DE19631997C2 - Vorrichtung zur mikrogravitationstauglichen Prozessierung von Zellkulturen - Google Patents
Vorrichtung zur mikrogravitationstauglichen Prozessierung von ZellkulturenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur mikrogravitationstauglichen Prozes
sierung von Zellkulturen, die sich in einem gasdicht geschlossenen Standard-
Kulturgefäß befindet.
Aus Chem. Tech. (Heidelberg) 1993, 22, 10, Suppl. S. 74-75 ist bekannt, dass
Zellkulturen in den unterschiedlichsten technischen Gebieten (hier: Abluftrei
nigung) Anwendung finden.
Bei der Kultivierung von Zellen in Standardkulturgefäßen wie z. B. Petrischa
len erfolgt das Wachstum meist an der Oberfläche der Schale oder auf einem
(festen, gelartigen) Nährboden, z. B. Agar. Die Prozessierung der Kultur erfolgt
meist über einen Flüssigkeitstransfer.
Sollen in der bemannten oder unbemannten Raumfahrt derartige Experi
mente durchgeführt werden, so ist ein normales Pippetieren nicht möglich,
weil die Flüssigkeitstropfen nicht zu den Zellkulturen gelangen. In der be
mannten Raumfahrt verlangen die Sicherheitsanforderungen den herme
tischen Einschluß aller als gefährlich eingestuften Substanzen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung für die Zellkultivierung unter
Schwerelosigkeit zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Patentanspruch gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Sprühprozessierung von Zellkulturen
in Standard-Kulturgefäßen bringt unter Schwerelosigkeit folgende Vorteile:
- - Benetzung der Kulturen durch Besprühen ist unabhängig vom g-Vektor,
- - keine Probleme mit Lufteinschlüssen (Blasenbildung) an der Kultur wie bei der Immersion,
- - Funktion auch mit kleinen Medienvolumina gewährleistet,
- - durch geringere Medienvolumina auch geringere Verdrängung der Gasphase, keine Behälter für Abluft notwendig,
- - einfache Handhabung durch den Astronauten,
- - genaue Dosierung möglich.
Bei der Zellkultivierung von pathogenen Keimen und/oder toxischen Medien
in hermetisch abgeschlossenen (Standard-)Gefäßen ergeben sich folgende
Vorteile:
- - keine Probleme mit Lufteinschlüssen (Blasenbildung) an der Kultur wie bei der Immersion,
- - Funktion auch mit kleinen Medienvolumina gewährleistet,
- - durch geringere Medienvolumina auch geringere Verdrängung der Gasphase, keine Behälter für Abluft notwendig,
- - genaue Dosierung möglich,
- - auslaufsicher, kein Umkippen/Verschütten möglich,
- - Experimentieren mit pathogenen/toxischen Substanzen in normaler Laborumgebung,
- - preisgünstiges Pippetieren durch Einsatz kommerzieller Pumpzerstäuber,
- - basiert auf Standardbehältern, daher volle Übertragbarkeit der Ergebnisse.
Wird die erfindungsgemässe Vorrichtung als Fixierbehälter für Zellkulturen
und Gewebeteile zur gleichmäßigen Benetzung mit Fixativ verwendet, erge
ben sich folgende Vorteile:
- - Benetzung der Kulturen oder Gewebeteile durch Besprühen ist unabhängig vom g-Vektor,
- - keine Probleme mit Lufteinschlüssen (Blasenbildung) an der Kultur wie bei der Immersion,
- - Funktion auch mit kleinen Medienvolumina gewährleistet,
- - durch geringere Medienvolumina auch geringere Verdrängung der Gasphase, keine Behälter für Abluft notwendig,
- - Experimentieren mit pathogenen/toxischen Substanzen in normaler Laborumgebung,
- - preisgünstiges Pippetieren durch Einsatz kommerzieller Pumpzerstäuber.
Beim Gegenstand der Erfindung verhindert die fehlende Gravitation ein nor
males Pippetieren und die Sicherheitsanforderungen der bemannten Raum
fahrt verlangen den hermetischen Einschluß aller als gefährlich eingestuften
Substanzen. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht einerseits ein
gleichmässiges Benetzen der Kulturfläche und es kann mit sehr geringen Vo
lumina gearbeitet werden. Dies ermöglicht es, Flüssigkeiten in ein hermetisch
geschlossenes Gefäß einzusprühen bei einem nur geringen Anstieg des In
nendrucks. Die Vorrichtung kann auch zur Fixierung von Geweben wie z. B.
Pflanzenteilen verwendet werden, wie es in Raumfahrtexperimenten ebenfalls
vorkommt.
Die Vorteile der Vorrichtung können auch in der terrestrischen Forschung zum
Tragen kommen, vor allem beim Arbeiten mit pathogenen/toxischen
Substanzen. Ein Bereich, der mit der Weiterentwicklung die Biotechnologie
(z. B. Genmanipulationen) immer wichtiger wird.
Die Erfindung wird anhand von Figur näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Prinzip Sprühbenetzung der Kulturfläche mit flüssigen Medien,
Fig. 2 Drehbewegung des Deckels inclusive Sprühkopf zur Benetzung
großer Flächen in Abhängigkeit vom Sprühwinkel,
Fig. 3 mit Prozeßflüssigkeit vorbefüllte Pumpflaschen,
Fig. 4 Prinzip Pumpflasche und Schnittstelle Pumpflasche/Prozeßkammer,
Fig. 5 Gesamtkonfiguration einer hermetisch abgedichteten Prozeß
kammer mit kommerziellen Petrischalen als Kulturboden,
Fig. 6 Gesamtkonfiguration einer hermetisch abgedichteten Prozeß
kammer mit Agar als Nährboden,
Fig. 7 Gasaustausch während des Kultivierung über Porenmembrane,
Fig. 8 Gasaustausch während des Kultivierung über Gewindedurchbruch.
Der Gegenstand der Erfindung besteht aus der Kombination von einem
Pumpzerstäuber 3 mit einem Standard-Kulturgefäß 1, z. B. Petrischale. Eine
Pumpflasche 2 ist über die Schnittstelle Pumpkopf/Sprühkopf 10 an den
Deckel der Schale mit Sprühkopf 4 gekoppelt. Durch eine Relativbewegung
von Pumpflasche 2 und Pumpkopf 18 (Pumpbewegung 8) wird ein Sprüh
nebel 6 erzeugt. Dieser ist "airless", das heißt es wird keine Luft mitbefördert.
Die Ausbreitung des Sprühnebels hängt u. a. vom Öffnungswinkel des Sprüh
kopfes 4 ab.
Aufgrund der geometrischen Verhältnisse einer Petrischale ergibt sich je nach
Winkel und Durchmesser der Schale eventuell die Notwendigkeit, die be
netzte Fläche durch mehrmaliges Sprühen zu vergrößern. Dazu kann der
Deckel durch eine Drehbewegung 14 in mehrere Positionen gebracht wer
den.
Das Ankoppeln der Pumpflasche mit vorbefüllten Medien erfolgt über ein Ka
nülen/Septen Interface. Die Kanüle 16 ist mit einem Kontaminationsschutz 20
versehen, der die Kanüle erst beim Eindringen ins Septum 22 freigibt. Nach
dem Durchstoßen des Septums erfolgt die Ankopplung an die Düse 24. Die
vorbefüllten Flüssigkeiten in den Pumpflaschen befinden sich in einem Me
dienbeutel 28, dadurch erfolgt die Ansaugung über den Saugrüssel 26 im
mer blasenfrei; auch bei Überkopfbetrieb oder unter Schwerelosigkeit.
Das Gehäuse ist auf die jeweilige Standard-Kulturschale 1 abgestimmt. Bei
der Verwendung von Petrischalen wird das kommerziell erhältliche Unterteil
zwischen einen transparenten Deckel 30 und eine transparente Gehäuse
schale 32 verschraubt. Die Abdichtung erfolgt über einen O-Ring 34. Durch
die Verwendung der kommerziellen Petrihalbschale kann die spezielle Ober
fläche der Schale verwendet werden. Ist dies nicht wichtig, z. B. bei der Ver
wendung von Agar als Nährboden 38, kann das Gehäuse auch ohne Petri
schale verwendet werden.
Der zur Kultivierung oft notwendige Gasaustausch mit der Umgebung kann
über zwei Methoden Fig. 7 und 8 erfolgen. Bei Fig. 7 erfolgt der Gasfluß 40
über eine Porenmembrane 12. Das Volumen bleibt für Flüssigkeiten stets her
metisch abgeschlossen. Bei Fig. 8 wird auch eine Abdichtung für Gase er
reicht, sobald der Deckel über eine Drehbewegung fest mit dem Unterteil ver
schraubt wird. Der Gasfluß 42 kann nur vor der Prozessierung, z. B. Fixierung
erfolgen. Dazu erfolgt die Verschraubung der Halbschalen über ein spezielles
Gasaustauschgewinde 46 mit Gewindedurchbrüchen. Die Hubbewegung des
Deckels beim Aufschrauben um ca. 1/2 Umdrehung führt zur Freigabe des
Gasflusses 42.
Claims (1)
1. Vorrichtung zur mikrogravitationstauglichen Prozessierung von Zellkulturen,
die sich in einem gasdicht geschlossenen Standard-Kulturgefäss befinden,
das aus einer Schale und einem Deckel besteht, dadurch gekennzeich
net, dass im Deckei ein Sprühkopf und ein Druckausgleichselement vorhan
den sind und der Sprühkopf mit einer ausserhalb des Kulturgefässes befindli
chen Pumpflasche mittels eines Rohres oder einer Schlauchleitung verbun
den ist.
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1996
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