
Langzeitstudien erforderliche Messdatenerfassung über einen
längeren
Zeitraum oder mehrfache Messungen des gleichen Objektes zu einem
späteren
Zeitpunkt können
somit bislang ebenfalls nicht realisiert werden.
Um
eine bessere Fixierung des Kopfes des Versuchsobjekts, insbesondere
des Versuchstieres, während
der bildgebenden Messung zu erreichen, sind Kopfhalterungen bekannt,
bei denen der Kopf des Versuchtiers durch spitze Dorne arretiert
wird, die von beiden Seiten des Kopfes in den Gehörgang gebohrt
werden. Dies verhindert weitestgehend ein Verrutschen des Versuchstiers,
was die bildgebende Messung anderenfalls unbrauchbar machen würde. Jedoch
haben diese Kopfhalter den Nachteil, dass das Trommelfell des Tieres
irreparabel zerstört
und das Schädelskelett
geschädigt
werden kann, mit der Folge, dass das Tier nach Beendigung der Messung getötet werden
muss. Es ist jedoch eindeutig gesetzlich vorgeschrieben, die Belastung
für Tiere
bei Tierversuchen so gering wie möglich zu halten. Diese Kopfhalter
machen es darüber
hinaus unmöglich, analoge
Messungen am Menschen vorzunehmen.
Im
weiteren ist ein Verfahren zur Bestimmung physiologischer Merkmale
an kleinen Labortieren aus
DE
100 15 670 A1 bekannt. Mit Hilfe von wenigstens 3 Markern,
die als positionsgebende Mittel in den jeweiligen Messverfahren
registrierbar sind, wird ein Bezugssystem für die Lokalisation der Hirnregion
dargestellt. Außerdem
wird eine Kopfhalterung zur Fixierung von Labortieren während der
Messung beschrieben. Die Kopfhalterung weist Ohrenhafter auf, die
eine verletzungsfreie Arretierung des Tierkopfes ermöglicht und
Wiederholungsversuche erlaubt. Die beschriebenen Tierhalter sind
dabei aus Kunststoff, insbesondere Carbon. Carbonfasern weisen jedoch
den Nachteil eines relativ hohen Graphitanteils auf, der z.B. bei
PET-Messungen zu
Störungen
(Signalabschwächungen,
Erhöhung
der Unspezifität,
Erhöhung
von so genanntem Hintergrundrauschen) und z.B. bei MRT-Messungen
zu inhomogenen Messfeldern bei der Detektion physiologischer Merkmale
durch bildgebende Verfahren führt.
Weiterhin
ist aus der gattungsbildenden
GB 2213066 A eine Halterung zur Fixierung
des Kopfes eines Patienten bekannt. Die Halterung ist mit einem Mundstück mit einem
Zahnabdruck des Oberkiefers, mit Halteriemen sowie einem Stützpolster
am Hinterkopf versehen, um den Kopf eines Patienten zu fixieren.
Darüber
hinaus weist die Vorrichtung Ohrstopfen zur zusätzlichen Lagefixierung des
Kopfes des Patienten auf. Die Halterung ist aus glasfaserverstärktem Nylonmaterial
hergestellt.
Um
den Anforderungen der Medizin gerecht zu werden, die Leistungsfähigkeit
bildgebender Messverfahren noch weiter zu steigern und z. B. noch
exaktere Daten in noch kleinerem Volumen reproduzierbar erstellen
zu können,
erfordert auch eine Anpassung und Verbesserung der am Messverfahren
beteiligten Komponenten, zu denen u. a. auch die in das Messgerät eingebrachte
Auflage oder Halterung für
die zu untersuchenden Objekte gehört. Zu den wünschenswerten
Verbesserungen von bildgebenden Verfahren gehört auch die Reduktion von Signalabschwächungen
und ein dadurch verursachtes, störendes
Hintergrundrauschen.
Es
ist daher wünschenswert,
eine Auflage bzw. Halterung für
lebende Objekte zur Verfügung
zu stellen, die unabhängig
von der Art des bildgebenden Verfahrens einsetzbar ist. Ferner ist
es für
die Medizin, insbesondere die Neurowissenschaften, von höchstem Interesse,
den Zeitraum der Messung an lebenden Objekten und damit die Dichte
der akquirierten Daten zu erhöhen,
ohne jedoch die Funktionalität
der zu untersuchenden Gewebe, Organe oder Körperteile, z.B. durch Anästhetika,
die Atemzentrumslähmungen
hervorrufen, negativ zu beeinflussen. Eine Erhöhung der Reproduzierbarkeit
der Messdaten sowie die Möglichkeit,
vergleichende Studien mit unterschiedlichen bildgebenden Verfahren durchführen zu
können,
die in ihrer Kombination (z.B. PET plus MRT oder PET und/oder MRT
plus Elektrophysiologie oder alle anderen denkbaren Kombinationen)
zusätzliche
Informationen über
den physiologischen Zustand desselben zu untersuchenden Gewebes
liefern, ist von höchstem
Interesse für
den Fortschritt der Analyse physiologischer Merkmale und ihrer funktionalen
anatomischen Zuordnung in lebenden Objekten.
Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zum Halten eines lebenden
Objektes bei physiologischen Messungen bereitzustellen, welche die
genannten Bedingungen erfüllt.
Diese
Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gelöst.
Erfindungsgemäß wird die
vorliegende Aufgabe gelöst
durch eine Vorrichtung zum Halten eines lebenden Objektes bei physiologischen
Messungen mit einem Basiselement und Mitteln zum Arretieren des
lebenden Objekts, die atraumatische Ohrenhalter sowie ein Mundstück aufweisen,
das mit Aussparung für
die Zähne
des Lebewesens versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens
95% des Masseanteils der Vorrichtung aus glasfaserverstärktem Kunststoff
sind und dass die Vorrichtung, bezogen auf die Gesamtmasse des Materials,
einen Graphitanteil von weniger als 1% aufweist.
Ein
solches Mundstück
findet vorzugsweise Anwendung bei der Untersuchung von Tieren. Zusätzlich zur
Arretierung über
die atraumatischen Ohrenhalter gewährleistet das Mundstück eine
weitere Minimierung des Verrutschens des Kopfes des lebenden Objekts
während
der Messungen.
Unter „lebenden
Objekten" im Sinne
der vorliegenden Erfindung sind Tiere, insbesondere kleinere Labortiere,
speziell Nager, wie z.B. Mäuse
oder Ratten, aber auch niedere Primaten oder Menschen zu verstehen.
Darüber
hinaus umfasst dieser Begriff auch Pflanzen, Pflanzenteile oder
pflanzliches Gewebe. Ferner sind hierunter auch einzelne Zellen,
in Lösung,
in Zellkultur oder im Zellverband, zu verstehen. Ebenso umfasst
der Begriff „lebende
Objekte" erfindungsgemäß genetisch
veränderte
Variationen von lebenden nicht-menschlichen Objekten.
Synonym
zu dem Begriff „Vorrichtung
zum Halten lebender Objekte" wird
im Sinne der Erfindung auch die Formulierung „Halterung für lebende
Objekte" benutzt.
Die
Ausgestaltungen der Halterungen sind dabei an die Art oder Größe des lebenden
Objektes angepasst. Die Halterungen für Pflanzen können Mittel
zum Arretieren von ganzen Pflanzen oder von Pflanzenteilen (z. B.
Wurzel, Stengel, Blätter)
sein. Hierzu zählen
z. B. Schraubzwingen, Klemmen oder in ihrer Funktion ähnliche
Elemente. Ferner sind als Mittel zum Arretieren von Kultur- und/oder
Pflanzgefäßen oder
Behältnissen
mit pflanzlichem Gewebe oder Lösungen
enthaltend Zellen oder Zellverbände entsprechende
Feststellelemente denkbar.
Dabei
sind gegebenenfalls für
die Halterung von Tieren oder Menschen andere Ausgestaltungen erforderlich
als für
die Halterung von Pflanzen.
So
können
Halterungen für
Tiere oder Menschen das lebende Objekt liegend oder in sitzender Position
aufnehmen. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind eine Liege oder ein Sitz.
In
einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Halten
von Tieren, speziell niederen Primaten, oder Menschen kann das Mittel
zum Arretieren des Kopfes individuell an die Größe und Form des Kopfes angepasst
sein. Vorteilhaft sind beispielsweise so genannte Halbschalen oder
Kopf- und Nackenstützen,
die den Kopf des Probanden möglichst
sanft zu fixieren. Besonders vorteilhaft sind z. B. individuell
angepasste und hergestellte Formteile, die nach gängigen Methoden
(u. a. Spritzgießen,
Extrudieren, Pressen) bereitgestellt werden können. Besonders vorteilhaft
ist ein Mittel zum Arretieren des Kopfes aus einem aufgeschäumten Material,
wie z.B. Polyurethan.
„Glasfaserverstärkte Kunststoffe" zählen zu den
Faserverbundwerkstoffen, die aus einer Matrix, hier Kunststoff,
und den darin eingebetteten Fasern, hier Glasfasern, bestehen. Allgemein
umfasst der Begriff Kunststoffe synthetisch oder halbsynthetisch erzeugte
Polymere, die in Thermoplaste, Duroplaste oder Elastomere eingeteilt
werden. Erfindungsgemäß vorteilhaft,
jedoch nicht limitierend, sind Kunststoffe aus der Gruppe der Duroplaste.
Glasfasern bestehen hauptsächlich
aus Siliziumdioxid und können je
nach Verwendung unterschiedliche Längen und Dicken aufweisen.
Die
Herstellung von glasfaserverstärktem Kunststoff
erfolgt nach gängigen
Methoden, beispielsweise durch Laminieren, Spritzgießen, Extrudieren,
Pressen oder Kalandrieren, wobei durch mechanische Bearbeitung eine
endgültige
Formgebung erzielt werden kann.
Besonders
vorteilhafte „glasfaserverstärkte Kunststoffe" im Sinne der vorliegenden
Erfindung sind alle bekannten Glasfaser-Epoxydharz-Mischungen. Besonders
vorteilhaft sind glasfaserverstärkte Kunststoffe
mit einer Biegefestigkeit von wenigstens 350 σdB unbearbeitetes Material/bei
Raumtemperatur. Der zuvor genannte Biegefestigkeitsgrad ist nicht limitierend;
davon abweichende Biegefestigkeitsgrade sind denkbar.
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Halten lebender Objekte einen Masseanteil von wenigstens 96%
an glasfaserverstärktem
Kunststoff auf. Weitere Erhöhungen
des Masseanteils auf Werte von 97%, 98% oder 99% sind bevorzugt.
Besonders bevorzugt ist ein Masseanteil von wenigstens 99,5%. Insbesondere
ist eine zu 100% aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehende
Halterung von Vorteil.
Graphit
führt z.B.
bei PET-Messungen zu Abschwächungen
der Signalintensität,
gleichbedeutend mit einer Erhöhung
der Unspezifität
der zu detektierenden Signale, da verstärkt ein so genanntes Hintergrundrauschen
auftritt. Bei MRT-Messungen beispielsweise führt Graphit zur Entstehung
inhomogener Messfelder, die ebenfalls mit der Erhöhung der Unspezifität der zu
detektierenden Signale einhergehen.
Die
erfindungsgemäß eingesetzten
Glasfaser-Epoxyd-Mischungen zeichnen sich vor allem dadurch aus,
dass sie bezogen auf die Gesamtmasse des Materials keinen oder im
Sinne der vorliegenden Erfindung zumindest nur einen vernachlässigbaren Graphitanteil
aufweisen. Vorteilhaft sind Graphitanteile von weniger als 1%, 0,5%
oder 0,25%. Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Vorrichtung aus glasfaserverstärktem Kunststoff
0% Graphit auf.
Ein
bevorzugtes Material, welches die erfindungsgemäßen Anforderungen erfüllt, ist
das des Typs EP GC 202 der Fa. Gatex Kunststoffbearbeitung GmbH,
Bedburg, Deutschland.
Erfindungsgemäß liegt
die Abschwächung der
Mess-Signale für
die erfindungsgemäße Vorrichtung
gegenüber
konventionell verwendeten Materialien in einem Bereich von weniger
als 3%.
Für eine hochspezifische
und vor allem reproduzierbare Erfassung physiologischer Daten in kleinstem
Volumen, wie z.B. dem Gehirn von Nagern mit durchschnittlich 1 cm
Durchmesser, ist die Reduktion von Störfaktoren eine enorm wichtige
Anforderung, die in vorteilhafter Weise nun erfindungsgemäß erfüllt wird.
Ein
weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Halterung aus glasfaserverstärktem Kunststoff
ist, dass sie unabhängig
von der Messmethode des bildgebenden Verfahrens einsetzbar ist.
So kann dieselbe Halterung beispielsweise in Positronen-Emission-Tamographen,
Magnet-Resonanz-Tomographen, Röntgenapparaturen,
elektrophysiologischen Messeinheiten oder in Automatisierungsprozessen
allgemein eingesetzt werden. Dies erleichtert die Akquisition von
Messdaten enorm, da das lebende Objekt zum Einsatz in unterschiedliche
Messverfahren nicht „umgebettet" werden muss. Die
Ausgestaltung der Halterung ermöglichen,
dass das lebende Objekt in der entsprechenden Position, die es in
der Halterung eingenommen hat, vom Koordinatensystem eines ersten
Messgerätes
in ein Koordinatensystem eines weiteren Messgerätes gebracht werden kann, ohne dass
sich die relative Position des zu untersuchenden Gewebes oder Körperteils ändert. Dies
hat zum Vorteil, dass durch die Kombination verschiedener bildgebender
Verfahren eine gegenüber
bekannten Vorgehensweisen signifikant gesteigerte Datenerfassungsrate
sowie eine gleichzeitige Erfassung verschiedener Messparameter erreicht
wird. So können z.B.
physiologische Daten erhoben und gleichzeitig deren pharmakologische
Beeinflussung gemessen werden (Funktion). Ferner ist eine exakte
Zuordnung dieser zuvor genannten Funktionen lebender Gewebe- oder
Körperteile
zu ihrer anatomischen Lokalisation (Struktur) möglich. Dies gestattet eine
bildhafte Darstellung der erhobenen Messparameter als Einheit von
Struktur und Funktion lebender Gewebe- oder Körperteile.
In
einer Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Halterung weist diese verschiedene
Mittel zur Arretierung des lebenden Objekts auf. Ein erfindungsgemäßes Mittel
zur Arretierung des lebenden Objekts sind beispielsweise atraumatische
Ohrenhalter. Diese Ohrenhalter werden von beiden Seiten des Kopfes
in den Gehörgang
des lebenden Objektes eingeführt,
ohne dabei das Trommelfell zu zerstören. Eine verletzungsfreie
Arretierung des Kopfes des lebenden Objektes ist somit gewährleistet.
Dies ermöglicht
einerseits eine Wiederholung derselben Messung, gegebenenfalls auch
zu einem späteren Zeitpunkt,
und andererseits eine Datenerfassung mittels unterschiedlicher Verfahren
an ein und demselben lebenden Objekt. Dazu kann das lebende Objekt, da
es die Arretierung verletzungsfrei überlebt, erfindungsgemäß problemlos
von einem Messverfahren in ein weiteres überführt werden, ohne dass sich
seine Position in der Halterung verändert. Ein weiterer Vorteil
der erfindungsgemäßen Arretierung
des lebenden Objekts ist, dass die Messungen mit einer hohen Reproduktionsgenauigkeit
durchgeführt
werden können,
da ein Verrutschen des Kopfes des lebenden Objekts minimiert ist.
Dies erhöht
folglich die Aussagekraft der angestellten Untersuchungen, da Reihenuntersuchungen,
z. B. zu statistischen Zwecken, Langzeitstudien, z. B. zur Beobachtung
progedienter Krankheitsbilder, oder Kombinationen unterschiedlicher
Messverfahren, z. B. zur Analyse einer Fragestellung aus verschiedenen
Blickwinkeln, an ein und demselben Objekt oder auch an einer Vielzahl
verschiedener Objekte einfach und reproduzierbar vorgenommen werden
können.
Für den Fall,
dass die Mittel zum Arretieren des Kopfes individuell an den Kopf
des lebenden Objektes angepasst sind, z.B. ein aus Polyurethanschaum
gefertigtes Haltemittel, ist der Einsatz von atraumatischen Ohrenhaltern
nicht zwingend erforderlich. Auch bei der Untersuchung von Menschen
sind atraumatische Ohrenhalter nicht zwingend erforderlich, da sie
sich nach Aufforderung für
den Zeitraum der Messung entsprechend ruhig verhalten können. Eine
Fixierung oder Unterstützung
des Kopfes ist jedoch möglich,
z.B. durch Feststellmittel oder Formteile, beispielsweise aus aufgeschäumtem Material,
wie bereits zuvor erläutert
wurde. Eine entsprechende Verabreichung von Beruhigungsmitteln in
Zuge der Vorbereitung auf die eigentliche Messung ist ebenfalls
denkbar, aber nicht zwingend.
Die
vorliegende Erfindung umfasst ferner in einer weiteren Ausführungsvariante
eine Kombination aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Halten
lebender Objekte mit bekannten Halterungen. Letztere können beispielsweise
mittels Positionsmarkern, die in Anpassung an das jeweilige Messverfahren
registrierbar sind, ein Bezugssystem für die Lokalisation der Hirnregion
darstellen. Eine solche erfindungsgemäße Halterung weist den Effekt
auf, dass sie nicht nur eine sehr hohe Reproduzierbarkeit der Lokalisation
von Gehirnregionen im Wiederholungsversuch ermöglicht, sondern zusätzlich aufgrund
der vorteilhaften Eigenschaften des glasfaserverstärkten Materials,
eine wesentlich verbesserte Detektionsgenauigkeit der Signale und
damit verbunden eine signifikant erhöhte Aussagekraft der gemessenen
Daten gewährleistet.
Letzte liegt in der nahezu störungsfreien
Detektion von Mess-Signalen ohne Abweichung durch Materialeigenschaften
begründet.
Eine
weitere Variante der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zum Halten lebender Objekte, die zusätzlich ein Mittel zur Anästhesie
des lebenden Objekts aufweist. Ausgestaltungen der Mittel zur Anästhesie
können
beispielsweise eine Atemmaske und/oder wenigstens ein Tubus sein.
Eine Atemmaske alleine, eine Atemmaske mit entsprechendem Tubus,
z.B. für
die Zuführung
von Anästhesiemittel
ist ebenso denkbar, wie eine Atemmaske mit mehr als einem Tubus,
z.B. für
die separate Zu- und Abfuhr von Anästhetika bzw. Atemgas. Auch
ein Tubus alleine oder mehrere Tubi können die Funktion einer Atemmaske
im Sinne der vorliegenden Erfindung erfüllen. Eine vorteilhafte Ausgestaltung
stellt eine Atemmaske dar, die über
die Nase reicht oder in unmittelbarer Nähe der Nasenöffnungen
des lebenden Objekts endet. Die Atemmaske kann die Form eines Trichters
oder einer Röhre
oder eine jegliche andere Form, die zur Bedampfung des lebenden
Objekt mit Anästhesiegas
geeignet erscheint, aufweisen. Bevorzugt bildet das Mittel zur Anästhesie
des lebenden Objekts eine „Atemkammer", d.h. ein Raum in der
Nähe der
Atmungsöffnungen
des lebenden Objekts, die mit Anästhesiemittel
bedampft wird.
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird zur Untersuchung von lebenden Objekten,
wie z.B. Labortieren, das Tier mit einem geeigneten Anästhetikum
anästhesiert
(Primäranästhesie).
Bevorzugt wird dazu ein Injektionsgemisch von Ketamin und Xylazin
eingesetzt und durch intraperitoneale Injektion appliziert. Handelt
es sich bei dem zu untersuchenden lebenden Objekt beispielsweise
um eine Ratte, so kann die Anästhesie
z.B. mit etwa 50 mg Ketamin pro kg Körpergewicht und z.B. etwa 10
mg Xylazin pro kg Körperwicht erfolgen.
Nach Überprüfen der
Reflexfreiheit (entspricht Stadium 3 der Anästhesietiefe) wird das Tier in
die erfindungsgemäße Halterung
positioniert, der Kopf mit den Ohrenhaltern arretiert und gegebenenfalls
mit Hilfe des Mundstücks
zusätzlich
fixiert. Anschließend
wird die Atemmaske über
die Nase geschoben und das Tier mit Beatmungsanästhetikum bedampft (Erhaltungsanästhesie).
Bei
der Erhebung von Messdaten bei Menschen ist eine Anästhesie
nicht zwingend erforderlich, da sich der Mensch nach entsprechender
Aufforderung für
den Zeitraum der Messung entsprechend ruhig in der erfindungsgemäßen Vorrichtung
verhalten kann. Eine Verabreichung von Beruhigungsmitteln im Zuge
der Vorbereitung auf die eigentliche Erhebung der Messdaten ist
jedoch denkbar.
Die
erfindungsgemäß eingesetzten
Mittel zur Anästhesie
können
aus handelsüblichen
Kunststoffen oder Faserverbundstoffen gefertigt sein, wie z.B. Polyethylen
(PE), Polyvinylchlorid (PVC) oder ähnlichen Materialien sowie
glasfaserverstärktem
Kunststoff. Besonders bevorzugt sind die Mittel zur Anästhesie
aus glasfaserverstärktem
Kunststoff.
Der
Vorteil von Atemmasken gegenüber
einer Anästhesie über eine
einfache Luftzuströmung besteht
darin, dass die Anästhesie
durch eine Atemmaske, im Sinne der vorliegenden Erfindung, sehr leicht
aufrechterhalten werden kann (so genannte Erhaltungsanästhesie)
und vor allem gleichzeitig neuronale Funktionen der verschiedenen
Hirnkerngebiete unbeeinträchtigt
bleiben.
Im
Gegensatz dazu tritt bei der Anästhesie über den
Luftstrom, wie sie üblicherweise
erfolgt, regelmäßig eine
Verschiebung der neuronalen Aktivitäten im Gehirn auf. Dies kann
sich derart negativ auswirken, dass es zu einer massiven Variation
der Konzentration, insbesondere zu einer Anreicherung, eines oder
mehrerer bei bildgebenden Verfahren eingesetzten Liganden in den
zu untersuchenden Hirnregionen kommt. Ferner kann es durch die bekannte Form
der Anästhesie über einen
Luftstrom zu Veränderungen
der Rezeptorexpression bzw. Proteinexpression generell kommen, insbesondere
bei Langzeitstudien, bei denen das lebende Objekt beispielsweise über einen
Zeitraum von mehreren Wochen ein- bis mehrmals pro Woche anästhesiert
und in die Messvorrichtung gebracht werden muss. Dies resultiert
dann in Messdaten, die gegenüber
dem funktionell unbeeinflussten („realen" bzw. „natürlichen") Zustand des untersuchenden Gewebes
in eine Fehlinterpretation mündet.
Durch
die Bereitstellung einer erfindungsgemäßen Variante der Vorrichtung
zum Halten lebender Objekte bei physiologischen Messungen treten
die zuvor genannten Nachteile nicht auf. In vorteilhafter Weise
ermöglicht
die erfindungsgemäße Halterung mit
Atemmaske, dass die lebenden Objekte in einer so genannten Erhaltungsanästhesie,
also unter leichter aber stabiler Narkose, gehalten werden.
Unter „leichter
Anästhesie" bzw. „Erhaltungsanästhesie" im Sinne der vorliegenden
Erfindung, die als Synonyme zu verstehen sind, ist ein Zustand zu verstehen,
bei dem das Bewusstsein zwar abgeschaltet ist (vergleichbar einem
Leichtschlaf-Zustand),
aber gleichzeitig die neuronale Funktion, verglichen mit einem nicht-narkotisierten lebenden
Objekt, unbeeinträchtigt
bleibt.
Eine
solche erfindungsgemäß „leichte
Anästhesie"/„Erhaltungsanästhesie" wird beispielsweise durch
ein Luft-Gasgemisch enthaltend jedes Anästhetikum, das sich entsprechend
niedrig dosieren lässt,
erreicht. Bevorzugt wird die erfindungsgemäße „Erhaltungsanästhesie" erreicht durch ein
Luft-Gasgemisch enthaltend z.B. Isofluran oder Urethan mit einem
Anteil von etwa 0,5 % bis 1,5 %. Die Prozentangaben beziehen sich
dabei auf Volumen-Prozent (Vol.-%). Vorteilhafte Volumenanteile
bewegen sich im Bereich von etwa 0,6% bis 1,5 %. Bevorzugt sind etwa
0,6% bis 1,0 %. Besonders bevorzugt ist eine Anästhesie mit einem Anteil von
etwa 0,6 % bis 0,8 %. Insbesondere wird ein Anteil von etwa 0,6%
an Anästhetikum
bevorzugt. Erfindungsgemäß umfasst sind
auch alle Zwischenbereiche an Volumenprozenten. In einer besonders
vorteilhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Anteil von etwa 0,6 % Isofluran
eingesetzt.
In
vorteilhaften Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung können die
lebenden Objekte während
der Anästhesie
selbst atmen oder über
herkömmliche
Geräte
beatmet werden.
Des
Weiteren sind durch die erfindungsgemäß gezielte Anästhesie
so genannte Rezeptor-Liganden-Verdrängungsstudien an/in lebenden
Objekten möglich.
Es
können
anhand der Verteilung eines für die
Messmethode geeignet markierten Liganden im Körper und/oder Gehirn und über dessen
Auftauchen oder seiner Metabolite im arteriellen und venösen Blut
des Körperkreislaufs
des untersuchten lebenden Objekts, z.B. eines Labortiers, diverse
pharmakologisch bedeutsame Parameter erfasst werden. Hier wären etwa
die Bestimmung der Zahl von Bindungsstellen (Bmax)
sowie von kinetischen Parametern, wie z.B. kA bzw.
kD (Assoziations- bzw. Dissoziationskonstante
einer markierten Substanz oder eines markierten Pharmakons) in einem
bestimmten Gewebe oder einer bestimmten Region eines Körperteils,
insbesondere im Kerngebiet des Gehirns, zu nennen.
Ferner
kann die Kinetik des Anflutens und der Elimination von markierten
Liganden (allein oder nach Verdrängung)
beobachtet werden.
In
einer Variante der vorliegenden Erfindung ist die Verabreichung
eines durch bildgebende Verfahren detektierbar markierten Liganden,
z. B. 18F-CPFPX (18F-8-Zyklopentyl-3-(3-Fluoropropyl)-1-Propylxanthin)
denkbar, welcher spezifisch an seinen Rezeptor in dem zu untersuchenden
Gewebe bindet. Durch die überschüssige Gabe
des entsprechend nicht-markierten Liganden oder die Gabe eines Liganden
mit bekanntermaßen
höherer
Affinität zu
dem entsprechenden Rezeptor ist es möglich, eine Kinetik des spezifischen
Stoffwechsel zu erstellen. Solche Verdrängungsstudien erlauben die
Bestimmung von Messdaten mit signifikant hoher Aussagekraft hinsichtlich
der realen, d.h. von Anästhetika
unbeeinflussten Funktion des zu untersuchenden lebenden Gewebes,
z. B. im Gehirn. Außerdem
liefern diese Verdrängungsstudien
Hinweise auf die Stoffwechselaktivität des zu untersuchten Gewebes, welche
wiederum einen Rückschluss
auf die Physiologie oder das Maß oder
die Veränderung
eines krankhaften Zustandes (Pathophysiologie) zulässt.
Durch
die Bereitstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Mitteln
zur Anästhesie
von lebenden Objekten ist nicht nur eine von Anästhetika weitgehend unbeeinflusste
Funktion des zu untersuchenden Gewebes möglich, sondern es lässt sich auch
eine stabile und für
das lebende Objekt nicht belastende Narkose über mehr als eine Stunde aufrechterhalten.
Vorteilhafterweise kann die Narkose über mehrere Stunden und besonders
vorteilhaft über
Tage aufrecht erhalten werden. Außerdem können diegleichen lebenden Objekte
in Wiederholungsuntersuchungen, z. B. zum Studium progredienter Erkrankungen,
aufgrund der sehr sensiblen Anästhesie
immer wieder in einen vergleichbaren Narkosezustand versetzt werden.
Diese Vergleichbarkeit des physiologischen Zustandes in den das
lebende Objekt versetzt wird, erhöht die Aussagekraft der detektierten
Messwerte.
Die
Vorrichtung zum Halten von lebenden Objekten kann Antriebsmittel
zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Messeinheit und
der Vorrichtung aufweisen.
Die
Vorrichtung weist ein Basiselement auf. Unter „Basiselement" ist z. B. eine Grundplatte
oder ein Untergestell mit Grundplatte zu verstehen, welches) das
lebende Objekt ganz oder zumindest teilweise aufnehmen kann. Das
Basiselement ist bevorzugt an einem Träger bzw. an einem Trägerarm angebracht.
Insbesondere ist das Basiselement mittels eines Befestigungssystems
(Spann- und/oder Positioniersystem) an dem Träger angebracht.
Unter
dem Begriff „Messeinheit" sind bildgebende
Messapparaturen, wie PET oder MRT, oder Röntgenapparaturen oder elektrophysiologische Messapparaturen
oder sonstige Apparaturen zur Akquisition und Analyse physiologischer
Daten zu verstehen. Hierzu zählen
auch die entsprechenden Detektor- oder Scann-Einheiten der Messapparaturen.
Die
Vorrichtung zum Halten lebender Objekte weist ferner Antriebsmittel
auf, mit deren Hilfe die Vorrichtung verfahrbar und exakt positionierbar
ist, z.B. in das Messfeld einer der zuvor genannten Apparaturen,
dem so genannte „field
of view".
Unter „Antriebsmittel" sind gängige mechanische
Regeleinheiten zu verstehen, wie z.B. zahnrad-ähnliche Systeme und/oder so
genannte Lineareinheiten. Die Lineareinheiten können insbesondere Software-gesteuert
sein. Geeignete Lineareinheiten können beispielsweise Schlitten
aufweisen, die Kugelgewindegetrieben oder Kugelbüchsen-geführt sind. Auch ein Zahnriemenantrieb
ist denkbar. Die Lineareinheiten werden vorzugsweise durch Schrittmotoren,
z. T. mit Bremse, bewegt. Vorteilhaft sind 2-Phasen-Schrittmotoren.
Die Feinregulierung der Lineareinheiten kann auch über Schrittmotoren
mit mehr als 2 Phasen erfolgen. Die Lineareinheiten zeichnen sich
ferner dadurch aus, dass sie auch bei Belastung durch das zu untersuchende
Objekt keinerlei Verkippung oder Verwindung zeigen. Die Anforderungen
der vorliegenden Erfindung erfüllen
beispielsweise Lineareinheiten der Fa. Bosch-Rexrodt (Stuttgart,
Deutschland).
In
einem Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung können
drei Lineareinheiten eine relative Steuerung und Positionierung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
entlang der X-, Y- und/oder Z-Achse ermöglichen. In einer Ausführungsform
ist die Endposition, an welche die Vorrichtung in der jeweiligen
Achse verfahrbar ist über
einen so genannte Endschalter, insbesondere einen Magnetendschalter,
festgelegt. Die Position dieses Endschalters kann mechanisch oder
Software-gesteuert sein. Die Ausgangsposition ist entsprechend als
Nullposition festgelegt. Die Null- und End-Position und alle dazwischenliegenden
Positionen sind übergangslos
in allen drei Raumachsen über
eine gängige
rechnergesteuerte Regeleinheit ansteuerbar.
In
einer Variante der Vorrichtung sind die Linearantriebe entsprechend
den Raumachsen so angebracht, dass der Hauptantrieb (Z-Achse) die
beiden anderen Achsen mitbewegt und der nächste Antrieb (X-Achse) die
letzte Achse (Y-Achse) mit bewegt, was im Prinzip einer „Achsschichtung" entspricht. Demgegenüber sind
aber auch Achsen denkbar, die unabhängig voneinander verfahrbar,
also nicht „geschichtet" sind.
In
einer Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Z-Achse die Hauptverfahr-Achse.
Der Verfahrweg wird entsprechend so gewählt, dass das lebende Objekt
komplett, z.B. zur Ganzkörpermessung,
oder teilweise, z.B. zur Gehirnmessung, analysiert werden kann.
Darüber
hinaus ist neben einer Anpassung des Verfahrweges an die Körpergröße des zu
untersuchenden Objekts eine zusätzliche
Adaptation an die Abmessungen der Messapparatur vorteilhaft. Je nach
Größe des zu
untersuchenden Objekts kann beispielsweise die Vorrichtung über eine
Distanz im Bereich von wenigstens 0,1 mm bis 2,5 m kontinuierlich
verfahren werden. Bevorzugt sind Distanzen im Bereich von wenigstens
0,1 mm bis 1 m, besonders bevorzugt im Bereich von wenigstens 0,1
mm bis 0,5 m, höchst
besonders bevorzugt im Bereich von wenigstens 0,1 mm bis 5 cm und
insbesondere im Bereich von wenigstens 0,1 mm bis 1 cm. Es sind
auch alle denkbaren Zwischendistanzen umfasst, die sich in Anlehnung
an die Größe des zu
untersuchenden Objekts oder entsprechender Gewebe oder Organe des
selben ergeben. So sind zur Untersuchung von Gehirnen kleinerer
Labortiere, wie z.B. Ratten Verfahrwege von 0,1 mm bis 600 mm in
der Regel ausreichend.
Die
zweite Achse (X-Achse) ist ebenfalls an die Messapparatur und das
zu untersuchende Objekt in ihrer Verfahrbarkeit angepasst. Insbesondere
hat die X-Achse
einen kontinuierlichen Verfahrweg im Bereich von wenigstens 0,1
mm bis 1 m. Bevorzugt sind Distanzen im Bereich von wenigstens 0,1
mm bis 0,5 m, besonders bevorzugt im Bereich von wenigstens 0,1
mm bis 25 cm, höchst
besonders bevorzugt im Bereich von wenigstens 0,1 mm bis 10 cm und
insbesondere im Bereich von wenigstens 0,1 mm bis 50 mm. Es sind
auch alle denkbaren Zwischendistanzen umfasst, die sich in Anlehnung
an die Größe des zu
untersuchenden Objekts oder entsprechender Gewebe oder Organe des
selben ergeben. So sind zur Untersuchung von Gehirnen kleinerer
Labortiere, wie z.B. Ratten Verfahrwege von 0,1 mm bis 50 mm in
der Regel ausreichend.
Die
X-Achse trägt
im wesentlichen die Vertikal-Achse (Y-Achse).
In
einer weiteren Ausgestaltung der Vorrichtung hält die Vertikal-Achse (Y-Achse)
das eigentliche Basiselement der Vorrichtung, welches seinerseits
das lebende Objekt trägt.
Besonders bevorzugt ist für
die Y-Achse eine Verfahrbarkeit über
eine Distanz im Bereich von wenigstens 0,1 mm bis 1,5 m. Auch hier
ist eine Anpassung an die Messapparatur und/oder die Größe des zu
untersuchenden Objekts umfasst. Bevorzugt sind Distanzen im Bereich
von wenigstens 0,1 mm bis 1 m, besonders bevorzugt im Bereich von
wenigstens 0,1 mm bis 50 cm, höchst besonders
bevorzugt im Bereich von wenigstens 0,1 mm bis 25 cm und insbesondere
im Bereich von wenigstens 0,1 mm bis 50 mm. Es sind auch alle denkbaren
Zwischendistanzen umfasst, die sich in Anlehnung an die Größe des zu
untersuchenden Objekts oder entsprechender Gewebe oder Organe des
selben ergeben. So sind zur Untersuchung von Gehirnen kleinerer
Labortiere, wie z.B. Ratten Verfahrwege von 0,1 mm bis 50 mm in
der Regel ausreichend.
Jeder
der Linearantriebe ist einzeln ansteuerbar. Über Endschalter sind Null-
und End-Position begrenzt. In einer Ausgestaltung sind die Linearantriebe
zum Schutz gegen Verunreinigungen und Staub geschlossen und korrosionsbeständig beschichtet.
Die
vorliegende Vorrichtung kann vor und/oder während der Messungen kontinuierlich
bewegt werden. Ebenso ist die Geschwindigkeit, mit der die Vorrichtung
bewegt wird, variabel steuerbar. Die Kontinuität der Bewegung und eine Feinsteuerung der
Geschwindigkeit mit der die Vorrichtung verfahren wird, ermöglicht als
weitere Vorteile, dass beispielsweise die physiologischen Eigenschaften
unterschiedlicher Teilbereiche des lebenden Objekts innerhalb kürzester
Zeit, bevorzugt innerhalb einer Messung, analysiert werden können. So
können
verschiedene Organe, wie z.B. Gehirn, Leber und Herz, einzeln oder
in einer festgelegten Sequenz, wie z.B. Gehirn-Leber-Gehirn-Leber
etc., in einem engen Zeitfenster beobachtet werden. Dies ermöglicht die Akquisition
wichtiger Zusatzinformationen über
das entsprechende Zusammenspiel der Organe oder ihre Abhängigkeiten
voneinander.
Die
Vorrichtung mit ihrer sensiblen Antriebstechnik ermöglicht ferner
die Aufnahme von Messkinetiken und Dynamiken, die sehr detaillierte
Aussagen über
die Stoffwechselaktivitäten
in den untersuchten Bereichen des lebenden Objekts zulassen. Insbesondere
vorteilhaft sind diese kinetischen und dynamischen Aufnahmen zur
Neuentwicklung von Pharmaka oder zur Untersuchung spezieller Wirkungen
und Nebenwirkungen neuer Pharmaka (drug development).
Die
Vorrichtung mit ihren zuvor erläuterten Ausgestaltungen
zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass über eine rechnergesteuerte
und entsprechend benutzerfreundliche Oberfläche eine wiederholbare, einfach
zu handhabende und gleichzeitig sehr exakte Positionierung erzielt
wird, ohne dass der Experimentator an die Vorrichtung oder das lebende
Objekt herantreten und eine mechanische Korrektur vornehmen muss.
Vorteilhafter
Weise wird eine Positionsgenauigkeit mit einer Abweichung von weniger
als 0,1 mm erreicht. Ferner ist über
Positionsvariablen der drei Raumachsen eine exakte Positionierung
mit einer extrem hohen Wiederholgenauigkeit möglich. Die Abweichung mit der
die Vorrichtung wiederholt in dieselbe Position verfahrbar ist,
beträgt
dabei weniger als 0,1 mm.
Zusätzlich kann
eine Überwachung
der Positionierung der Vorrichtung zum Halten lebender Objekte durch
eine Web-Kamera unterstützt
werden, wodurch die Wiederholgenauigkeit und Positionsgenauigkeit
noch weiter gesteigert werden kann.
In
weiteren Ausgestaltungen ist die Vorrichtung zum Halten lebender
Objekte hinsichtlich ihrer Belastbarkeit an das Gewicht des zu untersuchenden Objekts
angepasst. Außerdem
ist die Vorrichtung über
eine Strecke verfahrbar, die Messungen des gesamten lebenden Objekts
oder zumindest Teilen davon ermöglicht.
Die Verfahrgeschwindigkeit beträgt dabei
beispielsweise weniger als 10 mm/s, was bei entsprechend abgestimmter
Datenerfassungsfrequenz die lückenlose
Aufnahme des gesamten lebenden Objekts gestattet. Bevorzugt sind
Ausgestaltungen, die sich zu Ganzkörpermessungen am lebenden Objekt
eignen. Eine Anpassung der Belastbarkeit der Vorrichtung selbst
und/oder der Lineareinheiten zum Positionieren der Vorrichtung an
höhere Gewichte
der zu untersuchenden lebenden Objekte oder eine entsprechende Anpassung
an längere
Verfahrstrecken in Abhängigkeit
von der Länge
oder der Höhe
oder dem Umfang des zu untersuchenden lebenden Objekts ist problemlos
möglich.
Ferner
kann die Vorrichtung Bestandteil einer so genannten „Transport-
oder Positioniereinheit" sein,
die als „Träger" bezeichnet wird.
Die
zuvor beschriebene Vorrichtung zum Halten der lebenden Objekte ist
an diesem Träger
angebracht bzw. von diesem Träger
abnehmbar und somit separat transportabel. Dies hat zum Vorteil,
dass die unterschiedlichen Ausgestaltungsformen der Vorrichtung,
wie z. B. eine Liege oder ein Sitz, an dem Träger austauschbar sind. Ein
weiterer Vorteil der modularen Bauweise des Trägers und/oder der Vorrichtung
zum Halten lebender Objekte ist, dass das lebende Objekt, welches
bereits in einer für
die Messung geeigneten Haltung fixiert ist, problemlos von einer
Messapparatur zu einer anderen transportiert werden kann. Die Tatsache,
dass das lebende Objekt nicht mehr für jedes angewendete Messverfahren neu
fixiert werden muss, erleichtert eine routinemäßige Akquise von Messdaten,
erhöht
die erzielbare Messdatendichte pro Zeiteinheit und erhöht zudem die
Messgenauigkeit und Vergleichbarkeit der gewonnen Daten.