DE102018128910B4

DE102018128910B4 - Bioreaktor zur Dehnung einer Membran sowie Verfahren zu seiner Verwendung

Info

Publication number: DE102018128910B4
Application number: DE102018128910.3A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Lehne; Christine Thiele
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2020-06-25
Anticipated expiration: 2038-11-17
Also published as: DE102018128910A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Bioreaktor (1) zur Dehnung einer Membran (101), die eine ersten Flächenseite und eine zweite Flächenseite aufweist, wobei der Bioreaktor (1) aufweist:- ein erstes Gehäuseelement (2) aus einem elastischen Material, das eine erste Kulturkammer begrenzt und eine erste Membranzugangsöffnung (24) aufweist, an der eine erste Membrankontaktfläche (27) zum Kontaktieren der Membran (101) an ihrer ersten Flächenseite ausgebildet ist,- ein zweites Gehäuseelement (2') aus einem elastischen Material, das eine zweite Kulturkammer begrenzt und eine zweite Membranzugangsöffnung (24') aufweist, an der eine zweite Membrankontaktfläche (27') zum Kontaktieren der Membran (101) an ihrer zweiten Flächenseite ausgebildet ist,wobei die erste Membrankontaktfläche (27) und die zweite Membrankontaktfläche (27') unter Einwirkung einer Kraft, die orthogonal zur Membranebene (B) auf den Bioreaktor (1) einwirkt, in einer Richtung parallel zur Membranebene verschiebbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Bioreaktor zur Dehnung einer Membran. Sie betrifft ferner ein Verfahren zur planaren Dehnung einer Membran mittels des Bioreaktors.
Grundlegende Funktionen von Zellen wie z. B. Wachstum, Teilung, Differenzierung und Tod werden durch Umwelteinflüsse maßgeblich beeinflusst. Einen solchen Einfluss stellen beispielweise mechanische Reize, wie Dehnung, Stauchung oder Scherung dar. Für In-vitro-Studien existieren Zellkultursysteme, die das Aufprägen mechanischer Kräfte auf die zu kultivierenden Zellen ermöglichen. In Systemen mit besiedelten Membranen können diese Kräfte eindimensional oder zweidimensional wirken. Für die Erzeugung dieser Kräfte kommen vielfältige Wirkmechanismen zum Einsatz. Die Systeme weisen jeweils eine Kulturkammer auf, in der die Zellen auf einer dehnbaren Membran angeordnet sind. Derartige Systeme werden auch als Bioreaktoren bezeichnet.
Bioreaktoren, die eine eindimensionale Aufprägung mechanischer Kräfte ermöglichen, sind beispielsweise Perfusionssysteme, bei denen ein Fluid über die Membran geführt wird, wobei die Strömungsrichtung des Fluids im Wesentlichen parallel zur besiedelten Membranoberfläche geführt wird. Andere Systeme nutzen lineare mechanische oder elektrische Dehnverfahren, bei denen linear wirkende Zugkräfte auf die Membran ausgeübt werden.
Bioreaktoren, die eine zweidimensionale Aufprägung mechanischer Kräfte ermöglichen, können beispielsweise Unter- oder Überdruck, mechanische oder elektrische Zug- oder Dehnverfahren sowie ein Stempelprinzip zur Dehnung einer Membran nutzen. Bei Verwendung eines Stempelprinzips wird ein Voll- oder Hohlstempel gegen die Membranoberfläche gepresst, wobei die Membran an ihren Rändern eingespannt ist. In einem anderen Beispiel wird eine indirekte Druckstimulation genutzt, bei der ein Gas, das sich zwischen der besiedelten Membranoberfläche und einem Stempel befindet, komprimiert wird. In einem gleichartigen Aufbau kann die an den Rändern eingespannte Membran direkt durch Über- oder Unterdruck aus der Einspannebene heraus verformt werden. Mechanische oder elektrische Zugverfahren erzeugen dagegen eine planare Dehnung der Membran. Dafür werden die auf die Membran wirkenden Kräfte über Einspannstellen an den Rändern der Membran eingetragen. In einem anderen Beispiel wird ein in der Membran vergossenes Netz aus dielektrischen Elastomeraktoren genutzt, um lokale Dehnungen der Membran zu erzeugen.
Die Untersuchung von Zellen biologischer Barrieren, wie sie z. B. in Lungen- oder Darmgewebe vorkommen, erfordert eine Besiedelung beider Flächenseiten der Membran. Die Membran trennt dabei die Zellen, die sich auf der ersten Flächenseite befinden, von den Zellen die sich auf der anderen Flächenseite befinden. Eine möglichst exakte Nachbildung der meist druckinduzierten Dehnung, d. h. in alle Richtungen gleichmäßig wirkenden Belastung eines flächigen Zellverbundes, erfordert eine zweidimensionale Stimulation und Versorgung der Zellen auf der trennenden Membran. Für diesen Zweck wurde z. B. von Huh et al. ein Mikrobioreaktor in Softlithografie vorgeschlagen [2]. Der Bioreaktor besteht aus zwei gleichartigen Silikonhälften die in einem Gussverfahren gefertigt werden. In einem anschließenden Silikonbondingprozess werden die Silikonhälften mit einer porösen Silikonmembran fest verbunden. Ein chemisches Ätzverfahren löst danach die Silikonmembran der zwei äußeren Kammern vollständig auf, so dass nur noch die mittlere Kammer von der Silikonmembran getrennt wird. Auf der Membran der mittleren Kammer können nun beidseitig biologische Zellen inkubiert und über ein vorbeifließendes Kulturmedium mit Nährstoffen und allen nötigen Gasen versorgt werden. Da der komplette Biorektor aus Silikon besteht, ist es möglich, durch Anlegen eines dynamischen Unterdruckes die im Vergleich zu den Außenwänden wesentlich dünneren Trennwände der Kammern unterschiedlich stark nach außen zu ziehen und damit die Membran zu dehnen. Nachteilig am softlithografisch hergestellten Bioreaktor ist jedoch die eindimensionale Kraftwirkung auf die Zellen während der Stimulation und die Verwendung von porösen Silikonmembranen. In der Literatur wird die Biokompatibilität von Silikonmembranen als elastisches Trägermaterial angezweifelt [3]. Vor allem das Absondern von kurzkettigen bioaktiven Polymeren, die über das Kulturmedium in die Zellmembran eingetragen werden und dadurch die Untersuchungsergebnisse beeinträchtigen, scheint bedenklich [3]. Zusätzlich erzeugt der Herstellungsprozess nur eine sehr beschränkte Membranfläche.
Die zweidimensionale Stimulation von beidseitig mit Zellen besiedelten Membranen mittels des Stempelprinzips weist signifikante Nachteile auf. Über den Stimulationszeitraum hinweg kommt es beim dynamischen Eindringen des Stempels in das Membranmaterial zu strukturellen Veränderung bis hin zur Rissbildung und damit Zerstörung der Membran. Außerdem sind bisher keine geregelten Systeme bekannt, um die Dehnung im Belastungsprozess vorzugeben, einzustellen und konstant zu halten.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Bioreaktor angegeben werden, der eine Dehnung einer zweiseitig mit Zellen besiedelten Membran unter Zellkulturbedingungen erlaubt, und zwar ohne Beschränkung auf eine Silikonmembran. Ferner soll ein Verfahren zur Verwendung des Bioreaktors angegeben werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 14 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Bioreaktor zur Dehnung einer Membran vorgesehen, die eine erste Flächenseite und eine zweite Flächenseite aufweist. Der erfindungsgemäße Bioreaktor besitzt

- ein erstes Gehäuseelement aus einem elastischen Material, das eine erste Kulturkammer begrenzt und eine erste Membranzugangsöffnung aufweist, an der eine erste Membrankontaktfläche zum Kontaktieren der Membran an ihrer ersten Flächenseite ausgebildet ist,
- ein zweites Gehäuseelement aus einem elastischen Material, das eine zweite Kulturkammer begrenzt und eine zweite Membranzugangsöffnung aufweist, an der eine zweite Membrankontaktfläche zum Kontaktieren der Membran an ihrer zweiten Flächenseite ausgebildet ist.

Dabei sind die erste Membrankontaktfläche und die zweite Membrankontaktfläche unter Einwirkung einer Kraft, die orthogonal zur Membranebene auf den Bioreaktor einwirkt, in einer Richtung parallel zur Membranebene verschiebbar.
Der erfindungsgemäße Bioreaktor erlaubt insbesondere die Dehnung einer zweiseitig mit Zellen besiedelten Membran. Der Bioreaktor kann jedoch auch zur Dehnung von Membranen eingesetzt werden, die nicht oder nur einseitig besiedelt sind.
Der erfindungsgemäße Bioreaktor ist insbesondere ein Bioreaktor zur planaren Dehnung der Membran. Unter einer planaren Dehnung wird die Dehnung der Membran in einer oder mehreren Richtungen, die in der Flächenebene der Membran liegen, verstanden. Bei der planaren Dehnung kann es sich beispielsweise um eine unidirektionale planare Dehnung, eine bidirektionale planare oder eine radiale planare Dehnung handeln. Unter einer uniaxialen planaren Dehnung wird eine Dehnung in genau einer Richtung verstanden. Unter einer bidirektionalen planaren Dehnung wird eine planare Dehnung in genau zwei Richtungen verstanden. Dabei liegen beide Achsen vorzugsweise orthogonal zueinander in der Flächenebene der Membran. Eine bidirektionale planare Dehnung kann eine äquibidirektionale Dehnung sein. Der Begriff „radiale planare Dehnung“ wird nachstehend im Zusammenhang mit kreisringförmigen Membrankontaktflächen näher erläutert.
Der erfindungsgemäße Bioreaktor kann ein erstes Dehnungselement zum Verschieben der ersten Membrankontaktfläche aufweisen. Der erfindungsgemäße Bioreaktor kann ein zweites Dehnungselement zum Verschieben der zweiten Membrankontaktfläche aufweisen. Vorzugsweise weist der erfindungsgemäße Bioreaktor das erste und das zweite Dehnungselement auf. Auf die Dehnungselemente kann die Kraft einwirken, die zum Verschieben der beiden Membrankontaktflächen benötigt wird. Mittels des oder der Dehnungselemente kann diese Kraft auf die Membrankontaktflächen übertragen werden. Die Dehnungselemente können sogenannte Biegefederkörbe bilden.
Nachfolgend wird das erste Dehnungselement näher beschrieben. Das zweite Dehnungselement kann denselben Aufbau wie das erste Dehnungselement haben. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erste Dehnungselement ein oder mehrere Federelemente auf. Zumindest eines der Federelemente, vorzugsweise aber alle Federelemente, können einen als Fuß bezeichneten ersten Abschnitt aufweisen. Der Fuß kann ein plattenförmiger Körper sein. Der Fuß kann ein magnetischer Körper sein oder ein, zwei oder mehr Magnete tragen. Der Fuß kann an dem ersten Gehäuseelement anliegen, und zwar in einem Bereich, der der Membrankontaktfläche des ersten Gehäuseelementes gegenüberliegt. Das erste Dehnungselement weist vorzugsweise ein Halteelement auf, an der das oder die Federelemente befestigt sind. Vorzugsweise sind zwei oder mehr Federelemente vorgesehen, die voneinander beabstandet an dem Halteelement befestigt sind. Sind mehr als zwei Federelemente an dem Halteelement befestigt, so sind diese vorzugsweise äquidistant voneinander angeordnet. Zumindest eines der Federelemente, vorzugsweise aber alle Federelemente, weist einen Steg auf, der an dem Halteelement befestigt ist und den Fuß des Federelementes mit dem Halteelement verbindet. Der Steg kann als Blattfeder ausgebildet sein. Der Steg kann eine Haupterstreckungsrichtung aufweisen, die in einem spitzen Winkel, bezogen auf die Membranebene, von dem Fuß des Federelementes bis zum Haltelement des jeweiligen Dehnungselementes verläuft. Dabei kann der Scheitelpunkt des spitzen Winkels am Fuß des Federelementes liegen. Die Haupterstreckungsrichtung des Steges kann zwischen dem Fuß des Federelementes und dem Haltelement des jeweiligen Dehnungselementes liegen.
Es kann vorgesehen sein, dass das erste Gehäuseelement einen doppelwandigen Bereich aufweist, in den sich das erste Dehnungselement erstreckt. Ebenso kann vorgesehen sein, dass das zweite Gehäuseelement einen doppelwandigen Bereich aufweist, in den sich das zweite Dehnungselement erstreckt. Vorzugsweise weisen sowohl das erste Gehäuseelement als auch das zweite Gehäuseelement jeweils einen doppelwandigen Bereich auf. Die Federelemente des ersten Dehnungselementes können sich in den doppelwandigen Bereich des ersten Gehäuseelementes erstrecken oder dort angeordnet sein. Die Federelemente des zweiten Dehnungselementes können sich in den doppelwandigen Bereich des zweiten Gehäuseelementes erstrecken oder dort angeordnet sein. Vorzugsweise liegen die Federelemente in den doppelwandigen Bereichen der beiden Gehäuseelemente an beiden, sich gegenüberliegenden Wandungen des doppelwandigen Bereiches an. Es kann vorgesehen sein, dass der Steg zumindest eines der Federelemente in den doppelwandigen Bereich des jeweiligen Gehäuseelementes eintritt. Vorzugsweise treten die Stelle aller Federelemente in den doppelwandigen Bereich des jeweiligen Gehäuseelementes ein.
Es kann vorgesehen sein, dass das erste Gehäuseelement eine Kontaktfläche für das Halteelement des ersten Dehnungselementes aufweist. Das Halteelement des ersten Dehnungselementes kann eine korrespondierende Kontaktfläche aufweisen, mit der es an der Kontaktfläche des ersten Gehäuseelementes aufliegen kann. Ebenso kann das zweite Gehäuseelement eine Kontaktfläche für das Halteelement des zweiten Dehnungselementes aufweisen. Das Haltelement des zweiten Dehnungselementes kann eine korrespondierende Kontaktfläche aufweisen, mit der es an der Kontaktfläche des ersten Gehäuseelementes aufliegen kann. Die Kontaktfläche eines Gehäuseelementes für das Halteelement eines Dehnungselementes wird im Folgenden nach ihrem Zweck als Halteelement-Kontaktfläche bezeichnet. Die korrespondierende Kontaktfläche eines Halteelementes wird im Folgenden nach ihrem Zweck als Gehäuseelement-Kontaktfläche bezeichnet.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bioreaktors laufen die Membrankontaktflächen der beiden Gehäuseelemente jeweils um eine Membranzugangsöffnung um. Die Membrankontaktflächen können ringförmige Membrankontaktflächen sein. Im Falle ringförmiger Membrankontaktflächen ist die Membranzugangsöffnung kreisförmig. Die Membrankontaktflächen müssen jedoch nicht zwingend ringförmig sein, sondern können jede beliebige Geometrie aufweisen, solange sie die jeweiligen Membranzugangsöffnungen vollständig umfassen. Beispielsweise können die Membrankontaktflächen des ersten und des zweiten Gehäuseelementes jeweils eine rechteckige, beispielsweise quadratische Membranzugangsöffnung umschließen. Vorzugsweise weist die jeweilige Membrankontaktfläche einen Außenrand auf, die parallel zu ihrem Innenrand verläuft. Der Verlauf des Innenrandes der Membrankontaktflächen wird durch die Kontur der Membranzugangsöffnung bestimmt. Der Innenrand ist der Membranzugangsöffnung zugewandt, während die Außenränder der Membranzugangsöffnung abgewandt sind. Der Abstand zwischen dem Innenrand und dem Außenrand einer Membrankontaktfläche ist im Wesentlichen konstant. Damit kann die Membrankontaktfläche eine über ihren gesamten Umfang im Wesentlichen gleiche Ausdehnung zwischen ihren Innen- und Außenrändern aufweisen.
Die Membrankontaktflächen des ersten und des zweiten Gehäuseelementes können jeweils eine kreisringförmige Membrankontaktfläche sein, auch wenn dies nicht zwingend erforderlich ist. In diesem Fall kann ein kreisförmiger Teil der Membran von einem ersten Durchmesser auf einen zweiten Durchmesser gedehnt werden. Eine solche Dehnung ist eine radiale planare Dehnung, d. h. die planare Dehnung erfolgt in radialer Richtung, bezogen auf eine Achse, die sich orthogonal zur Membranebene und damit zur Flächenrichtung der gehaltenen Membran durch die Mittenachse der ringförmigen Membrankontaktflächen erstreckt. Die Dehnung erfolgt dabei in jeder radialen Richtung um denselben Wert, d. h. die Längendifferenz zwischen dem ersten und zweiten Durchmesser. Damit vergrößert sich der Umfang des kreisförmigen Teils der Membran.
Der erfindungsgemäße Bioreaktor ermöglicht alternativ oder zusätzlich zu einer Dehnung der Membran in ihrer Flächenebene eine Dehnung der Membran in einem Winkel zur Flächenebene der Membran durch Einstellung von Druck- und/oder Volumenunterschieden zwischen der ersten Kulturkammer und der zweiten Kulturkammer. Eine solche Dehnung ist eine nicht-planare Dehnung.
Die Membrankontaktfläche des ersten Gehäuseelementes und die Membrankontaktfläche des zweiten Gehäuseelementes bilden gemeinsam die Einspanneinrichtung des erfindungsgemäßen Bioreaktors. Zwischen die beiden Membrankontaktflächen des ersten und des zweites Gehäuseelementes wird die Membran eingespannt. Die Membran liegt dann in der Membranebene, so dass die beiden Flächenseiten der Membran parallel zur Membranebene verlaufen. Die Membranzugangsöffnung eines Gehäuseelementes ermöglicht den Zugang eines Kulturmediums, das sich in der von dem Gehäuseelement begrenzten Kulturkammer befindet, zu einer Flächenseite der Membran.
Die Verschiebung des ersten und des zweiten Gehäuseelementes wird bewirkt, indem eine Kraft orthogonal zur Membranebene und damit zur Membranebene der gehaltenen Membran auf den Bioreaktor ausgeübt wird. Im Falle ringförmiger Membrankontaktflächen wird dabei deren Umfang verändert. Eine solche Verschiebung ist möglich, weil die beiden Gehäuseelemente aus einem dehnbaren Material bestehen und damit dehnbar sind. Mit der Verschiebung der Membrankontaktflächen wird die von den Gehäuseelementen gehaltene Membran planar gedehnt. Im Falle ringförmiger Membrankontaktflächen, kann die Einspanneinrichtung des erfindungsgemäßen Bioreaktors somit in einem ersten Zustand, in dem keine orthogonale Kraft auf ihn ausgeübt wird, einen ersten Umfang aufweisen. In einem zweiten Zustand, in dem eine orthogonale Kraft auf ihn ausgeübt wird, kann die Einspanneinrichtung einen zweiten Umfang aufweisen, der größer als der erste Umfang ist. Im Falle ringförmiger Membrankontaktflächen entspricht der erste Umfang dem ersten Durchmesser, während der zweite Umfang dem zweiten Durchmesser entspricht.
Die Erfindung ermöglicht die Dehnung von beidseitig mit Zellen besiedelten Membranen, ohne dass die Membranen auf eine Silikonmembran beschränkt sind. Vielmehr ist es möglich, beidseitig mit Zellen besiedelte Membranen zu dehnen, die aus dem Stand der Technik im Zusammenhang mit eindimensional oder zweidimensional stimulierenden Bioreaktoren bekannt sind. Bei diesen Membranen kann es sich insbesondere um biokompatible Membranen, beispielsweise um eine Kollagenmembran, handeln. Bei der Membran kann es sich aber auch um eine beschichtete oder unbeschichtete Silikonmembran handeln, auch wenn das nicht bevorzugt ist. Bei den Zellen kann es sich um biologische Zellen, beispielsweise um Zellen biologischer Barrieren, wie sie z. B. in Lungen- oder Darmgewebe vorkommen, handeln.
Der erfindungsgemäße Bioreaktor ermöglicht insbesondere eine rhythmische Dehnung einer zweiseitig mit Zellen besiedelten Membran. Die Dehnung kann in einem dynamischen Zellkultursystem während des Kultivierprozesses, also unter Zellkulturbedingungen, durchgeführt werden. Zu diesem Zweck kann in den Kulturkammern ein Kulturmedium vorliegen, das in die Kulturkammern statisch, kontinuierlich oder dynamisch eingebracht wird. Dabei wird unter dem Begriff „statisch“ die einmalige Einbringung des Kulturmediums in die Kulturkammer verstanden, d. h. das Kulturmedium während der Dehnung der Membran nicht gewechselt wird. Unter dem Begriff „kontinuierlich“ wird dabei die fortlaufende Führung von Kulturmedium durch die Kulturkammer mit einem konstanten Volumenstrom während der Dehnung der Membran. Der Begriff „dynamisch“ beschreibt die Führung von Kulturmedium durch die Kulturkammer mit einem Volumenstrom, dessen Größe an die fortschreitende Kultivierung der Zellen während der Dehnung der Membran angepasst wird. Die planare und/oder nicht-planare Dehnung der Membran kann eine mechanische Stimulation der Zellen bewirken, die auf die Membran beidseitig aufgebracht sind.
Weisen die Dehnungselemente Magnete auf, so können die beiden Gehäuseelemente mittels magnetischer Kräfte aneinander gehalten werden. Dazu sind die Magnete der beiden Dehnungselemente vorzugsweise so ausgerichtet, dass die Magnete des ersten Dehnungselementes die Magnete des zweiten Dehnungselementes anziehen. Weist das erste Dehnungselement vier oder mehr Federelemente auf, so kann vorgesehen sein, dass die Ausrichtung der Magnete zwischen benachbarten Füßen alterniert. Das zweite Dehnungselement weist zweckmäßigerweise eine Zahl an Federelementen auf, die der Zahl der Federelemente des ersten Dehnungselementes entspricht, wobei die Magnete des zweiten Dehnungselementes eine Ausrichtung aufweisen, die entgegengesetzt zur Ausrichtung der Magnete der des ersten Dehnungselementes ist. Unter Ausrichtung der Magnete wird hier die Lage des Süd- und Nordpols eines Magnetes verstanden.
Das erste und das zweite Gehäuseelement können jeweils einen ersten umlaufenden Steg aufweisen. Der erste umlaufende Steg kann eine Flächenseite aufweisen, an der die Halteelement-Kontaktfläche für das erste bzw. das zweite Dehnungselement ausgebildet ist. Das erste und das zweite Gehäuseelement können jeweils einen zweiten Steg aufweisen. Der zweite Steg kann ein umlaufender Steg sein, auch wenn das nicht erforderlich ist. Der zweite Steg kann eine Flächenseite aufweisen, an der die Membrankontaktfläche ausgebildet ist oder die der ringförmigen Membrankontaktfläche entspricht. Der zweite Steg kann Teil des doppelwandigen Bereiches eines Gehäuselementes sein. Zwischen der Flächenseite des zweiten Steges, die die Membrankontaktfläche bildet oder ist, und der gegenüberliegenden Flächenseite des zweiten Steges befinden sich vorzugsweise die Füße der Federelemente.
In einer beispielhaften Ausführungsform weisen die beiden Gehäuseelemente jeweils einen hohlen, beispielsweise rohrförmigen Gehäuseabschnitt auf. Der rohrförmige Gehäuseabschnitt muss nicht zwingend einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Vielmehr ist es bevorzugt, dass der Querschnitt des Gehäuseabschnittes der Ausdehnung der Membranzugangsöffnung entspricht. Der hohle Gehäuseabschnitt besitzt einen Mantel mit einer inneren und einer äußeren Mantelfläche. Der Mantel begrenzt einen Innenraum, der jeweils eine der beiden Kulturkammern bildet. Im Fall ringförmiger Membrankontaktflächen kann der hohle Gehäuseabschnitt eine Längsachse besitzen, auf der die Mittenachse der ringförmigen Membrankontaktfläche liegt. Der hohle Gehäuseabschnitt weist eine erste Stirnseite mit einer ersten Öffnung auf. An der ersten Stirnseite ist vorzugsweise der erste umlaufende Steg des jeweiligen Gehäuseabschnittes ausgebildet. Der hohle Gehäuseabschnitt weist eine zweite Stirnseite mit einer zweiten Öffnung auf. An der zweiten Stirnseite ist vorzugsweise der zweite Steg des jeweiligen Gehäuseabschnittes ausgebildet. Es kann vorgesehen sein, dass der zweite Steg des jeweiligen Gehäuseabschnittes sich in radialer Richtung, bezogen auf die Längsachse des hohlen Gehäuseabschnittes, von dessen Längsachse weg erstreckt. Es kann vorgesehen sein, dass der erste umlaufende Steg sich in radialer Richtung, bezogen auf die Längsachse des hohlen Gehäuseabschnittes, zu dessen Längsachse hin erstreckt. Der erste Steg umgrenzt dabei die erste Öffnung und weist die Halteelement-Kontaktfläche für eines der beiden Dehnungselemente auf.
Die erste Öffnung, die in dem ersten Gehäuseelement ausgebildet ist, gewährt Zugang zur ersten Kulturkammer. Die erste Öffnung, die in dem zweiten Gehäuseelement ausgebildet ist, gewährt Zugang zur zweiten Kulturkammer. Zum Verschließen und Öffnen der ersten Öffnungen können Verschlusselemente vorgesehen sein. Die Verschlusselemente können mit dem rohrförmigen Gehäuseabschnitt lösbar verbunden sein. Mittels der Verschlusselemente kann die Kulturkammer, die in einem Gehäuseabschnitt ausgebildet ist, geöffnet und verschlossen werden. Die Verschlusselemente ermöglichen den Zugang zu den Kulturkammern des erfindungsgemäßen Bioreaktors. Anstelle eines Verschlusselementes kann eine Beobachtungseinrichtung vorgesehen sein. Die Beobachtungseinrichtung ermöglichen zum einen das Verschließen und Öffnen der ersten Öffnungen und zum anderen die Beobachtung der Zellen, die sich in der Kulturkammer befinden, während der Dehnung der Membran. Die Beobachtungseinrichtung kann mit dem jeweiligen rohrförmigen Gehäuseabschnitt lösbar verbunden sein. Mittels der Beobachtungseinrichtung kann die Kulturkammer, die in einem Gehäuseabschnitt ausgebildet ist, geöffnet und verschlossen werden. Die Beobachtungseinrichtung ermöglicht den Zugang zu der jeweiligen Kulturkammer des erfindungsgemäßen Bioreaktors. Es kann vorgesehen sein, dass die erste Öffnung der ersten Kulturkammer mit einer Beobachtungseinrichtung und die erste Öffnung der zweiten Kulturkammer mit einer anderen Beobachtungseinrichtung verschließbar sind. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass nur eine der beiden Kulturkammern mit einer Beobachtungseinrichtung verschließbar ist, während die andere der beiden Kulturkammern mittels eines Verschlusselementes verschließbar ist.
Eine Beobachtungseinrichtung kann ein Linsensystem aufweisen. Das Linsensystem kann eine Kombination aus Sammel- und Zerstreuungslinsen unterschiedlicher Anzahl aufweisen oder aus einer solchen Kombination bestehen. Die Beobachtungseinrichtung kann eine Kamera aufweisen. Beispielsweise kann das Linsensystem durch eine auf dem Linsensystem angebrachte Kameraeinheit ergänzt sein.
Die zweiten Öffnungen, die in den beiden Gehäuseelementen ausgebildet sind, sind jeweils der Membranebene zugewandt. Wird eine Membran von der Einspanneinrichtung des erfindungsgemäßen Bioreaktors gehalten, so verschließt die Membran die zweite Öffnung, die in dem zweiten Gehäuseelement ausgebildet ist, mit ihrer ersten Flächenseite. Die Membran verschließt außerdem die zweite Öffnung, die in dem ersten Gehäuseelement ausgebildet ist, mit ihrer zweiten Flächenseite.
Der hohle Gehäuseabschnitt der beiden Gehäuseelemente kann sich jeweils von der zweiten Stirnseite zur ersten Stirnseite verjüngen, d. h. mit anderen Worten, dass der Querschnitt des hohlen Gehäuseabschnittes von seiner ersten Stirnseite zur zweiten Stirnseite zunimmt.
Die beiden Kulturkammern haben in einer beispielhaften Ausführungsform einen kreisförmigen Querschnitt, auch wenn das nicht zwingend erforderlich ist. Haben die beiden Kulturkammern einen kreisförmigen Querschnitt, so sind deren Gehäuseabschnitte vorzugsweise rohrförmige Gehäuseabschnitte.
Jedes der beiden Gehäuseelemente begrenzt eine Kulturkammer. Die erste Kulturkammer kann dabei von dem hohlen Gehäuseabschnitt des ersten Gehäuseelementes, der Membran, wenn diese von der Einspanneinrichtung gehalten wird, und, falls vorgesehen, von einem der Verschlusselemente oder einer Beobachtungseinrichtung begrenzt sein. Die zweite Kulturkammer kann dabei von dem hohlen Gehäuseabschnitt des zweiten Gehäuseelementes, der Membran, wenn diese von der Einspanneinrichtung gehalten wird, und, falls vorgesehen, von einem der Verschlusselemente oder einer Beobachtungseinrichtung begrenzt sein. Vorzugsweise weist eine Kulturkammer eine Längsachse auf, wobei der rohrförmige Gehäuseabschnitt in radialer Richtung von dieser Längsachse beabstandet ist. Der rohrförmige Gehäuseabschnitt kann eine Längsachse aufweisen, die auf der Längsachse der Kulturkammer liegt.
Jede der beiden Kulturkammern kann mit einem Kulturmedium gefüllt werden. Dabei können in die beiden Kulturkammern gleiche oder verschiedene Kulturmedien gefüllt werden. Zum Füllen eines Kulturmediums in eine Kulturkammer können ein oder mehrere Anschlüsse an dem Gehäuseelement vorgesehen sein, das die Kulturkammer begrenzt. Der oder die Anschlüsse können beispielsweise in dem Gehäuseelement selbst, in dem hohlen Gehäuseabschnitt oder, falls vorgesehen, dem Verschlusselement oder allen drei Möglichkeiten ausgebildet sein. Über den oder die Anschlüsse kann das Kulturmedium in eine Kulturkammer eingeführt oder aus der Kulturkammer herausgeführt werden. Der oder die Anschlüsse ermöglichen insbesondere einen Wechsel des Kulturmediums während der Dehnung der Membran, die von der Einspanneinrichtung gehalten ist. Das Kulturmedium kann über die Anschlüsse kontinuierlich durch die Kulturkammer geführt werden. Zur kontinuierlichen Führung des Kulturmediums können beispielsweise ein erster Anschluss und ein zweiter Anschluss vorgesehen sein, wobei der erste Anschluss der Führung des Kulturmediums in die Kulturkammer und der zweite Anschluss der Führung des Kulturmediums aus der Kulturkammer dient. Das Kulturmedium kann jedoch auch statisch eingebracht werden. Dazu sind nicht zwingend Anschlüsse erforderlich. Beispielsweise kann das Kulturmedium in die Kulturkammer eingebracht werden, indem das Gehäuseelement, das die Kulturkammer begrenzt, durch Abnehmen des Verschlusselementes oder einer Beobachtungseinrichtung von dem hohlen Gehäuseabschnitt geöffnet und nach dem Einbringen des Kulturmediums in die Kulturkammer durch Aufsetzen des Verschlusselementes auf den hohlen Gehäuseabschnitt wieder verschlossen wird. Das Kulturmedium kann unabhängig von der jeweils anderen Kulturkammer in die erste und zweite Kulturkammer eingebracht werden. Das dabei einströmende Volumen sowie der Druck des Kulturmediums können sich in den beiden Kulturkammern unterscheiden. Dabei können Volumen- und/oder Druckdifferenzen in den beiden Kulturkammern ausgebildet werden. Die Volumen- oder Druckdifferenz oder eine Volumen- oder Druckveränderung können für eine nicht-planare Dehnung der Membran verwendet werden. Die nicht-planare Dehnung kann alternativ oder zusätzlich zur planaren Dehnung erfolgen.
Eine oder beide Kulturkammern können über gasoffene, flüssigkeitsdichte Zugänge, die in dem jeweiligen Gehäuseelement ausgebildet sind, mit der Umgebungsatmosphäre verbunden sein. Die Umgebungsatmosphäre ist in der Regel die Atmosphäre, die in einem Inkubator herrscht. Der erfindungsgemäße Bioreaktor kann in einem Inkubator angeordnet sein.
In einer beispielhaften Ausführungsform können das erste Gehäuseelement und das zweite Gehäuseelement jeweils, bezogen auf eine Symmetrieachse, die auf der Längsachse des jeweiligen rohrförmigen Gehäuseabschnittes liegt, rotationssymmetrische Formkörper sein, wobei Anschlüsse und Zugänge außer Acht gelassen sind. Vorzugsweise haben das erste Gehäuseelement und das zweite Gehäuseelement die gleiche Form. Sie sind jedoch spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet, wobei die Spiegelebene die Membranebene ist. Dabei liegen die Längsachse des rohrförmigen Gehäuseabschnittes des ersten Gehäuseelementes und die Längsachse des rohrförmigen Gehäuseabschnittes des zweiten Gehäuseelementes auf einer Achse, die die Längsachse des Bioreaktors ist.
Das erste und das zweite Gehäuseelement können aus einem gummielastischen Material bestehen. Beispielsweise können das erste und das zweite Gehäuseelement aus einem Material auf Silicon- oder Kollagenbasis bestehen. Das erste und das zweite Gehäuseelement können aus dem gleichen oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen, wobei sie bevorzugt aus dem gleichen Material bestehen. Vorzugsweise bestehen das erste und das zweite Gehäuseelement aus einem transparenten gummielastischen Material. Die Herstellung des ersten und des zweiten Gehäuseelementes aus einem gummielastischen Material kann beispielsweise mittels Spritzgusses erfolgen.
Weist der erfindungsgemäße Bioreaktor Dehnungselemente auf, so können die Dehnungselemente in einer beispielhaften Ausführungsform jeweils einen hohlen, beispielsweise rohrförmigen Abschnitt aufweisen, der im Folgenden als Dehnungselement-Abschnitt bezeichnet wird. An dem hohlen Dehnungselement-Abschnitt kann ein erster umlaufender Steg ausgebildet sein, der im Folgenden als erster Dehnungselement-Steg bezeichnet wird. Der erste Dehnungselement-Steg kann das Halteelement des Dehnungselementes bilden. Der am Dehnungselement-Abschnitt ausgebildete erste Dehnungselement-Steg kann korrespondierend zum ersten umlaufenden Steg eines der beiden Gehäuseelemente ausgebildet sein. Der erste Dehnungselement-Steg kann eine erste Flächenseite, die dem ersten umlaufenden Steg zugewandt ist, der an dem hohlen Gehäuseabschnitt ausgebildet ist, aufweisen. Diese erste Flächenseite bildet die Gehäuseelement-Kontaktfläche, mit der das Dehnungselement an der korrespondieren Halteelement-Kontaktfläche des Gehäuseelementes anliegen kann. Der erste Dehnungselement-Steg kann ferner eine zweite Flächenseite zur Aufnahme einer Kraft von einer Kraftquelle aufweisen. Ist der Dehnungselement-Abschnitt eines Dehnungselementes in den Innenraum eines Gehäuseelementes eingeführt, so grenzt die erste Flächenseite des ersten Dehnungselement-Stegs vorzugsweise an die Halteelement-Kontaktfläche des Gehäuseelementes für das Halteelement des Dehnungselementes an.
Der hohle Dehnungselement-Abschnitt kann durch die erste Öffnung eines Gehäuseabschnittes in dessen Innenraum, der von dem Mantel des Gehäuseabschnittes begrenzt ist, eingeführt werden. Im Falle eines rohrförmigen Dehnungselement-Abschnittes und eines rohrförmigen Gehäuseelement-Abschnittes kann der Innendurchmesser des rohrförmigen Gehäuseabschnittes und der Durchmesser seiner ersten Öffnung vorzugsweise so bemessen sein, dass sie größer als der Außendurchmesser des rohrförmigen Dehnungselement-Abschnittes sind. Damit ist es möglich, ein Dehnungselement mit seinem rohrförmigen Dehnungselement-Abschnitt in den rohrförmigen Gehäuseabschnitt des Gehäuseelementes einzuführen.
Der hohle Dehnungselement-Abschnitt kann eine erste Stirnseite, in der eine erste Öffnung ausgebildet ist, und ein zweite Stirnseite, in der eine zweite Öffnung ausgebildet ist, aufweisen. Der hohle Dehnungselement-Abschnitt kann einen Mantel mit einer äußeren Mantelfläche und einer inneren Mantelfläche, die einen Innenraum begrenzt, besitzen. Es kann im Falle eines rohrförmigen Dehnungselement-Abschnittes vorgesehen sein, dass der erste Dehnungselement-Steg an der ersten Stirnseite des rohrförmigen Dehnungselement-Abschnittes ausgebildet ist und sich in radialer Richtung, bezogen auf die Längsachse des rohrförmigen Dehnungselement-Abschnittes, von der Längsachse des rohrförmigen Dehnungselement-Abschnittes weg erstreckt. An dem hohlen Dehnungselement-Abschnitt kann ein zweiter umlaufender Steg ausgebildet sein, der im Folgenden als zweiter Dehnungselement-Steg bezeichnet wird. Es kann vorgesehen sein, dass der zweite Dehnungselement-Steg an der zweiten Stirnseite des rohrförmigen Dehnungselement-Abschnittes ausgebildet ist und sich in radialer Richtung, bezogen auf die Längsachse des rohrförmigen Dehnungselement-Abschnittes, zu der Längsachse des rohrförmigen Dehnungselement-Abschnittes hin erstreckt.
Das erste und das zweite Dehnungselement können beispielsweise aus Metall oder einem Kunststoff bestehen. Das oder die Federelemente bestehen vorzugsweise aus einem elastischen Material. Das erste und das zweite Dehnungselement können jeweils aus dem gleichen oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen, wobei sie bevorzugt aus dem gleichen Material bestehen. Die Herstellung des ersten und des zweiten Dehnungselementes aus einem Kunststoff kann beispielsweise mittels Spritzgusses erfolgen.
Vorzugsweise haben das erste Dehnungselement und das zweite Dehnungselement die gleiche Form. Sie sind jedoch spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet, wobei die Spiegelebene die Membranebene ist. Im Fall rohrförmiger Dehnungselement-Abschnitte liegen dabei die Längsachse des rohrförmigen Dehnungselement-Abschnittes des ersten Dehnungselementes und die Längsachse des rohrförmigen Dehnungselement-Abschnittes des zweiten Dehnungselementes auf einer Achse, die die Längsachse des Bioreaktors ist. Im Falle rohrförmiger Gehäuseabschnitte können das erste Dehnungselement und das zweite Dehnungselement in einer beispielhaften Ausführungsform jeweils, bezogen auf eine Symmetrieachse auf der die Längsachse des jeweiligen rohrförmigen Gehäuseabschnittes liegt, rotationssymmetrische Formkörper sein. Dabei kann das erste Dehnungselement mit seinem rohrförmigen Dehnungselement-Abschnitt in den Innenraum des ersten Gehäuseelementes und das zweite Dehnungselement mit seinem rohrförmigen Dehnungselement-Abschnitt in den Innenraum des zweiten Gehäuseelementes eingesetzt sein.
Die Membran kann Teil des erfindungsgemäßen Bioreaktors sein. Sie kann bereits bei der Herstellung des Bioreaktors in die Einspanneinrichtung eingelegt werden. Der erfindungsgemäße Bioreaktor kann mittels additiver Fertigung hergestellt werden.
Der erfindungsgemäße Bioreaktor hält die Membran mittels der Einspanneinrichtung vorzugsweise in einer horizontalen Ebene. In diesem Fall ist die Membranebene eine horizontale Ebene. Das erste Gehäuseelement kann mit seiner Membrankontaktfläche an der oberen Flächenseite der Membran anliegen. Das zweite Gehäuseelement kann mit seiner Membrankontaktfläche an der unteren Flächenseite der Membran anliegen. Der Bioreaktor kann auf dem Boden aufliegen, beispielsweise mit seinem zweiten Gehäuseelement oder, falls vorgesehen, seinem zweiten Dehnungselement.
Der erfindungsgemäße Bioreaktor ermöglicht die zweiseitige Kultivierung von Zellen in zwei getrennten Kulturkammern. Er ermöglicht dabei eine rhythmische Dehnung einer zweiseitig mit Zellen besiedelten Membran. Diese Dehnung kann in einem dynamischen Zellkultursystem während eines Kultivierungsprozesses der Zellen in einer oder beiden Kulturkammer unter Zellkulturbedingungen erfolgen. Der erfindungsgemäße Bioreaktor erlaubt die Zellkultivierung beispielsweise in einer Inkubatorumgebung. Er ermöglicht mehrtägige Kultivierungsprozesse. Die Zellkultivierung kann unter Sterilbedingungen erfolgen.
Der erfindungsgemäße Bioreaktor ermöglicht es darüber hinaus, das Wachstum der Zellen, die sich auf einer oder beiden Flächenseite der Membran befinden, mikroskopisch zu beobachten. Dazu können eine oder zwei Beobachtungseinrichtungen vorgesehen sein.
Der erfindungsgemäße Bioreaktor kann als Kultursystem für Vergleichszwecke ohne eine mechanische Stimulation verwendet werden. Seine Konstruktion eignet sich für einen modularen Aufbau in einem Kulturbanksystem.
Mittels des erfindungsgemäßen Bioreaktors ist eine Vorspannung der Membran einstellbar. Dazu wird die Membran nach dem Einlegen in die Einspanneinrichtung einer ersten Kraft ausgesetzt. Dabei dehnt sich die Membran auf einen ersten Umfang aus. Nach dem statischen, kontinuierlichen oder dynamischen Einbringen von Kulturmedien in eine oder beide Kulturkammern des Bioreaktors kann dann die Membran einer zweiten Kraft ausgesetzt werden, die eine planare Dehnung der Membran auf einen zweiten Umfang bewirkt, der größer oder kleiner als der erste Durchmesser ist, je nachdem, ob die zweite Kraft größer oder kleiner als die erste Kraft ist. Die planare Dehnung der Membran zwischen dem ersten und dem zweiten Umfang kann rhythmisch wiederholt werden, beispielsweise indem die zweite Kraft zyklisch auf die erste Kraft verringert und anschließend die erste Kraft auf die zweite Kraft erhöht wird. Die rhythmische Wiederholung der planaren Dehnung wird auch als dynamische Dehnung bezeichnet. Die unter Einwirkung der ersten Kraft erreichte Ausdehnung, die als Vorspannung oder Ausgangsdehnung bezeichnet wird, ist der Arbeitspunkt, um den die dynamische Dehnung erfolgen soll. Die Vorspannung kann vorwählbar sein.
Der erfindungsgemäße Bioreaktor erlaubt aufgrund seines Konstruktionsprinzips den Einsatz von anderen als Silikonmembranen, z. B. von Kollagenmembranen. Er ist in weiten Grenzen skalierbar, d. h. die Membranfläche, die den beiden Kulturkammern zugewandt ist, kann angepasst werden.
Das erste Gehäuseelement bildet einen ersten Wandler. Das zweite Gehäuseelement bildet einen zweiten Wandler. Beide Wandler sind, abgesehen von ihrer spiegelsymmetrischen Anordnung, vorzugsweise identisch ausgebildet. Eine orthogonal zu der Membranebene in den erfindungsgemäßen Bioreaktor eingespeiste Kraft bewirkt eine Umfangsänderung der Membrankontaktflächen beider Gehäuseelemente und damit in eine radiale planare Membrandehnung. Der erfindungsgemäße Bioreaktor ermöglicht somit die Wandlung einer orthogonal zu den Flächenseiten der Membran einwirkenden Kraft in eine in Flächenrichtung der Membran wirkende Kraft. Bei dieser Kraft kann sich im Fall von ringförmigen Membrankontaktflächen um eine radiale Kraft handeln. Dem erfindungsgemäßen Bioreaktor liegt somit ein mechanischer Wandlermechanismus zugrunde. Die Kopplung zweier identischer Wandler kann zwei Kulturkammern mit dazwischen liegender Membran realisieren, was eine zweiseitige Zellkultivierung unter dynamischer mechanischer Stimulation der Zellen in deren Flächenebenen, die parallel zur Membranebene des erfindungsgemäßen Bioreaktors verlaufen, erlaubt.
Nach Maßgabe der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Dehnung einer Membran unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Bioreaktors vorgesehen. Dabei ist die Membran zwischen der Membrankontaktfläche des ersten Gehäuseelementes und der Membrankontaktfläche des zweiten Gehäuseelementes in der Membranebene gehalten. Dabei ist vorgesehen,

- dass die Membrankontaktflächen unter Einwirkung einer Kraft in einer Richtung parallel zur Membranebene, die orthogonal zur Membranebene auf den Bioreaktor einwirkt, verschoben werden, wodurch eine planare Dehnung der Membran bewirkt wird, und/oder
- dass eine Volumen- und/oder Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Kulturkammer eingestellt wird, wodurch eine nicht-planare Dehnung der Membran bewirkt wird.

Zum Halten der Membran zwischen der Membrankontaktfläche des ersten Gehäuseelementes und der Membrankontaktfläche des zweiten Gehäuseelementes kann vorgesehen sein, dass die Membran mit einer ihrer Flächenseiten auf die Membrankontaktfläche eines der beiden Gehäuseelemente aufgelegt wird, so dass die Membran die Membrankontaktfläche des Gehäuseelementes vollständig bedeckt und das andere Gehäuseelement mit seiner Membrankontaktfläche auf die andere Flächenseite der Membran aufgebracht wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann die Schritte aufweisen:

- planare Dehnung der Membran unter Einwirkung einer ersten Kraft auf einen ersten Umfang und
- planare Dehnung der Membran unter Einwirkung einer zweiten Kraft auf einen zweiten Umfang, wobei die zweite Kraft größer oder kleiner als die erste Kraft ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht insbesondere die Dehnung einer beidseitig mit Zellen besiedelten Membran. Vorzugsweise ist die Membranebene eine horizontale Ebene.
Der zweite Umfang kann größer oder kleiner als der erste Umfang sein, je nachdem, ob die zweite Kraft größer oder kleiner als die erste Kraft ist. Die planare Dehnung der Membran zwischen dem ersten und dem zweiten Umfang kann rhythmisch wiederholt werden, beispielsweise indem zyklisch die zweite Kraft auf die erste Kraft verringert und anschließend die erste Kraft auf die zweite Kraft erhöht wird. Die unter Einwirkung der ersten Kraft erreichte Ausdehnung kann eine Vorspannung der Membran sein. Nach Einstellen der Vorspannung und bevor die zweite Kraft erstmals angewendet wird, können Kulturmedien in eine oder beide Kulturkammern des Bioreaktors eingebracht werden. Alternativ können, bereits vor Einstellen der Vorspannung und bevor die zweite Kraft erstmals angewendet wird, Kulturmedien in eine oder beide Kulturkammern des Bioreaktors eingebracht werden. Im Falle ringförmiger Membrankontaktflächen des ersten Gehäuseelementes und des zweiten Gehäuseelementes kann die Membran von einem ersten Durchmesser auf einen zweiten Durchmesser gedehnt werden.
Die nicht-planare Dehnung kann durch Einstellen einer Volumen- und/oder Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Kulturkammer bewirkt werden. Die Einstellung einer Volumen- und/oder Druckdifferenz bewirkt eine volumen- oder druckinduzierte Dehnung der Membran, die eine nicht-planare Dehnung ist.
Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens sind bereits vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bioreaktor beschrieben worden. Auf diese Einzelheiten wird zur Vermeidung von Wiederholungen verwiesen.
Mittels des erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Membran einer planaren und/oder nicht-planaren Dehnung unterzogen werden. Dabei wird die Membran einem Belastungsprozess ausgesetzt. Das Maß der Dehnung - das ist die Strecke zwischen dem ersten Umfang und dem zweiten Umfang - und die Zeitdauer der Dehnung können vorgegeben werden. Zur Überwachung der Dehnung können die Zellen mittels des oder der Beobachtungseinrichtungen beobachtet werden. Die Beobachtungsergebnisse können genutzt werden, um die Kraft, die über das oder die Dehnungselemente auf die Gehäuseelemente und damit die Membran ausgeübt wird, zu regeln. Mittels der Beobachtungseinrichtung(en) kann somit die Dehnung der Membran und damit der Zellen, mit denen die Membran besiedelt ist, direkt überwacht werden. Beobachtungseinrichtung(en) können Echtzeit-In-vitro-Aufnahmen der mittels der Dehnung bewirkten Zellstimulation liefern. Das ist eine wesentliche Verbesserung der Genauigkeit zu den ungeregelten Bioreaktoren des Standes der Technik.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen, die die Erfindung nicht einschränken sollen, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen

1 eine Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bioreaktors von oben;
2 eine Schnittdarstellung der in 1 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bioreaktors entlang Schnittlinie A--A von 1;
2a eine vergrößerte Darstellung des Details D von 2;
3 eine Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bioreaktors von unten;
4 eine Ansicht nur des ersten Gehäuseelementes der in 1 gezeigten Ausführungsform von oben;
5 eine Schnittdarstellung des in 4 gezeigten ersten Gehäuseelementes entlang Schnittlinie B--B;
6 eine Ansicht nur des ersten Dehnungselementes der in 1 gezeigten Ausführungsform von oben;
7 eine Schnittdarstellung des in 6 gezeigten ersten Dehnungselementes entlang Schnittlinie C--C;
8 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Bioreaktors zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem eine Membran einer planaren Dehnung unterzogen wird; und
9 eine schematische Darstellung einer radialen planaren Dehnung einer biologischen Membran.

Die in den 1 bis 7 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bioreaktors 1 zur Dehnung einer Membran 101 weist ein erstes Gehäuseelement 2, das eine erste Kulturkammer begrenzt, und ein zweites Gehäuseelement 2', das eine zweite Kulturkammer begrenzt, auf. Die in den 1 bis 7 gezeigte Ausführungsform des Bioreaktors 1 wirkt mit einem ersten Dehnungselement 400 und einem zweiten Dehnungselement 400' zusammen. In den 1 und 3 ist die Membranebene jeweils die Papierebene. In 2 ist die Membranebene mit dem Buchstaben B bezeichnet.
Das erste Gehäuseelement 2 und das zweite Gehäuseelement 2' sind Rotationskörper, deren Symmetrieachse L₁ orthogonal zur Membranebene verläuft. Die Symmetrieachse ist die Längsachse L des Bioreaktors 1 (siehe 2). Ebenso sind das erste Dehnungselement 400 und das zweite Dehnungselement 400' Rotationskörper, deren Symmetrieachse L₂ orthogonal zur Membranebene verläuft. Die Symmetrieachse ist die Längsachse L des Bioreaktors 1.
Das erste Gehäuseelement 2 weist einen rohrförmigen Gehäuseabschnitt 21 auf (siehe auch 4, 5). Der Gehäuseabschnitt 21 besitzt eine erste Stirnseite, an der ein erster umlaufender Steg 22 ausgebildet ist. Der erste Steg 22 erstreckt sich in radialer Richtung, bezogen auf die Längsachse L₁ des Gehäuseabschnittes 21, und zwar zu dieser hin. Er begrenzt eine erste Öffnung 23. An der gegenüberliegenden, zweiten Stirnseite ist der Gehäuseabschnitt 21 unter Ausbildung einer zweiten Öffnung 24 offen. An der zweiten Stirnseite des Gehäuseabschnittes 21 befindet sich ein zweiter umlaufender Steg 25. Der zweite Steg 25 erstreckt sich in radialer Richtung, bezogen auf die Längsachse L₁ des Gehäuseabschnittes 21, und zwar von dieser weg. Es ist den 2 und 5 zu erkennen, dass sich der rohrförmige Gehäuseabschnitt 21 von der zweiten Stirnseite, an der sich die zweite Öffnung 24 befindet, zur ersten Stirnseite, an der die erste Öffnung 23 ausgebildet ist, hin verjüngt. Die erste Öffnung 23 wird von einem Rand 28 begrenzt. Der Gehäuseabschnitt 21 besitzt somit an seiner zweiten Stirnseite einen größeren Durchmesser als an seiner ersten Stirnseite. Der Gehäuseabschnitt 21 begrenzt einen Innenraum 26, der eine kegelstumpfförmig Grundform besitzt, wobei der Durchmesser des Innenraumes 26 von der ersten Stirnseite zur zweiten Stirnseite hin zunimmt. Dieser Innenraum 26 stellt die erste Kulturkammer dar.
Der zweite Steg 25 des ersten Gehäuseelementes 2 weist die Membrankontaktfläche 27 auf. Die Membrankontaktfläche 27 ist die Flächenseite des zweiten Steges 25, die dem ersten Steg 22 abgewandt ist. Mit der Membrankontaktfläche 27 liegt das erste Gehäuseelement 2 an der Membran 101 an. Die Umfangsrichtung der Membrankontaktfläche 27 ist mit dem Doppelpfeil U bezeichnet.
Der erste Steg 22 des ersten Gehäuseelementes 2 weist die Halteelement-Kontaktfläche 29 auf. Die Halteelement-Kontaktfläche 29 ist die Flächenseite des ersten Steges 22, die dem zweiten Steg 25 abgewandt ist. An der Halteelement-Kontaktfläche 29 liegt das erste Dehnungselement 400 mit seiner Gehäuseelement-Kontaktfläche 408 an.
Das erste Gehäuseelement 2 weist einen doppelwandigen Bereich auf, der sich von seinem ersten Steg 22 bis zu seinem zweiten Steg 25 erstreckt (siehe insbesondere 5). Der doppelwandige Bereich begrenzt einen Hohlraum 31, der an der Flächenseite des ersten Steges 22, an der sich die Halteelement-Kontaktfläche 29 befindet, offen ist. Es ist den 2 und 2a gezeigt, dass der Fuß 411 und der Steg 412 des ersten Dehnungselementes 400 in den Hohlraum 31 eingeführt sind.
Es ist insbesondere in 2 zu erkennen, dass das erste Dehnungselement 400 mit seinem Dehnungselement-Abschnitt 401 durch die erste Öffnung 23 des Gehäuseabschnittes 21 eingeführt ist. Um das Einführen des Dehnungselement-Abschnittes 401 in den Innenraum 26 des ersten Gehäuseelementes 2 zu ermöglichen, sind der Innendurchmesser des ersten Gehäuseabschnittes 21 und der Durchmesser seiner ersten Öffnung 23 so bemessen, dass sie größer als der Außendurchmesser des Dehnungselement-Abschnittes 401 des Dehnungselementes 400 sind.
Das zweite Gehäuseelement 2' gleicht dem ersten Gehäuseelement 2. Die Bezugszeichen des zweiten Gehäuseelementes 2' entsprechen daher den Bezugszeichen des ersten Gehäuseelementes 2, ergänzt um einen Oberstrich. Die Membrankontaktfläche 27 des ersten Gehäuseelementes 2 und die Membrankontaktfläche 27' des zweiten Gehäuseelementes 2' bilden gemeinsam die Einspanneinrichtung 3 des Bioreaktors 1. Wird eine Membran 101 von der Einspanneinrichtung 3 gehalten, so verschließt die Membran 101 mit einer ihrer Flächenseiten die zweite Öffnung 24 des ersten Gehäuseelementes 2. Gleichzeitig verschließt die Membran 101 mit ihrer anderen Flächenseite eine zweite Öffnung 24' des zweiten Gehäuseelementes 2'.
Das erste Dehnungselement 400 weist einen rohrförmigen Dehnungselement-Abschnitt 401 mit einer Längsachse L₂ auf (siehe auch 6 und 7). Der Dehnungselement-Abschnitt 401 besitzt an seiner ersten Stirnseite eine erste Öffnung 402. Die erste Öffnung 402 kann mittels eines Verschlusselementes oder mit einer Beobachtungseinrichtung (beides nicht gezeigt) lösbar oder fest verschlossen werden. An seiner zweiten Stirnseite weist der Dehnungselement-Abschnitt 401 eine zweite Öffnung 403 auf, die der ersten Öffnung 402 gegenüberliegt. An der ersten Stirnseite des Dehnungselement-Abschnittes 401, an der sich seine erste Öffnung 402 befindet, ist ein erster umlaufender Steg, der das Haltelement 404 ist, ausgebildet. Das Haltelement 404 erstreckt sich in radialer Richtung, bezogen auf die Längsachse L₂ des rohrförmigen Dehnungselement-Abschnittes 401, von der ersten Öffnung 402 weg. Der Dehnungselement-Abschnitt 401 begrenzt einen Innenraum 405, der eine zylinderförmige Grundform besitzt. Der Innenraum 405 ist über die zweite Öffnung 403, die an der zweiten Stirnseite des Dehnungselement-Abschnittes 401 ausgebildet ist, zur Membran 101 hin offen, so dass der Innenraum 405 für ein Kulturmedium zugänglich ist, das sich in dem Innenraum 26 des ersten Gehäuseelementes 2 befindet. Der Innenraum 405 kann somit Teil der ersten Kulturkammer sein.
An der zweiten Stirnseite des Dehnungselement-Abschnittes 401 ist ein zweiter umlaufender Steg, der als zweiter Dehnungselement-Steg 409 bezeichnet wird, ausgebildet. Der zweite Dehnungselement-Steg 409 kann als Anschlag für das Verschlusselement oder die Beobachtungseinrichtung dienen. Der zweite Dehnungselement-Steg 409 erstreckt sich in radialer Richtung zur Längsachse L₂ des ersten Dehnungselementes 400 und begrenzt die zweite Öffnung 403. Es ist in 2 zu erkennen, dass das Dehnungselement 400 nicht an der Membran 101 anliegt. Das erste Dehnungselement 400 hält somit weder die Membran 101, noch behindert es die Ausbreitung des Kulturmediums in der ersten Kulturkammer. Insbesondere sind die zweite Stirnseite des Dehnungselement-Abschnittes 401 und der zweite Dehnungselement-Steg 409 von der Membran 101 beabstandet. Aus diesem Grund erstreckt sich der Dehnungselement-Abschnitt 401, wenn er in den Innenraum 26 des ersten Gehäuseelementes 2 eingesetzt ist, nicht bis in Höhe des zweiten Steges 25 des ersten Gehäuseelementes 2.
Der Dehnungselement-Abschnitt 401 weist einen Außendurchmesser auf, der kleiner als der Innendurchmesser der ersten Öffnung 23 des Gehäuseabschnittes 21 ist. Der Außendurchmesser des Dehnungselement-Abschnittes 401 ist so gewählt, dass die äußere Mantelfläche 406 des Dehnungselement-Abschnittes 401 am Rand 28, der die erste Öffnung 23 des ersten Gehäuseelementes 2 begrenzt, anliegt, wenn der Dehnungselement-Abschnitt 401 des ersten Dehnungselementes 400 in den Innenraum 26 des ersten Gehäuseelementes 2 eingesetzt ist. Das Haltelement 404 liegt dabei mit einer Flächenseite, die seine Gehäuseelement-Kontaktfläche 408 bildet, an der Halteelement-Kontaktfläche 29 des ersten Steges 22 des ersten Gehäuseelementes 2 an. Es ist insbesondere in 2 zu erkennen, dass die äußere Mantelfläche 406, abgesehen vom Rand 28, nicht an der inneren Mantelfläche 30 des Gehäuseabschnittes 21 anliegt. Stattdessen vergrößert sich der Abstand zwischen der inneren Mantelfläche 30 des Gehäuseabschnittes 21 und der äußeren Mantelfläche 406 des Dehnungselement-Abschnittes 401, ausgehend von der ersten Stirnseite des Dehnungselement-Abschnittes 401 in Richtung der zweiten Stirnseite des Dehnungselement-Abschnittes 401.
Am Halteelement 404 sind Federelemente 410 befestigt. In der gezeigten Ausführungsform sind sechs Federelemente 410 vorgesehen, wobei die Zahl der Federelemente 410 kleiner oder größer sein kann. So kann ein einziges Federelement 410 ausreihend sein, wenn die Membran 101 nur unidirektional gedehnt werden soll. Jedes der Federelemente 410 weist einen plattenförmigen Fuß 411 und einen Steg 412 auf. Die Stege 411 erstrecken sich von dem Halteelement 404, an dem sie jeweils mit einem ihrer Enden befestigt sind, in den Hohlraum 31. Dabei liegen die Wandungen des Gehäuseelementes 2, die den Hohlraum 31 begrenzen, an den Stegen 412 an. Die Füße 411 sind jeweils an dem anderen Ende des jeweiligen Halteelementes 404 befestigt. Sie befinden sich in dem Hohlraum 31, und zwar im zweiten Steg 25. Dabei liegen die Wandungen des Gehäuseelementes 2, die den Hohlraum 31 begrenzen, an den Füßen 411 an. Es ist insbesondere in den 1, 3 und 6 zu erkennen, dass sich die Stege in radialer Richtung, bezogen auf die Längsachse L₂ des ersten Dehnungselementes 400 von den Halteelement 404 und der Längsachse L₂ weg erstrecken. Die Stege 412 sind gleichmäßig voneinander beabstandet an dem Halteelement 404 angeordnet. Die Form der Stege 412 entspricht einerseits der Gestalt des Hohlraumes 31, anderseits verändern die Stege 412 die Gestalt des Hohlraumes 31, wenn eine Kraft auf das Dehnungselement 400 ausgeübt wird. Die Füße 411 sind plattenförmig ausgebildet. Sie sind ebenfalls gleichmäßig voneinander beabstandet. Jeder Fuß 411 kann einen, zwei oder mehr Magnete 413 tragen. Die Magnete 413 sind zur Vereinfachung der Darstellung nur in 6 und 7 gezeigt.
Das zweite Dehnungselement 400' gleicht dem ersten Dehnungselement 400. Die Bezugszeichen des zweiten Dehnungselementes 400' entsprechen daher den Bezugszeichen des ersten Dehnungselementes 400, ergänzt um einen Oberstrich. Mittels der Magnete 413 des ersten Dehnungselementes 400 und der Magnete des zweiten Dehnungselementes 400' können die beiden Gehäuseelemente 2, 2' aneinandergehalten werden, und zwar auch dann, wenn eine Kraft auf eines oder beide Dehnungselemente 400, 400' ausgeübt wird. Zu diesem Zweck sind die Magnete des zweiten Dehnungselementes 400' in Bezug auf ihre Polarität entgegengesetzt zu den Magneten 413 des ersten Dehnungselementes 400 ausgerichtet.
8 ist eine stark vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Bioreaktors 1. Die Federelemente 410, 410' sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht gezeigt. Zwischen der Membrankontaktfläche 27 des ersten Gehäuseelementes 2 und der Membrankontaktfläche 27' des zweites Gehäuseelementes 2' ist eine Membran 101 eingespannt, so dass sie sich in der horizontalen Membranebene B befindet. Die Membran 101 ist in den Innenräumen 26, 26' des ersten und zweiten Gehäuseelements 2, 2' auf ihren beiden Flächenseiten mit Zellen besiedelt. Die erste und zweite Kulturkammer sind gegen die Umgebung abgeschlossen. Wird nun eine Kraft F orthogonal zur Membranebene B über das erste Dehnungselement 400, das an der Halteelement-Kontaktfläche 29 des ersten Gehäuseelementes 2 anliegt, ausgeübt, so wird diese Kraft auf das erste Gehäuseelement 2 übertragen. Dort wird die zunächst orthogonal eintretende Kraft (Pfeil R_A) in eine Kraft (Pfeil R_B ) gewandelt, die in Flächenrichtung der Membranebene B wirkt. Dabei dehnt sich die Membran 101 in radialer Richtung, bezogen auf die Längsachse L des Bioreaktors 1 aus, so dass eine radiale planare Dehnung erreicht wird (siehe 9). Das ist möglich, weil das erste und das zweite Gehäuseelement 2, 2' in Umfangsrichtung, bezogen auf die Längsachse L des Bioreaktors 1 dehnbar sind. Das zweite Dehnungselement 400', das auf dem Boden 201 aufliegt, liegt an der Halteelement-Kontaktfläche 29' des zweiten Gehäuseelementes 2' an. Unter Einwirkung der Kraft F wird eine zur Kraft F entgegengesetzte Kraft auf das zweite Gehäuseelement 2' übertragen. Auch diese entgegengesetzte Kraft wird in dem zweiten Gehäuseelement 2' von einer zunächst orthogonal eintretenden Kraft in eine Kraft gewandelt, die in Flächenrichtung der Membranebene B wirkt.
9 zeigt schematisch den vom Bioreaktor 1 gehaltenen Teil 101a der Membran 101, wobei der gehaltene Teil 101a in der Membranebene, die in der Papierebene liegt, radial zur Längsachse L des Bioreaktors 1 gedehnt wird (Pfeil R_B ). Eine solche Dehnung ist eine radiale planare Dehnung. Diese Dehnung kann für eine dynamische mechanische Stimulation der Zellen 102 genutzt werden, die sich auf beiden Flächenebenen der Membran 101 befinden.
Zitierte Literatur

[1] Breen, L. T.; McHugh, P. E.; McCormack, B. A.; Muir, G.; Quinlan, N. J.; Heraty, K. B.; Murphy, B. P.: Development of a novel bioreactor to apply shear stress and tensile strain simultaneously to cell monolayers. Review of Scientific Instruments, Oct. 2006, vol. 77, no. 10
[2] Huh, D.; Matthews, B. D.; Mammoto, A.; Montoya-Zavala, M.; Hsin, H. Y.; Ingber, D. E.: Reconstituting organ-level lung functions on a chip. Science (New York, N.Y.), 2010, vol. 328, no. 5986, pp. 1662-1668.
[3] Moraes, C.; Sun, Y.; Simmons, C. A.: (Micro) managing the mechanical microenvironment. Integrative Biology, Oct. 2011, vol. 3, no. 10

Bezugszeichenliste

1: Bioreaktor
2: erstes Gehäuseelement
2': zweites Gehäuseelement
3: Einspanneinrichtung
21 , 21': Gehäuseabschnitt
22, 22': erster Steg
23, 23': erste Öffnung
24, 24': zweite Öffnung (Membranzugangsöffnung)
25, 25': zweiter Steg
26, 26': Innenraum
27, 27': Membrankontaktfläche
28, 28': Rand
29, 29': Halteelement-Kontaktfläche
30, 30': innere Mantelfläche
31, 31: Hohlraum
101: Membran
101a: Teil der Membran
102: Zelle
201: Boden
400: erstes Dehnungselement
400': zweites Dehnungselement
401, 401': Dehnungselement-Abschnitt
402, 402': erste Öffnung
403, 403': zweite Öffnung
404, 404': Haltelement
405, 405': Innenraum
406, 406': äußere Mantelfläche
408, 408': Gehäuseelement-Kontaktfläche
409, 409': zweiter Dehnungselement-Steg
410, 410': Federelement
411, 411': Fuß
412, 412': Steg
413: Magnet

Claims

Bioreaktor zur Dehnung einer Membran (101), die eine erste Flächenseite und eine zweite Flächenseite aufweist, wobei der Bioreaktor (1) aufweist: - ein erstes Gehäuseelement (2) aus einem elastischen Material, das eine erste Kulturkammer begrenzt und eine erste Membranzugangsöffnung (24) aufweist, an der eine erste Membrankontaktfläche (27) zum Kontaktieren der Membran (101) an ihrer ersten Flächenseite ausgebildet ist, - ein zweites Gehäuseelement (2') aus einem elastischen Material, das eine zweite Kulturkammer begrenzt und eine zweite Membranzugangsöffnung (24') aufweist, an der eine zweite Membrankontaktfläche (27') zum Kontaktieren der Membran (101) an ihrer zweiten Flächenseite ausgebildet ist, wobei die erste Membrankontaktfläche (27) und die zweite Membrankontaktfläche (27') unter Einwirkung einer Kraft, die orthogonal zur Membranebene (B) auf den Bioreaktor (1) einwirkt, in einer Richtung parallel zur Membranebene verschiebbar sind.
Bioreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest ein erstes Dehnungselement (400) zum Verschieben der ersten Membrankontaktfläche (27) und/oder zumindest ein zweites Dehnungselement (400') zum Verschieben der zweiten Membrankontaktfläche (27') aufweist.
Bioreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das erste Dehnungselement (400) und/oder das zweite Dehnungselement (400') ein oder mehrere Federelemente (410, 410') aufweisen.
Bioreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Federelemente (410, 410') einen als Fuß (411, 411') bezeichneten ersten Abschnitt aufweist, wobei der Fuß (411, 411') an einem Bereich des jeweiligen Gehäuseelementes (2, 2') anliegt, der der Membrankontaktfläche (27, 27') des Gehäuseelementes (2, 2') gegenüberliegt.
Bioreaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseelement (2) und/oder das zweite Gehäuseelement (2') einen doppelwandigen Bereich aufweisen, in den sich das Dehnungselement (400, 400') erstreckt.
Bioreaktor nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Federelemente (410, 410') in dem doppelwandigen Bereich angeordnet sind.
Bioreaktor nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite Dehnungselement (400, 400') ein Halteelement (404, 404') aufweist, an der das oder die Federelemente (410, 410') befestigt sind.
Bioreaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseelement (2) und/oder das zweite Gehäuseelement (2') eine Halteelement-Kontaktfläche (29, 29') aufweisen und dass das Halteelement (404, 404') eine korrespondierende Gehäuseelement-Kontaktfläche (408, 408') aufweist, mit der es auf der Halteelement-Kontaktfläche (29, 29') des jeweiligen Gehäuseelementes (2, 2') aufliegt.
Bioreaktor nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (410, 410') jeweils einen Steg (412, 412') aufweisen, der an dem Halteelement (404, 404') befestigt ist und den Fuß (411, 411') des Federelementes (410, 410') mit dem Halteelement (404, 404') verbindet.
Bioreaktor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (412, 412') zumindest eines der Federelemente (410, 410') als Blattfeder ausgebildet ist.
Bioreaktor nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg zumindest eines der Federelemente (410, 410') in den doppelwandigen Bereich des jeweiligen Gehäuseelementes (2, 2') eintritt.
Bioreaktor nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelementes (410, 410') zumindest eines der Dehnungselemente (400, 400') voneinander beabstandet an dem jeweiligen Halteelement (404, 404') angeordnet sind.
Bioreaktor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Beobachtungseinrichtung zur Beobachtung der Zellen, die sich in der Kulturkammer befinden, während der Dehnung der Membran aufweist.
Verfahren zur Dehnung einer Membran (101) unter Verwendung eines Bioreaktors (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Membran (101) zwischen der Membrankontaktfläche (27) des ersten Gehäuseelementes (2) und der Membrankontaktfläche (27') des zweiten Gehäuseelementes (2´) in der Membranebene (B) gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, - dass die Membrankontaktflächen (27, 27') unter Einwirkung einer Kraft, die orthogonal zur Membranebene (B) auf den Bioreaktor (1) einwirkt, in einer Richtung parallel zur Membranebene verschoben werden, wodurch eine planare Dehnung der Membran (101) bewirkt wird, und/oder - dass eine Volumen- und/oder Druckdifferenz zwischen der ersten und der zweiten Kulturkammer eingestellt wird, wodurch eine nicht-planare Dehnung der Membran (101) bewirkt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Halten der Membran (101) zwischen der Membrankontaktfläche (27) des ersten Gehäuseelementes (2) und der Membrankontaktfläche (27') des zweiten Gehäuseelementes (2') die Membran (101) mit einer ihrer Flächenseiten auf die Membrankontaktfläche (27') eines der beiden Gehäuseelemente (2, 2') aufgelegt wird, so dass die Membran (101) die Membrankontaktfläche (27') des Gehäuseelement (2') vollständig bedeckt und das andere Gehäuseelement (2) mit seiner Membrankontaktfläche (27) auf die andere Flächenseite der Membran (101) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass es die Schritte aufweist: - planare Dehnung der Membran (101) unter Einwirkung einer ersten Kraft auf einen ersten Umfang und - planare Dehnung der Membran (101) unter Einwirkung einer zweiten Kraft auf einen zweiten Umfang, wobei die zweite Kraft größer oder kleiner als die erste Kraft ist.