DE102006058730A1 - Modular three-dimensional cell culture carrier useful in biological and medical applications, comprises a compound of stacked material layers, which are perforated as non-planar single layers - Google Patents

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Abstract

The modular three-dimensional cell culture carrier useful in biological and medical applications, comprises a compound of stacked material layers, which are perforated as non-planar single layers (1, 2), so that the perforations in stack compound form regular or irregular channels (4) with vertical and horizontal process portions by a stack (3). The channels are designed, so that the interconnecting porosity of a naturally interconnected porous cell culture carrier is reproduced by its process. The cell cultural carrier is implemented as medical implant. The modular three-dimensional cell culture carrier useful in biological and medical applications, comprises a compound of stacked material layers, which are perforated as non-planar single layers (1, 2), so that the perforations in stack compound form regular or irregular channels (4) with vertical and horizontal process portions by a stack (3). The channels are designed, so that the interconnecting porosity of a naturally interconnected porous three-dimensional cell culture carrier is reproduced by its process. The cell cultural carrier is implemented as medical implant. A variable geometry of the channels influences the cell growth and the cell function. The cell culture carrier flows through vertically and horizontally and forms a structure. The single layers consist of different materials and form a periodic sequence of different materials. The single layers are additionally provided with very thin layers in comparison with the characteristic thickness, are arranged irregularly or regularly, consist of electrically conductive material, electrically insulate the conductive layers against each other and are used as electrodes during contacting. A local electrical field is produced by the electrodes in the cell culture carrier structure. A local pH-value in the structure filled with a cell culture medium is influenced by the electrical field within the cell culture carrier. The cell functions are stimulated or suppressed by the local influence of the pH value in the cell culture carrier. The electrodes have geometry, so that it forms a condenser. The electrode is formed in meander-form, so that it heats itself with a current flow through the characteristic resistance and works as local heating. Two electrodes are formed as Peltier element for local cooling in the cell culture carrier structure. The electrodes are doubly contacted and formed, so that it form a magnetic field controllable over the current flow. The same or different active substances in the cell culture carrier are eluted from a thin layer or several thin layers in contact with the liquid medium. The single layers are dissolved and/or materially converted by the metabolism of the settling cells. The single layers consist of different metals, which form several electro-chemical elements in contact with the liquid medium. The adjacent layers of the single layers have chemical reactions at an interface.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zellkulturträger.The The invention relates to a cell culture carrier.

Zellen sind als kleinste Organisationsformen des Lebens bereits hochkomplex und treten in vielfältige Wechselwirkungen mit ihrer Umgebung.cell are already highly complex as the smallest organizational forms of life and occur in diverse Interactions with their environment.

Zur Aufklärung dieser Wechselwirkungen wurden eine Reihe von spezialisierten Methoden und Techniken entwickelt, die es gestatten, Untersuchungen an lebenden Zellen bzw. Zellverbänden durchzuführen und deren Ergebnisse von hohem Interesse sowohl für die Biologie als auch für die Medizin sind.to clarification, clearing up of something These interactions were a series of specialized methods and developed techniques that allow investigations on living Cells or cell aggregates perform and their results of great interest to both biology as well as for the medicine is.

Durch die Versorgung in Nährlösungen bzw. das Absetzen auf speziellen Substraten gelingt es, die Zellen nicht nur am Leben zu erhalten, sondern sie auch zum Wachsen und zur Differenzierung zu bringen sowie ihre Teilung zu stimulieren (Zellzüchtung).By the supply in nutrient solutions or the Settling on special substrates does not succeed, the cells just to keep alive, but also to grow and differentiate to bring and to stimulate their division (cell culture).

Die Methoden zur Gewinnung, zur Lebenderhaltung von Zellen bzw. zur Zellzüchtung werden als Zellkulturtechniken bezeichnet. Die sich in einem Gefäß befindliche Ansammlung von Zellen bezeichnet man als Zellkultur.The Methods for the extraction, for the life preservation of cells or for cell culturing are referred to as cell culture techniques. The one in a vessel Collection of cells is called cell culture.

Erkenntnisse über das differenzierte Verhalten einer Zelle oder über das Verhalten von Zellbestandteilen gewinnt man z.B. dadurch, dass man die direkte Umgebung gezielt beeinflusst und die Reaktion auf den speziellen Umgebungsreiz beobachtet und auswertet.Findings about the Differentiated behavior of a cell or the behavior of cell components one wins e.g. by targeting the immediate environment influenced and observed the response to the special environmental stimulus and evaluates.

Eine einfache, weit verbreitete Zellkulturtechnik ist die sogenannte statische Zellkulturtechnik. In einem Zellkulturgefäß, z.B. einer flachen Schale, befinden sich die Zellen frei schwebend in einer Nährlösung. Die Zellanzahl wachst entsprechend des Nährstoffangebotes und reduziert sich bei absoluter Nährstoffabnahme bzw. aufgrund zu hoher Konzentration von nicht entfernten Stoffwechselendprodukten.A simple, widespread cell culture technology is the so-called static cell culture technique. In a cell culture vessel, e.g. a shallow dish, the cells are floating freely in a nutrient solution. The Cell number grows according to the nutrient supply and reduces with absolute nutrient decrease or because of too high a concentration of non-removed metabolic end products.

Kann man die Zellen auf einem sich im Zellkulturgefäß befindlichen Substrat haftend absetzen, so kann man die Nährlösung periodisch wechseln und damit gleichzeitig die gelösten Stoffwechselendprodukte entfernen. In dieser Art der Technik ist die Zellkultur lange am Leben zu erhalten.can the cells are adhered to a substrate in the cell culture vessel settle, so you can the nutrient solution periodically change and thus at the same time the dissolved metabolic end products remove. In this type of technique, cell culture is long on To get life.

In einer optimalen Zellkulturtechnik erfolgt die Versorgung der am Substrat haftenden Zellen kontinuierlich parametrisch kontrolliert ebenso wie die kontinuierliche Entsorgung der Stoffwechselendprodukte.In an optimal cell culture technology is the supply of the Substrate adherent cells are continuously parametrically controlled as well as the continuous disposal of metabolic end products.

Die Wechselwirkung der Zellen mit Substraten ist aus vielerlei Gründen für viele Bereiche wie z.B. der Biomaterialforschung und der Medizin von Bedeutung.The Interaction of cells with substrates is for many reasons for many Areas such as e.g. of biomaterials research and medicine of importance.

Auf Substraten wie Biomaterialien erfolgen Zellreaktionen adhärenter Zellen aufgrund von geometrischen, chemischen und physikalischen Substrateinflüssen. Dabei kann das Substrat z.B. durch seine Oberflächentopologie die Zellform der wachsenden adhärierenden Zellen beeinflussen und ihre Bewegungsrichtungen präferieren. Ist das Substrat im Medium, der Nährlösung, durch Löslichkeit von Bestandteilen chemisch aktiv oder kann es aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung in den Zellstoffwechsel mit einbezogen werden, so kann dieser Substrateinfluss dominant für das Verhalten der Zellen in der Zellkultur sein.On Substrates such as biomaterials carry out cell reactions of adherent cells due to geometric, chemical and physical substrate influences. there For example, if the substrate is e.g. through its surface topology the cell shape the growing adherent Influence cells and prefer their directions of movement. Is the substrate in the medium, the nutrient solution, by solubility of ingredients chemically active or it may be due to its chemical Composition to be involved in the cell metabolism, so This substrate influence may be dominant for the behavior of the cells to be in cell culture.

Im Wissen darum können Substrate speziell zur gezielten Einflussnahme auf Zellen und Verbände präpariert werden. Die Art der Substrate wird dabei in Abhängigkeit vom gewählten Untersuchungsziel gewählt. Die Präparation erfolgt z. B. in Bezug auf

  • – die Oberflächentopologie
  • – die inneren Oberflächen interkonnektierend poröser Substrate
  • – die Porositätsstruktur im Volumen der Substrate
  • – die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Oberflächen
  • – die chemischen und physikalischen Eigenschaften der inneren Oberflächen interkonnektierend poröser Substrate
  • – die physikalische Stimulation von Zellen auf Substratoberflächen
  • – die physikalische Stimulation von Zellen im Inneren von porösen Substraten.
In the knowledge about it substrates can be specially prepared for the purposeful influence on cells and bandages. The type of substrate is chosen depending on the chosen study objective. The preparation takes place z. B. in relation to
  • - the surface topology
  • The inner surfaces of interconnecting porous substrates
  • - The porosity structure in the volume of the substrates
  • - the chemical and physical properties of surfaces
  • The chemical and physical properties of the internal surfaces of interconnecting porous substrates
  • - the physical stimulation of cells on substrate surfaces
  • - the physical stimulation of cells inside porous substrates.

Insbesondere offene, poröse Substrate, in die Zellen einwandern können, sind für Untersuchungen von besonderem Interesse, da sie die natürlichen Lebensbedingungen der Zellen und Zellverbände in ihrer dreidimensionalen Struktur annähernd abbilden und aufgrund ihrer offenen Struktur eine Stoffwechselver- und entsorgung gestatten.Especially open, porous Substrates into which cells can migrate are for investigation Of particular interest, since they are the natural living conditions of the Cells and cell aggregates approximate in their three-dimensional structure and due allow their metabolism and disposal to their open structure.

In der Natur findet man eine Vielzahl von interessanten Beispielen für Gewebe und Organellen, in denen derartige Organisationsformen, d.h. Zellverbünde eingebettet in offenen dreidimensionalen Strukturen, funktionelle Aufgaben besitzen. Die Nachbildung dieser funktionellen Organisationsformen ist insbesondere für die Medizin sehr interessant. Als Beispiel sei die Struktur des Knochens aufgeführt, in dessen dreidimensionaler mineralischer Struktur Zellen des Knochens, Osteozyten, eingebettet sind.In Nature has a variety of interesting examples for tissue and organelles in which such forms of organization, i. Embedded cell groups in open three-dimensional structures, have functional tasks. The reproduction of these functional organization forms is in particular for the Medicine very interesting. As an example, consider the structure of the bone lists in its three-dimensional mineral structure cells of the bone, Osteocytes are embedded.

Durch unterschiedlichste Techniken wurden offenporige Subtratstrukturen erzeugt, mit Zellen besiedelt, stimuliert und intensiv untersucht /1, 2, 3/.By various techniques have been open-porous substrate structures produced, populated with cells, stimulated and intensively studied / 1, 2, 3 /.

Neben den gewonnenen Erkenntnissen wurden auch eine Reihe von methodischen Schwierigkeiten offenbar. Während es gut gelingt Strukturen von Zellen, die im Monolayer auf Substratoberflächen haften sowie deren Zellfunktionen mit den verschiedensten Techniken wie z.B. konfokale Laser-Raster-Mikroskopie oder Rasterelektronenmikroskopie zu beobachten bzw. nachzuweisen, ist es sehr schwierig, Zellen im Inneren poröser Substrate zu untersuchen /4, 5, 6/. Die gezielte Stimulation von Zellen im Inneren von Substraten ist ebenfalls sehr schwierig und in der Regel nur über die primäre Substratpräparation möglich.Next The lessons learned were also a set of methodological Difficulties obviously. While it works well structures of cells that adhere to substrate surfaces in the monolayer as well as their cell functions with the most different techniques like e.g. Confocal Laser Scanning Microscopy or Scanning Electron Microscopy To observe or prove, it is very difficult to cells in Inner porous To study substrates / 4, 5, 6 /. The targeted stimulation of Cells inside substrates is also very difficult and usually only about the primary substrate preparation possible.

Die im Inneren der Substrate befindlichen Zellen sind mikroskopischen und spektroskopischen Untersuchungen nur durch Zerstörung der Substrate zugänglich und dieser Zerstörungsvorgang ist in der Regel wenig definiert. Trotz der Aufgabenstellung der umfassenden Untersuchung von Zellen im Inneren von dreidimensionalen porösen Substraten ist diese Aufgabe bisher ungelöst.The inside the substrates cells are microscopic and spectroscopic investigations only by destroying the Substrates accessible and this destruction process is usually little defined. Despite the task of the comprehensive Examination of cells inside three-dimensional porous substrates this task is still unresolved.

Die Aufgabenstellung, die mit der vorliegenden Erfindung gelöst werden soll, besteht darin, Zellen in Kultur, die sich im Inneren von definiert porösen dreidimensionalen Substraten befinden, gezielten geometrischen, physikalischen und chemischen Einflüssen auszusetzen und für die Untersuchung zugänglich zu machen.The Task, which are achieved with the present invention is, is to define cells in culture that are inside of porous three-dimensional Substrates are located, targeted geometric, physical and chemical influences to suspend and for the investigation accessible close.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabenstellung besteht in der Bereitstellung eines modularen 3-D Zellkulturträgers, bestehend aus einem definierten Stapel von separaten Einzelschichten, die derart perforiert sind, dass die Perforationen im Stapelverbund regelmäßige oder unregelmäßige Kanäle mit vertikalen und horizontalen Verlaufsanteilen durch den Stapel hindurch bilden.The inventive solution of Task is to provide a modular 3-D Cell culture medium, consisting of a defined stack of separate layers, which are perforated such that the perforations in the stack composite regular or irregular channels with vertical and horizontal gradients through the stack.

Ein modularer 3D-Zellkulturträger wird durch einen gerichteten Stapel von dünnen 2D-Strukturen derart gebildet, dass durch eine kontrollierte Perforierung der 2D-Strukturen eine Durchgängigkeit durch den Stapel in der Art einer künstlichen interkonnektierenden Porosität entsteht. Nach der Zellbesiedlung der inneren und äußeren Oberfläche des 3D-Zellkulturträgers und erfolgten interessierenden Wechselwirkungen der Zellen mit diesem kann durch Auflösen des Verbundes der 2D-Strukturen an einer gewählten Stelle die lokale Untersuchung der Zellen und deren Umgebung erfolgen. Dadurch wird die Untersuchung der Wechselwirkung der Zellen mit der lokalen 3D-Struktur, insbesondere die Untersuchung von zellulären Strukturen, Zellmigration, Zellproliferation und Apoptose sowie von spezifischen Zellfunktionen möglich.One Modular 3D cell culture carrier is formed by a directed stack of 2D thin structures such that a controlled perforation of the 2D structures a patency through the stack in the manner of an artificial interconnecting porosity arises. After cell colonization of the inner and outer surface of the 3D cell culture medium and interacting with the cells of interest can by dissolving of the composite of 2D structures at a chosen location the local investigation the cells and their environment take place. This will make the investigation the interaction of the cells with the local 3D structure, in particular the study of cellular Structures, cell migration, cell proliferation and apoptosis as well of specific cell functions possible.

Die Beschreibung der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt in Beispielen anhand der beigefügten Figuren. Es zeigenThe Description of the solution according to the invention takes place in examples with reference to the attached figures. Show it

1: einen modulare 3D-Zellkulturträger, 1 a modular 3D cell culture carrier,

2: eine Schichtfolge heterogener Dicke, 2 : a layer sequence of heterogeneous thickness,

3: eine nichtplanare Schichtfolge, 3 : a non-planar layer sequence,

4: eine heterogene Einzelschicht, 4 a heterogeneous single layer,

5: eine Schichtfolge unterschiedlicher Einzelschichtmaterialien, 5 : a layer sequence of different single-layer materials,

6: eine Stapelfolge mit innerer doppelt beschichteter Lage, 6 : a stacking sequence with inner double-coated layer,

7: eine Struktur lokale Heizung, 7 : a structure local heating,

8: eine Struktur Magnetfeld. 8th : a structure magnetic field.

In 1 ist die grundlegende erfindungsgemäße Lösungsidee dargestellt. Die unterschiedlich definiert perforierten Einzelschichten (1, 2) werden zu einem Stapel (3) derart zusammengestellt, das sich, wie im Teilschnitt gezeigt, durch eine gestapelte Schichtstruktur mit Kanälen (4) eine Durchlässigkeit des Stapels ergibt. Die Zellen können in die derartig präparierte Struktur einwandern und mit ihr Wechselwirken. Zur Untersuchung der sich im Inneren befindlichen Zellen kann der Stapel (3) an definierter Stelle, d.h. in Höhe der interessierenden Einzelschicht, aufgelöst werden und die Zellen können mikroskopisch und spektroskopisch untersucht werden. Die technische Realisierung eines derartigen Stapels erfolgt z.B. durch Präzisionslaserschneiden der Einzelschichten, dünnen Folien, und oder perforierendes Plasmaätzen der Einzelschichten. Die Einzelschichten werden durch eine geeignete Hilfsvorrichtungen lösbar zusammengehalten oder durch eine einfach aufzulösende Fügung miteinander verbunden, z.B. Klebung oder Punktschweißung.In 1 the basic solution idea according to the invention is shown. The differently defined perforated individual layers ( 1 . 2 ) become a stack ( 3 ), which, as shown in the partial section, through a stacked layer structure with channels ( 4 ) gives a permeability of the stack. The cells can migrate into and interact with the structure thus prepared. To examine the cells inside, the stack ( 3 ) are dissolved at a defined location, ie at the level of the individual layer of interest, and the cells can be examined microscopically and spectroscopically. The technical realization of such a stack, for example, by precision laser cutting of the individual layers, thin films, and or perforating plasma etching of the individual layers. The individual layers are held together detachably by a suitable auxiliary device or connected to one another by an easily dissolved joint, eg gluing or spot welding.

In 2 ist ein geometrisch inhomogener Stapel mit unterschiedlichen Schichtdicken (5, 6, 7) dargestellt, der die interkonnektierende Porosität eines natürlichen interkonnektierend porösen 3D-Zellkulturträgers nachbildet. Durch die Schaffung von verschieden großen Poren, Hohlräumen im Inneren des Substrates kann das Wachstum und die Zellfunktion beeinflusst werden. Weiterhin ist es möglich, einen inneren funktionellen Zellmonolayer zu erzeugen.In 2 is a geometrically inhomogeneous stack with different layer thicknesses ( 5 . 6 . 7 ), which simulates the interconnecting porosity of a natural interconnecting porous 3D cell culture carrier. By creating different sized pores, cavities inside the substrate, the growth and the cell function can be influenced. Furthermore, it is possible to generate an inner functional cell monolayer.

Ein aus nichtplanareren Schichten (8) bestehender Stapel ist in 3 dargestellt. Durch die geometrische Form der Einzelschichten können angepasst benötigte Kanäle (4) realisiert werden.One of non-planar layers ( 8th ) existing stack is in 3 shown. Due to the geometric shape of the individual layers, adapted channels ( 4 ) will be realized.

Durch die vollständige Kontrolle über die Zusammensetzung der Einzelschichten (1) ist es möglich einen chemisch inhomogen Stapel als Substrat zu benutzen, wie in 4 dargestellt. Die materialtechnisch abweichende Einzelschicht (9) kann z.B. durch ihre Löslichkeit als innerer chemischer Reiz wirken.Through complete control over the composition of the individual layers ( 1 ) it is possible to use a chemically inhomogeneous stack as a substrate, as in 4 shown. The material technically deviating single layer ( 9 ) can act as an internal chemical stimulus, for example, by its solubility.

In 5 ist ein Substrat bestehend aus einer periodischen Schichtfolge unterschiedlicher Einzelschichtmaterialien (1) dargestellt.In 5 is a substrate consisting of a periodic layer sequence of different single layer materials ( 1 ).

Bringt man in den Stapel elektrisch leitfähige Schichten ein, so eröffnen sich weitere Möglichkeiten. Betrachtet man die dunkel dargestellten Schichten (10) als Elektroden so können im Stapel die Messung elektrischer Eigenschaften von Zellen erfolgen.If one inserts electrically conductive layers into the stack, then further possibilities open up. Looking at the dark layers ( 10 ) as electrodes, the measurement of electrical properties of cells can take place in the stack.

Wird an zwei Elektroden (10) eine elektrische Spannung angelegt, so kann ein elektrisches Feld als Reiz in Anwendung gebracht werden. Die Elektrodenanordnung kann aperiodisch, periodisch regelmäßig oder periodisch unregelmäßig sein. Das elektrische Feld kann statisch oder zeitabhängig sein.Used on two electrodes ( 10 ) applied an electrical voltage, so an electric field can be brought as a stimulus in application. The electrode assembly may be aperiodic, periodically regular or periodically irregular. The electric field can be static or time-dependent.

Durch ein im Stapel ausgebildetes elektrisches Feld kann der lokale pH-Wert der mit Zellkulturnährmedium ausgefüllten Struktur beeinflusst werden. Durch diese lokale pH-Wert-Beeinflussung können in der Zellkulturträgerstruktur Zellfunktionen stimuliert oder unterdrückt werden.By an electric field formed in the stack may be the local pH that with cell culture broth completed Structure to be influenced. Through this local pH influence can in the cell culture carrier structure Cell functions are stimulated or suppressed.

Die Dünnschichtbeschichtung (12) von Einzelschichten (11) bzw. die mögliche chemische Funktionalisierung von Einzelschichten (1) ist in 6 dargestellt. Hierbei ist beispielhaft daran gedacht, eine Zellreaktion an einem geometrisch vorbestimmten Ort zu erzwingen.The thin-layer coating ( 12 ) of single layers ( 11 ) or the possible chemical functionalization of single layers ( 1 ) is in 6 shown. By way of example, this is intended to force a cell reaction at a geometrically predetermined location.

Strukturiert man einzelne leitfähige Stapelschichten meanderförmig oder beschichtet Einzelschichten meanderförmig mit leitfähigen Schichten, so realisiert bei positivem Temperaturverlauf des Schichtwiderstandes bei Stromfluss ein lokales Heizelement, siehe 7.If individual conductive layers of layers are meandered or individual layers coated in a meandering manner with conductive layers, a local heating element is realized when the temperature resistance of the layer resistance is positive, see 7 ,

Bei Nutzung von Elektroden als Peltierelement kann man eine lokale Kühlung in der Zellkulturträgerstruktur vornehmen.at Using electrodes as a Peltier element one can get a local cooling in the cell culture carrier structure make.

Durch geschickte Strukturierung der leitfähigen Einzelschichten oder von leitfähigen Beschichtungen auf Einzelschichten kann in dem 3D-Zellkulturträger ein durch den Stromfluss in seiner Stärke einstellbares lokales Magnetfeld erzeugt werden, siehe 8.By skillful structuring of the conductive individual layers or of conductive coatings on individual layers, a local magnetic field which can be set by the current flow in its strength can be generated in the 3D cell culture carrier, see 8th ,

Die Einzelschichten im 3D-Stapel können derart präpariert sein, dass sie in Kontakt mit dem Zellkulturnährmedium Wirkstoffe eluieren. Durch die Anordnung der Einzelschichten bzw. die Auswahl der Wirkstoffe ergeben sich eine Vielzahl von möglichen Wirkstoffkombinationen, die in lokal unterschiedlichen Konzentrationen auftreten können.The Single layers in the 3D stack can do so prepared be that they elute drugs in contact with the cell culture medium. By the arrangement of the individual layers or the selection of the active ingredients result in a variety of possible drug combinations, which can occur in locally different concentrations.

In Kontakt mit den besiedelnden Zellen können Einzelschichten im Stapel derart ausgeführt sein, dass sie mit in den Zellenstoffwechsel einbezogen werden und sich dadurch strukturell und chemisch verändern. Als Beispiel können Calciumphosphat-haltige Schichten in Osteoblasten-, Osteoklasten-Co-Kulturen dienen.In Contact with the colonizing cells can be single layers in the pile executed in such a way be that they are involved in cell metabolism and thereby structurally and chemically change. As an example, calcium phosphate-containing Layers in osteoblast, osteoclast co-cultures are used.

Gehen metallische Einzelschichten des 3D-Kulturträgers bei Kontakt mit dem Zellkulturmedium in Lösung, so erfolgt im Stapel die Ausbildung eines elektrochemischen Elements. Dieser Effekt kann gezielt als Reiz auf die Zellen genutzt werden.Walk metallic single layers of the 3D culture carrier in contact with the cell culture medium in solution, Thus, the formation of an electrochemical element takes place in the stack. This effect can be used specifically as a stimulus to the cells.

Weiterhin kann in Kontakt mit dem Zellkulturmedium bei entsprechend ausgewählten Einzelschichtmaterialien oder Bereichen von Einzelschichten eine chemische Reaktion erfolgen, die ebenfalls gezielt als Reiz auf die Zellen eingesetzt werden kann.Farther may be in contact with the cell culture medium with appropriately selected monolayer materials or areas of single layers undergo a chemical reaction, which can also be targeted as a stimulus to the cells can be used.

Alle aufgeführten Ausführungsbeispiele sind in Kombination anwendbar und ermöglichen die Realisierung einer Vielzahl von zu untersuchenden Fragestellungen.All listed embodiments are applicable in combination and enable the realization of a Variety of questions to be investigated.

Wird die Zellfunktion in einem besiedelten und entsprechend gestalteten 3D-Zellkulturträger hinreichend gut verstanden und kann sie garantiert werden, so ist, bei Einhaltung der medizinischen Sorgfaltspflicht und den betreffenden gesetzlichen Bestimmungen, der Einsatz als medizinisches Implantat möglich.Becomes the cell function in a populated and appropriately designed 3D cell culture carrier sufficient Well understood and can it be guaranteed, that is, in compliance medical due diligence and the relevant statutory provisions, the use as a medical implant possible.

Literaturliterature

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Claims (25)

Zellkulturträger, dadurch gekennzeichnet, dass ein modularer 3-D Zellkulturträger aus einem Verbund gestapelter Materialschichten (3) besteht, die als Einzelschicht (1, 2) derart perforiert sind, dass die Perforationen im Stapelverbund regelmäßige oder unregelmäßige Kanäle (4) mit vertikalen und horizontalen Verlaufsanteilen durch den Stapel hindurch bilden.Cell culture carrier, characterized in that a modular 3-D cell culture carrier from a composite of stacked material layers ( 3 ), which as a single layer ( 1 . 2 ) are perforated in such a way that the perforations in the stacked composite have regular or irregular channels ( 4 ) with vertical and horizontal gradients through the stack. Zellkulturträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (4), derart gestaltet sind, dass durch ihren Verlauf die interkonnektierende Porosität eines natürlichen interkonnektierend porösen 3D-Zellkulturträgers nachgebildet wird.Cell culture carrier according to claim 1, characterized in that the channels ( 4 ) are designed in such a way that their course reflects the interconnecting porosity of a natural interconnecting porous 3D cell culture carrier. Zellkulturträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellkulturträger vertikal und horizontal durchströmt werden kann.Cell culture carriers according to claim 1, characterized in that the cell culture carrier vertically and flows through horizontally can be. Zellkulturträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (4) derart gestaltet sind, dass die variable Geometrie der Kanäle das Zellwachstum und die Zellfunktion beeinflussen kann.Cell culture carrier according to claim 1, characterized in that the channels ( 4 ) are designed such that the variable geometry of the channels can influence cell growth and cell function. Zellkuturträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelschichten (1) planar sind.Zellkuturträger according to claim 1, characterized in that the individual layers ( 1 ) are planar. Zellkulturträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelschichten (8) nicht planar sind.Cell culture carrier according to claim 1, characterized in that the individual layers ( 8th ) are not planar. Zellkulturträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelschichten (1) aus einem Material bestehen.Cell culture carrier according to claim 1, characterized in that the individual layers ( 1 ) consist of a material. Zellkulturträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelschichten (1) aus verschiedenen Materialien bestehen.Cell culture carrier according to claim 1, characterized in that the individual layers ( 1 ) consist of different materials. Zellkulturträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelschichten (9) eine periodische Folge verschiedener Materialien bilden.Cell culture carrier according to claim 1, characterized in that the individual layers ( 9 ) form a periodic sequence of different materials. Zellkulturträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur in Kombinationen der Ansprüche 3 bis 7 gebildet wird.Cell culture carriers according to claim 1, characterized in that the structure in combinations of claims 3 to 7 is formed. Zellkulturträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Einzelschichten (11) zusätzlich mit im Vergleich zur Eigendicke sehr dünnen Schichten (12) versehen sind.Cell culture carrier according to claim 1, characterized in that one or more individual layers ( 11 ) additionally with very thin layers compared to the intrinsic thickness ( 12 ) are provided. Zellkulturträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Einzelschichten (10), unregelmäßig oder regelmäßig angeordnet, aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, diese leitfähigen Schichten gegeneinander elektrisch isoliert sind und bei Kontaktierung als Elektroden eingesetzt werden können.Cell culture carrier according to claim 1, characterized in that individual layers ( 10 ), arranged irregularly or regularly, consist of an electrically conductive material, these conductive layers are electrically insulated from each other and can be used as electrodes in contacting. Zellkulturträger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, das mittels der Elektroden (10) in der Zellkulturträgerstruktur ein lokales elektrisches Feld erzeugt werden kann.Cell culture carrier according to claim 12, characterized in that by means of the electrodes ( 10 ) in the cell culture carrier structure a local electric field can be generated. Zellkulturträger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch ein elektrisches Feld innerhalb des Zellkulturträgers der lokale pH-Wert in der mit Zellkulturmedium ausgefüllten Struktur beeinflusst werden kann.Cell culture carriers according to claim 12, characterized in that by an electric Field within the cell culture carrier the local pH in the cell culture medium filled structure can be influenced. Zellkulturträger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch die lokale Beeinflussung des pH-Wertes in dem Zellkulturträger Zellfunktionen stimuliert oder unterdrückt werden können.Cell culture carriers according to claim 12, characterized in that by the local Influencing the pH in the cell culture carrier stimulates cell functions or suppressed can be. Zellkulturträger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (10) eine derartige Geometrie aufweisen, sodass sie einen Kondensator bilden.Cell culture carrier according to claim 12, characterized in that the electrodes ( 10 ) have such a geometry that they form a capacitor. Zellkulturträger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode doppelt kontaktiert und geeignet, vorzugsweise meanderförmig, ausgeformt ist, sodass sie sich bei Stromdurchfluss durch den Eigenwiderstand erwärmt und als lokale Heizung wirkt.Cell culture carriers according to claim 12, characterized in that at least one electrode double contacted and suitable, preferably meander-shaped, is shaped so that they are heated at current flow through the intrinsic resistance and acts as a local heating. Zellkulturträger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Elektroden (10) als Peltier-Element zur lokalen Kühlung in der Zellkulturträgerstruktur ausgebildet sind.Cell culture carrier according to claim 12, characterized in that two electrodes ( 10 ) are formed as Peltier element for local cooling in the cell culture carrier structure. Zellkulturträger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (10) doppelt kontaktiert und derart ausgeformt sind, dass sie bei Stromfluss ein über den Stromfluss steuerbares magnetisches Feld ausbilden.Cell culture carrier according to claim 12, characterized in that the electrodes ( 10 ) are contacted twice and formed so that they form a controllable current flow over the controllable magnetic field during current flow. Zellkulturträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Kontakt mit einem flüssigen Medium aus einer Schicht oder aus mehreren Schichten gleiche oder verschiedene Wirkstoffe eluiert werden.Cell culture carriers according to claim 1, characterized in that in contact with a liquid medium one or more layers of the same or different Active ingredients are eluted. Zellkulturträger nach Anspruch 1 und Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Kontakt mit einem flüssigen Medium aus einer Dünnschicht oder mehreren Dünnschichten (12) darin enthaltene gleiche oder verschiedenartige Wirkstoffe eluiert werden.Cell culture carrier according to claim 1 and claim 11, characterized in that in contact with a liquid medium of one or more thin films ( 12 ) same or different active ingredients contained therein are eluted. Zellkulturträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Einzelschichten (10) durch den Stoffwechsel der besiedelnden Zellen aufgelöst bzw. stofflich umgewandelt werden können.Cell culture carrier according to claim 1, characterized in that one or more individual layers ( 10 ) can be dissolved or materially converted by the metabolism of the colonizing cells. Zellkulturträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Einzelschichten (10) aus verschiedenen Metallen bestehen, die bei Kontakt mit einem flüssigen Medium ein oder mehrere elektrochemische Elemente bilden.Cell culture carrier according to claim 1, characterized in that individual layers ( 10 ) consist of different metals that form one or more electrochemical elements upon contact with a liquid medium. Zellkulturträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Kontakt mit einem flüssigen Medium benachbarte Schichten der Einzelschichten (10) an der Grenzfläche chemische Reaktionen aufweisen.Cell culture carrier according to Claim 1, characterized in that adjacent layers of the individual layers ( 10 ) have chemical reactions at the interface. Zellkulturträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellkulturträger als medizinisches Implantat ausgeführt ist.Cell culture carriers according to claim 1, characterized in that the cell culture carrier as executed medical implant is.
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