DE10328277A1

DE10328277A1 - Strömungskammer zur in-vitro-Untersuchung von physiologischen Vorgängen an Zelloberflächen

Info

Publication number: DE10328277A1
Application number: DE2003128277
Authority: DE
Inventors: Thomas Baltus; Rainer Dautzenberg; Christian Prof. Dr. Weber
Original assignee: Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Current assignee: Rheinisch Westlische Technische Hochschuke RWTH
Priority date: 2003-06-23
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2005-01-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mikroskopierfähige Strömungskammer zur In-vitro-Untersuchung von physiologischen Vorgängen an Zelloberflächen, bestehend aus einem transparenten Korpus mit einer an einer Oberfläche ausgebildeten Vertiefung, in die zwei Zugänge für die Durchströmung mit einem Fluid führen, einer vom Korpus lösbaren transparenten Zellkulturaufwuchsfläche, einem zwischen Korpus und Zellkulturaufwuchsfläche angeordneten Dichtungselement sowie einer Vorrichtung zum Fixieren der Zellkulturaufwuchsfläche auf dem Korpus.

Description

Die Erfindung betrifft eine mikroskopierfähige Strömungskammer zur In-vitro-Untersuchung von physiologischen Vorgängen an Zelloberflächen.
Stand der Technik
Strömungskammern dienen der in-vitro-Untersuchung von physiologischen Vorgängen an Zelloberflächen. Beispielsweise können Teilschritte von Entzündungsrekationen nur unter den in einer Strömungskammer erzeugten dynamischen Bedingungen beobachtet werden. Im menschlichen oder tierischen Körper finden diese Vorgänge im Blutstrom statt.
Mikroskopierfähige Strömungskammern erlauben die (licht-) mikroskopische Betrachtung, Dokumentation (Video-Mikroskopie) und Analyse von physiologischen Vorgängen, die an Grenzflächen von Geweben, z.B. Endothelien, auftreten, wenn an ihnen ein (kontinuierlich) strömendes Fluid vorbeigeführt wird. Enthält das Fluid lebende Zellen oder Partikel, kann zudem eine Zell-Zell-Interaktion bzw. Partikel-Zell-Interaktion der vorbeiströmenden Zellen mit den sessilen Zellverbänden auf der Zellkulturaufwuchsfläche beobachtet, dokumentiert und analysiert werden. Da zahlreiche physiologische Vorgänge, die an (kontinuierlich) perfundierten Geweben in vivo stattfinden, sich in vitro an statischen Systemen nicht reproduzieren lassen, ist die Untersuchung derartiger Prozesse in mikroskopierfähigen Strömungskammern derzeit die einzige Möglichkeit, diese Vorgänge oder Interaktionen auf lichtmikroskopischer Ebene sichtbar zu machen.
Es sind verschiedene Ausführungsformen mikroskopierfähiger Strömungskammern bekannt.
So beschreibt beispielsweise die DE10007398 eine mikroskopierfähige Strömungskammer die aus einem runden Kammerkorpus, einer lösbaren Dichtungsscheibe sowie einer lösbaren Kunststoffscheibe mit einer benetzten Zellkulturoberfläche sowie einem lösbaren Überwurf-Federarretierungsring besteht. Bei dieser Ausführungsform wird eine Dichtungsscheibe manuell zwischen den Korpus der Strömungskammer und der zellbenetzten Oberfläche der Kunststoffscheibe platziert und durch Überstülpen des Überwurf-Federarretierungsringes dichtig fixiert.
Weite Verbreitung haben auch Strömungskammern gefunden, die durch das Anlegen eines Unterdrucks die notwendige Dichtheit unter Verwendung einer geeigneten Dichtungsfolie zwischen dem Strömungskammerkorpus und dem Zellkulturträger herstellen.
Viele der bisher bekannten Ausführungsformen von Strömungskammern zur Untersuchung von physiologischen Vorgängen an Zelloberflächen weisen jedoch häufig Undichtigkeiten auf, was dann zum Abbruch der entsprechenden Versuche führt. Die Dichtigkeit wird bislang in der Regel durch eine flexible Kunststofffolie als Dichtungselement und durch das Anlegen eines Vakuums erzeugt. Die Dichtungselemente aus flexibler Kunststofffolie werden bislang in der Regel per Hand von einer Laborkraft zugeschnitten und können in der Regel nur einmalig verwendet werden. Ferner benötigt das korrekte Platzieren der Dichtung auf dem Strömungskammerkorpus Geschick und Übung und kann daher in den meisten Fällen nur von erfahrenen Laborkräften durchgeführt werden.
Die Dichtungsfolien sind des Weiteren sehr empfindlich gegenüber mechanischer Beanspruchung.
Systeme, die ohne das Anlegen eines Vakuums arbeiten, benötigen jedoch in der Regel spezielle Objektträger, so dass handelsübliche Zellkulturschalen nicht verwendet werden können.
Ferner sind durch Vakuum abdichtende Systeme auf Grund der verwendeten Vakuumpumpe recht laut und führen bei längeren Laborarbeiten zu einer sehr störenden und ermüdenden Geräuschbelastung.
Der in der DE10007398 beschriebene Überwurf-Federarretierungsring zur dichtigen Fixierung einer zellbenetzten Kunststoffplatte auf einem Strömungskammerkorpus hat zudem den Nachteil, dass er über keine Sicherung gegen ein unbeabsichtigtes Lösen des Arretierungsringes verfügt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Strömungskammer zur In-vitro-Untersuchung von physiologischen Vorgängen an Zelloberflächen zu entwickeln, in der handelsübliche Zellkulturschalen ohne das Anlegen eines Vakuums und ohne die Verwendung von separaten zuzuschneidenden Dichtelementen bei einfacher Handhabung dichtig fixiert werden können.
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße mikroskopierfähige Strömungskammer erlaubt die Verwendung von handelsüblichen Zellkulturschalen, wodurch auf die oft weitaus teureren, speziellen Zellkulturträger verzichtet werden kann. Da ein die Strömungskammer abgrenzendes Dichtungselement an der Oberfläche des Strömungskammerkorpus angeordnet ist, entfallen ferner das manuelle Zuschneiden sowie das jeweilige korrekte manuelle Positionieren von entsprechenden Dichtungen. Indem die Dichtheit der Strömungskammer mechanisch über Feder-Hebel-Wirkungen erreicht wird, entfällt die Verwendung von Vakuumpumpen und die damit verbundene Geräuschbelastung für die Laborkraft. Des Weiteren sind, außer der Zellkulturschale (2), alle weiteren zur Verwendung der Strömungskammer notwendigen Elemente mit der Strömungskammer (1) verbunden.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist das Dichtungselement (6) in der Vertiefung (3) fixiert, wodurch das manuelle Positionieren einer Dichtungsfolie überflüssig wird. Ferner kann das so fixierte Dichtungselement nach einer einfachen Reinigung, in der das Dichtungselement in der Vertiefung (3) fixiert bleibt, beliebig oft verwendet werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der Zeichnung anhand von schematisch dargestellten Ausführungsformen beschrieben.
Hierbei zeigt:
1: Querschnitt der Strömungskammer
2: Draufsicht auf die Strömungskammer
In 1 ist ein Querschnitt der erfindungsgemäßen Strömungskammer dargestellt, wobei eine zellbenetzte Oberfläche (7) einer Zellkulturschale (2) auf dem Korpus der Strömungskammer (1) durch die am Strömungskammerkorpus (1) gelagerten Hebel (5) dichtig fixiert ist. Die Dichtheit wird durch ein Dichtungselement (6), dass in einer dafür vorgesehenen Vertiefung (3) angeordnet ist, und durch von Hebeln (5) umgelenkte Kräfte der Federelemente (4) gewährleistet. Das Dichtungselement (6) ist so ausgeführt, dass es, wenn es in der dafür vorgesehenen Vertiefung (3) angeordnet ist, über die Oberfläche des Strömungskammerkorpus (1) herausragt. Somit bildet sich, wenn die Zellkulturschale (2) auf dem Korpus (1) fixiert ist, ein Strömungsraum (11) nach unten begrenzt durch den Korpus (1), nach oben begrenzt durch die zellbenetzte Oberfläche der Kulturschale (7) und seitlich begrenzt durch den Teil des Dichtungselements (6), der aus der Oberfläche des Korpus (1) herausragt. Die Höhe des Strömungsraums (11) kann über die Höhe, die das Dichtungselement (6) aus der Oberfläche des Strömungskammerkorpus (1) herausragt, eingestellt werden.
Das Dichtungselement (6) ist kraftschlüssig und lösbar in der Vertiefung (3) eingefasst. In einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strömungskammer ist das Dichtungselement fest mit dem Strömungskammerkorpus verbunden, indem das Dichtungselement in den Strömungskammerkorpus (1) eingegossen ist.
Die Fläche der Strömungskammer (11), die durch das Dichtungselement (6) begrenzt wird, kann beliebige Form haben. Vorteilhafter Weise besitzt die Strömungskammer (11) eine kreisrunde, ovale oder rechteckige Flächenform.
Die zur Fixierung der Zellkulturschale (2) auf dem Korpus (1) vorgesehenen Hebel (5) sind auf einer Federaufnahme (10) fixiert. Die Federaufnahme (10) ist durch das Lager (9) drehgelenkig gegenüber dem Korpus (1) gelagert. Ein Federelement (4) ist dabei so auf der Federaufnahme (10) angeordnet, dass das Federelement (10) eine Druckkraft auf den Hebel (5) ausübt. Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Hebel (5) selbst aus einem federnden Material ausgebildet sein oder eine federwirksame Form besitzen, wobei der Hebel (5) dann fest und gelenksteif am Strömungskammerkorpus (1) angeordnet ist.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann eine Adapterscheibe austauschbar zwischen die Zellkulturschale (2) und den Hebeln (5) angeordnet werden. Die Adapterscheibe hat vorteilhafter Weise die gleiche Kontur wie die Zellkulturschale (2) auf der sie angeordnet ist. Die Adapterscheibe sorgt zusätzlich für einen gleichmäßigen Anpressdruck durch die Hebel (5) über die Adapterscheibe auf die Zellkulturschale (2) und somit auf das Dichtungselement (6).
In 2 wird die erfindungsgemäße mikroskopierfähige Strömungskammer in der Draufsicht gezeigt. Es führen zwei sich gegenüberliegende Kanäle mit entsprechenden Anschlussstücken (8a und 8b) in den Strömungsraum (11), der durch die Vertiefung zur Aufnahme des Dichtungselements (3) eingehüllt wird. Durch einen der Kanäle (8a oder 8b) wird das Fluid, dessen Wirkung auf die physiologischen Vorgänge auf Zelloberflächen untersucht werden soll, dem Strömungskammerraum (11) zugeführt und dem Strömungskammerraum (11) über den jeweils anderen Strömungskammerkanal (8a oder 8b) abgeführt. Hierzu können handelsübliche Schlauchsysteme und Verbindungselemente an den Anschlussstücken (8a und 8b) befestigt werden.
Das Fluid wird mittels geeigneter Saug- oder Druckpumpen durch die Strömungskammer (1) geführt.
Die Hebel (5) zum fixieren der Zellkulturschale (2) auf dem Strömungskammerkorpus (1) sind an einer Hebelaufnahme (12) angeordnet. In einer speziellen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Strömungskammer ist ein Lager (9) in der Hebelaufnahme angeordnet. Das Lager (9) dient zur Aufnahme des Hebels (5) oder der Federaufnahme (10). In einer anderen Ausführungsform sind federelastische Hebel (5) direkt ohne Vorhandensein eines Lagers (9) biegesteif an der Hebelaufnahme (12) oder aber auch direkt mit dem Strömungskammerkorpus (1) verbunden.
Zur in-vitro-Untersuchung von physiologischen Vorgängen an Zelloberflächen werden zunächst die Hebel (5) beiseite geklappt und die zellbenetzte Oberfläche einer Zellkulturschale (2) auf dem Strömungskammerkorpus (1) gelegt. Anschließend wird die Zellkulturschale (2) auf dem Strömungskammerkorpus (1) fixiert, indem die Hebel (5) auf die Zellkulturschale (2) zurückgeklappt werden und eine Druckkraft auf die Zellkulturschale (2) ausüben, wodurch die Zellkulturschale (2) dichtig auf dem Dichtelement (6) aufliegt. Zum Lösen der Zellkulturschale (2) vom Strömungskammerkorpus (1) werden die Hebel (5) wieder zurückgeklappt und die Zellkulturschale (2) kann entnommen werden.
Die Merkmale der erfindungsgemäßen Strömungskammer gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder in Kombination vorteilhafte schutzfähige Ausführungen darstellen, für die mit dieser Schrift Schutz beansprucht wird.

1: Strömungskammerkorpus
2: Zellkulturschale
3: Vertiefung zur Aufnahme eines Dichtungselements
4: Federelement
5: Hebel
6: Dichtungselement
7: Zellbenetzte Oberfläche der Zellkulturschale
8a: Kanal mit Anschlussstück
8b: Kanal mit Anschlussstück
9: Lager
10: Federaufnahme
11: Strömungsraum
12: Hebelaufnahme

Claims

Mikroskopierfähige Strömungskammer zur In-vitro-Untersuchung von physiologischen Vorgängen an Zelloberflächen bestehend aus einem transparenten Korpus, zwei Zugängen für die Durchströmung der Strömungskammer mit einem Fluid, einer vom Korpus lösbaren transparenten Zellkulturaufwuchsfläche, einem zwischen Korpus und Zellkulturaufwuchsfläche angeordneten Dichtungselement sowie einer Vorrichtung zum Fixieren der Zellkulturaufwuchsfläche auf dem Korpus dadurch gekennzeichnet, dass sich eine zellbenetzte Oberfläche einer Zellkulturschale (7) über einer planen Oberfläche des Strömungskammerkorpus (1) befindet, in der in einer einen Strömungsraum (11) einhüllenden Vertiefung (3) ein Dichtungselement (6) so angeordnet ist, dass es aus der planen Oberfläche des Strömungskammerkorpus (1) herausragt und dass die Zellkulturschale (7) durch mindestens einen gegenüber dem Strömungskammerkorpus (1) federnd gelagerten Hebel (5), dichtig auf dem Strömungskammerkorpus (1) fixiert ist.
Mikroskopierfähige Strömungskammer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (5) aus einem federelastischen Material besteht.
Mikroskopierfähige Strömungskammer nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (5) biegesteif am Strömungskammerkorpus (1) angeordnet ist.
Mikroskopierfähige Strömungskammer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (5) über ein Lager (9) drehgelenkig mit dem Strömungskammerkorpus (1) verbunden ist.
Mikroskopierfähige Strömungskammer nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (5) auf einer Federaufnahme (10) angeordnet ist und ein Federelement (4) eine Druckkraft auf den Hebel (5) ausübt.
Mikroskopierfähige Strömungskammer nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement im Besonderen aus einer Spiralfeder, einer Blattfeder, einem Schaumstoff, einem Gummi, einem elastischen Kunststoff, einem thermoelastischen Kunststoff oder einer beliebigen Kombination der genannten Federelemente besteht.
Mikroskopierfähige Strömungskammer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das die äußere Kontur des Strömungskammerkorpus (1) der inneren Kontur von handelsüblichen Zellkulturschalen (2) entspricht.
Mikroskopierfähige Strömungskammer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskammerkorpus aus transparentem Kunststoff, im Besonderen aus PMMA, PP, PVC, PU, PE oder PET oder aus Glas gefertigt ist.
Mikroskopierfähige Strömungskammer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft der Federelemente zwischen 0,1 N und 20 N liegt.
Mikroskopierfähige Strömungskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (3) in der Vertiefung (3) fixiert ist
Mikroskopierfähige Strömungskammer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (3) in der Vertiefung (3) kraftschlüssig und lösbar angeordnet ist.
Mikroskopierfähige Strömungskammer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (3) in den Strömungskammerkorpus (1) eingegossen ist.
Mikroskopierfähige Strömungskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung zur Aufnahme des Dichtungselements (3) eine kreisrunde Form mit einem inneren Radius von 0,5 cm bis 50 cm, eine Breite von 0,01 cm bis 10 cm sowie einer Tiefe zwischen 0,01 cm und 10 cm aufweist.
Mikroskopierfähige Strömungskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Korpus der Strömungskammer (1) eine Höhe zwischen 0,5 cm und 50 cm besitzt.
Mikroskopierfähige Strömungskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (3) aus einem federelastischen Material, insbesondere aus Kunststoff, Gummi, Teflon, oder einer beliebigen Kombination der genannten Materialen besteht.
Mikroskopierfähige Strömungskammer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Zellkulturschale (2) austauschbar ist.
Mikroskopierfähige Strömungskammer nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Zellkulturschale (2) und Hebel (5) eine austauschbare Adapterplatte zur Vergleichmäßigung des Anpressdrucks angeordnet ist.
Mikroskopierfähige Strömungskammer nach Anspruch 1, zur Verwendung in der in-vitro-Analyse oder in-vitro-Diagnostik von physiologischen oder pathologischen Vorgängen an Zelloberflächen.
Mikroskopierfähige Strömungskammer nach Anspruch 1, zur Verwendung in der in-vitro-Analyse von Substanzen, die geeignet sind, die physiologischen oder pathologischen Vorgänge an Zelloberflächen zu beeinflussen.