DE19822827A1

DE19822827A1 - Procedure for performing a measurement of the interaction of chemicals with cells

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Publication number: DE19822827A1
Application number: DE1998122827
Authority: DE
Inventors: Thomas Noll; Heinz Muehlensiepen; Markus Cremer; Manfred Papaspyrou; Karl-Josef Langen; Markus Holschbach; Ralf Engels; Richard Reinartz; Kurt Hamacher; Manfred Biselli
Original assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1998-05-20
Filing date: 1998-05-20
Publication date: 2001-01-18
Also published as: EP1078039A2; WO1999060094A2; JP2002515589A; WO1999060094A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Interaktion von Chemikalien mit Zellen in einem Reaktor, z. B. einem Festbettreaktor oder einem Wirbelschichtreaktor. Dabei wird ein Signal gemessen, welches von einer der bei der Interaktion betroffenen Komponenten produziert wird. Das Signal ist dazu geeignet, von einem Detektionsprogramm außerhalb des Reaktors erfaßt zu werden. Geeignete Signale werden von Radiotracern produziert oder von fluoreszierenden Verbindungen. DOLLAR A Die Komponente, welche das Signal produziert, kann die Chemikalie selbst sein, in welchem Fall es sich um die Untersuchung der pharmakokinetischen Eigenschaften der Chemikalie handeln kann. Eine solche Untersuchung erlaubt nämlich die Erfassung, ob die Chemikalie in die Zellen aufgenommen wird, ob sie von den Zellen metabolisiert wird und gegebenenfalls, ob sie von den Zellen ausgeschieden wird. DOLLAR A Eine weitere Möglichkeit betrifft die Untersuchung eines Einflusses der Chemikalie auf Vorgänge innerhalb der Zelle. In einer solchen Untersuchung muß eine Markierung einer bei dem Vorgang involvierten Verbindung vorgenommen sein. DOLLAR A Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Vorrichtung umfaßt einen Reaktor zur Aufnahme von Zellen, ein Umlaufsystem, Kontrollorgane zur Überwachung der Zusammensetzung des Mediums, eine Anordnung zur Begasung des Mediums, einen Eingang für die Chemikalie und mindestens ein Detektionssystem zur Erfassung der ...The invention relates to a method for determining the interaction of chemicals with cells in a reactor, for. B. a fixed bed reactor or a fluidized bed reactor. A signal is measured, which is produced by one of the components involved in the interaction. The signal is suitable for being detected by a detection program outside the reactor. Suitable signals are produced by radio tracers or by fluorescent compounds. DOLLAR A The component that produces the signal can be the chemical itself, in which case it can be the study of the chemical's pharmacokinetic properties. Such an investigation allows the detection of whether the chemical is absorbed into the cells, whether it is metabolized by the cells and, if applicable, whether it is excreted by the cells. DOLLAR A Another possibility concerns the investigation of an influence of the chemical on processes within the cell. In such an investigation, a connection involved in the process must be marked. DOLLAR A The invention also relates to a device for carrying out the method according to the invention. The device comprises a reactor for receiving cells, a circulation system, control elements for monitoring the composition of the medium, an arrangement for gassing the medium, an inlet for the chemical and at least one detection system for detecting the ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer Messung der Interaktion von Chemikalien mit Zellen wobei die Zellen in einem Reaktor enthalten sind. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sowie dessen Verwendung.The invention relates to a method for carrying out a measurement of the interaction of Chemicals with cells where the cells are contained in a reactor. The invention also relates to a device for performing the method and its use.

Interaktionen von Chemikalien mit Zellen werden in der biologischen Forschung häufig gemessen. Das Augenmerk solcher Untersuchungen kann unterschiedlich sein. Einerseits werden solche Untersuchungen vorgenommen, um festzustellen, ob Chemikalien eine bestimmte Wirkung auf die Zellen ausüben. Es kann sich dabei um eine pharmakologische Wirksamkeit handeln, wenn das Ziel der Untersuchungen das Auffinden neuer Wirkstoffe ist, es kann sich aber auch um die Feststellung einer toxischen Eigenschaft handeln. Beide Typen von Messungen werden im Rahmen eines Substanzscreenings anfallen, wo es immer auf einem bestimmten Verhältnis der Wirksamkeit im Vergleich zur Toxizität ankommt.Interactions of chemicals with cells are common in biological research measured. The focus of such investigations can vary. On the one hand such tests are carried out to determine whether chemicals are have a certain effect on the cells. It can be a pharmacological Act effectiveness if the goal of the investigations is to find new active substances, however, it can also involve the detection of a toxic property. Both types of measurements will be made as part of a substance screening, wherever it is on a certain ratio of effectiveness compared to toxicity arrives.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist die Erfassung der pharmakokinetischen Eigenschaften einer Chemikalie. Auch die pharmakokinetischen Eigenschaften von Chemikalien müssen im Rahmen einer Produktentwicklung untersucht werden, wenn beabsichtigt ist das Produkt am Menschen oder bei Tieren anzuwenden. Im Rahmen der Untersuchung pharmakokinetischer Eigenschaften werden die Absorption der Chemikalie, seine Verteilung im Körper, sein Metabolismus und seine Ausscheidung erfaßt. Was sich im Zellsystem hervorragend untersuchen läßt, ist die Aufnahme der Chemikalie in bestimmte Zellen, ihre Verstoffwechselung in diese Zellen und ihre Ausscheidung durch diese Zellen.Another application is the detection of pharmacokinetic Properties of a chemical. The pharmacokinetic properties of Chemicals must be investigated as part of product development if the product is intended to be used on humans or animals. As part of the Investigating pharmacokinetic properties will include absorption of the chemical, its distribution in the body, its metabolism and its excretion are recorded. What happens in Excellent examination of the cell system is the inclusion of the chemical in certain Cells, their metabolism into these cells and their excretion by these cells.

Die biologische Aktivität von Chemikalien wird letzlich am Tier erfaßt. Ein großer Vorteil von Versuchen in Zellsystemen stellen jedoch ihre bessere Standardisierung, ihre Einfachheit und ihre geringeren Kosten dar. Versuche am Tier werden nicht nur erschwert durch gesetzliche Regelungen, sie sind immer teuer und aufwendig und die Widerstand in der Bevölkerung gegen solche Versuche nimmt ständig mehr zu.The biological activity of chemicals is ultimately recorded in animals. A big advantage of However, attempts in cell systems represent their better standardization, simplicity and their lower costs represent. Experiments on animals are not only complicated by legal Regulations, they are always expensive and complex and the resistance against them in the population such attempts keep increasing.

Aus diesem Grund ist es begrüßenswert und notwendig, die Möglichkeit zu haben, die Eigenschaften von Chemikalien in einem Prüfverfahren ohne Verbrauch von Tieren zu screenen. Wenn auch solche Prüfverfahren die Tierversuche nie gänzlich ersetzen werden, ist ihr großer Vorteil bereits dadurch begründet, daß sie als Vorscreening in der ersten Phase der Entwicklung von Chemikalien die Durchführung vieler Tierversuche überflüssig machen werden.For this reason, it is to be welcomed and necessary to have the opportunity to Properties of chemicals in a test procedure without consuming animals too screen. Even if such test methods will never completely replace animal testing Its great advantage is already due to the fact that it is used as a pre-screening in the first phase of the Development of chemicals make many animal experiments unnecessary become.

Versuche zur Durchführung von Messungen bezüglich der Interaktion von Chemikalien mit Zellen sind im Stand der Technik bekannt.Attempts to take measurements of the interaction of chemicals with Cells are known in the art.

So beschreibt die P 195 37 033.3 die Durchführung von Messungen an Zellen in einem Reaktor zu Erfassung von pharmakokinetischen und toxikokinetischen Eigenschaften. Als Reaktor wird ein Wirbelschichtreaktor verwendet welche blasenfrei begast wird. Die Zellen sind an Trägerkörpern angelagert. Mit diesem Verfahren ist es grundsätzlich möglich, eine Reiht von Fragestellungen aufzuklären. Das Verfahren zeigt sich durch gute Anwendbarkeit aus. Nachteilig bei dem bekannten Verfahren war jedoch die Tatsache, daß es gemäß diesem Verfahren vorgesehen war, eine off-line-Erfassung der Daten vorzunehmen, d. h. es war erforderlich dem Reaktor regelmäßig Proben zu entnehmen, damit die Effekte der Chemikalie auf die Zellen erfaßt wurden.P 195 37 033.3 describes how measurements are carried out on cells in one Reactor for recording pharmacokinetic and toxicokinetic properties. As A fluidized bed reactor is used which is gassed without bubbles. The cells are attached to carrier bodies. With this procedure it is basically possible to get a Ranks of questions to clarify. The method is easy to use out. A disadvantage of the known method, however, was the fact that it is according to this The procedure was to carry out an off-line collection of the data, i. H. it was required to regularly take samples from the reactor to avoid the effects of the chemical on the cells were detected.

Eine ständige Entnahme von Proben zur Erfassung von Daten ist in mancher Hinsicht problematisch. Eine Entnahme von Material aus dem Reaktor führt zu einer Veränderung im System, wenn eine häufige Entnahme erforderlich ist, kann diese Veränderung sogar erheblich sein. Außerdem führt diese Art von Erfassung zu einer gewissen Verzögerung im Verfahren. Wenn es erforderlich ist, anhand der erfaßten Meßwerte Veränderungen im System vorzunehmen, etwa durch eine Zugabe der Chemikalie, kann diese Veränderung frühestens nach Bestimmung des jeweiligen Meßwertes gemacht werden. Diese Trägheit ist grundsätzlich von Nachteil. Auch die Tatsache, daß überhaupt Messungen durchgeführt werden müssen, ist unerwünscht. Messungen binden Material und Personal und sind für die Etablierung von Verfahren im Routinescreening unerwünscht.A constant taking of samples to collect data is in some ways problematic. Removal of material from the reactor leads to a change in the System, if frequent removal is required, this change can even be significant his. In addition, this type of detection leads to a certain delay in the procedure. If necessary, changes in the system based on the measured values recorded This change can be made at the earliest, for example by adding the chemical after determining the respective measured value. This sluggishness is fundamental disadvantageous. The fact that measurements have to be carried out at all is also undesirable. Measurements tie up material and personnel and are essential for the establishment of Routine screening procedures undesirable.

Es war die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, daß die Nachteile des Standes der Technik nicht besaß und durch eine einfachere Erfassung von Meßdaten besser in einem Screeningsystem einpaßbar ist. It was the object of the present invention to provide a method that did not have the disadvantages of the prior art and by a simpler detection of Measurement data can be better fitted in a screening system.

Es war eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mit welcher sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen läßt.It was another object of the present invention to provide an apparatus ask with which the inventive method can be carried out.

Die erstgenannte Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.The first-mentioned task is accomplished by a method with the characteristic features of the Main claim solved.

Das Verfahren bezieht sich ganz allgemein auf die Interaktion von einer Chemikalie mit Zellen. Das Verfahren ist damit ausdrücklich nicht auf eine bestimmte Interaktion beschränkt.The process relates generally to the interaction of a chemical with cells. The method is therefore expressly not restricted to a specific interaction.

Es ist somit im Rahmen des Verfahrens möglich, einer Wirkung der Zellen auf die Chemikalie zu erfassen. Das beinhaltet somit eine Aufnahme der Chemikalie in die Zellen, eine Umwandlung der Chemikalie in der Zelle und eine Ausscheidung der veränderten oder unveränderten Chemikalie durch die Zellen. Diese Wirkung der Zelle auf die Chemikalie betrifft Vorgänge, welche sich allgemein unter pharmakokinetischen Untersuchungen subsumieren lassen.It is therefore possible within the scope of the method to have an effect on the cells to capture the chemical. This means that the chemical is included in the Cells, a conversion of the chemical in the cell and an excretion of the modified or unchanged chemical through the cells. This effect of the cell on the chemical affects processes that are common among pharmacokinetic studies subsume.

Andererseits bietet das System die Möglichkeit, die Auswirkung der Chemikalie auf die Zellen des Prüfsystems zu untersuchen. Eine solche Interaktion wird häufig als Verschlechterung der Zustand der Zellen beobachtet. Eine direkte lethale Wirkung der Chemikalie auf die Zellen wird üblicherweise als toxische Wirkung zu werten sein, es sei denn, die Zellen im Prüfsystem sind geradezu Targetzellen für einen gewünschten Angriff durch die Chemikalie wie etwa bei Tumorzellen, in welchem Fall die lethale oder toxische Wirkung erwünscht ist. Es sei jedoch daraufhin zu weisen, daß diese Art der Interaktion ebenfalls eine Beeinflussung biochemischer Vorgänge innerhalb der Zelle umfaßt, wobei die biochemischen Vorgänge Effekte auf dem Niveau der Proteinsynthese, der DNA-Synthese oder der RNA-Synthese darstellen können.On the other hand, the system offers the possibility of the impact of the chemical on the cells of the test system. Such interaction is often called worsening Condition of the cells observed. A direct lethal effect of the chemical on the cells will usually be considered a toxic effect unless the cells in the test system are virtually target cells for a desired attack by the chemical, such as in Tumor cells, in which case lethal or toxic effects are desired. However, it is to point out that this type of interaction also affects biochemical Processes within the cell include, the biochemical processes effects on the Level of protein synthesis, DNA synthesis or RNA synthesis can represent.

Das Verfahren wird in einem Reaktor durchgeführt. Ein Reaktor ist die allgemeine Bezeichnung eines die Zellen umfassenden Gefäßes. Je nach Anordnung der Zellen im Reaktor wird dieser unterschiedlich bezeichnet. So kann das Verfahren sowohl mit einem Wirbelschichtreaktor (auch Fließbettreaktor genannt) wie mit einem Festbettreaktor durchgeführt werden. Diese Möglichkeiten werden nachher im Rahmen der Beschreibung näher spezifiziert. Auch andere Anordnungen können durchaus in Betracht kommen. The process is carried out in a reactor. A reactor is the general one Name of a vessel encompassing the cells. Depending on the arrangement of the cells in the reactor this is called differently. The method can be used with both Fluidized bed reactor (also called a fluidized bed reactor) as with a fixed bed reactor be performed. These options will be discussed later in the description specified in more detail. Other arrangements can also be considered.

Der Reaktor ist nicht auf ein bestimmtes Format beschränkt. Bevorzugt wird ein Reaktor mit einem Gesamtvolumen von etwa 50 ml, aber auch andere Abmessungen kommen in Betracht.The reactor is not limited to a particular format. A reactor is preferred with a total volume of about 50 ml, but other dimensions are also possible.

Ist der Reaktor ein Wirbelschichtreaktor, so ist das erfindungsgemäße Verfahren sehr gut mit dem in der P 195 37 033.3 beschriebenen Reaktor durchführbar. Ein solcher bevorzugter Reaktor weist ein Gesamtvolumen von etwa 50 ml auf. Der Reaktor ist am unteren Ende konisch verjüngt und der Durchmesser dieses Ende entspricht dem Durchmesser einer Leitung welche diesem Ende zugeordnet ist. Das Reaktorrohr besitzt einen Durchmesser von ca 10- 20 mm bei einem Öffnungswinkel von ca. 25°.If the reactor is a fluidized bed reactor, the process according to the invention is very good with the reactor described in P 195 37 033.3 can be carried out. Such a preferred The reactor has a total volume of approximately 50 ml. The reactor is at the bottom tapered and the diameter of this end corresponds to the diameter of a pipe which is associated with this end. The reactor tube has a diameter of approx. 10- 20 mm with an opening angle of approx. 25 °.

Auch für die genaue Anordnung der Zellen im Reaktor gibt es mehrere Möglichkeiten. Die Zellen können als Zellkultur eingesetzt werden, wobei sie frei in einem geeigneten flüssigen Medium vorliegen. Die biologische Fachliteratur verschafft dem Fachmann ausreichend Information, wie er in bezug auf die Einrichtung einer Zellkultur vorzugehen hat.There are also several options for the exact arrangement of the cells in the reactor. The Cells can be used as cell culture, free in a suitable liquid Medium. The specialist literature provides the specialist with sufficient information Information on how to proceed with the establishment of a cell culture.

Besonders bewährt hat sich jedoch eine Ausführungsform, bei welcher die Zellen nicht frei vorliegen, sondern sich an Trägerpartikeln angesiedelt haben und sie somit an diesen Trägerpartikeln als festen Partikeln immobilisiert sind. Diese Ausführungsform, welche z. B. in der P 195 37 033.3 beschrieben wird, führt zu überraschend hohen Zelldichten.However, an embodiment in which the cells are not free has proven particularly useful are present, but have settled on carrier particles and thus on them Carrier particles are immobilized as solid particles. This embodiment, which, for. B. in P 195 37 033.3 is described leads to surprisingly high cell densities.

Wenn ein Reaktor mit einem Volumen von 50 ml verwendet wird, wird bevorzugt mit einer Trägermenge von 20 bis 25 ml Schüttvolumen gearbeitet. Auf dieser Menge Trägermaterial können 1 bis 5 g Zellen immobilisiert werden. Das Verfahren kann zu einer sehr holen Zelldichte führen: pro ml Träger werden Zelldichten zwischen 5 . 10⁷ und 10⁸ Zellen erreicht. Die Dichte welche bei diesem Verfahren erreicht werden ist der natürlichen Situation wesentlich näher wie die früheren in-vitro-Verfahren.If a reactor with a volume of 50 ml is used, it is preferred to work with a carrier amount of 20 to 25 ml bulk volume. 1 to 5 g of cells can be immobilized on this amount of carrier material. The procedure can lead to a very flawed cell density: cell densities between 5. 10 ⁷ and 10 ⁸ cells reached. The density achieved with this method is much closer to the natural situation than the previous in vitro methods.

Das Verfahren ist nicht auf bestimmte Zellen beschränkt. Der Auswahl wird primär von der Einsetzbarkeit im Verfahren bedingt sein, weil nicht unbedingt alle Zelltypen für eine Anwendung in einer freien Zellkultur und ebenso nicht gemäß der bevorzugten Ausführungsform für eine Ansiedlung an Trägermaterial geeignet sein.The method is not limited to specific cells. The selection is primarily made by the Applicability in the process may be conditional, because not all cell types are necessarily for one Use in a free cell culture and also not according to the preferred one Embodiment may be suitable for a settlement on carrier material.

Durchführbar ist das Verfahren sehr gut mit tierischen oder menschlichen Leber- oder Nierenzellen, eine Auswahl, welche speziell im Rahmen von pharmakokinetischen Untersuchungen äußerst sinnvoll ist. Auch eine Anwendung mit Tumorzellen wird bevorzugt, speziell im Rahmen von Untersuchungen, welche sich auf ein Screening nach antikanzerogenen Verbindungen richten. Im allgemeinen kann behauptet werde, daß Zellen, mit welchen das erfindungsgemäße Verfahren nicht durchgeführt werden kann, z. Z. nicht bekannt sind.The method can be carried out very well with animal or human liver or Kidney cells, a selection that is specifically used in pharmacokinetic Investigations is extremely useful. Use with tumor cells is also preferred, especially in the context of investigations that focus on screening for anti-carcinogenic Straighten connections. In general it can be said that cells with which the inventive method can not be carried out, for. Z. are not known.

Die festen Partikeln sind nicht an einer bestimmten Ausführungsform gebunden. Auch in bezug auf diese feste Partikeln gibt es eine beliebige Variation an Möglichkeiten. Einzige Bedingung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahren ist die Voraussetzung, daß die festen Partikeln im ausgewählten flüssigen Medium nicht löslich sind. Ansonsten ist bei dem Material der Partikeln und bei deren genauen Geometrie lediglich auf deren Zweck im Verfahren zu achten. Im Rahmen der Erfindung wird es sicherlich eine bevorzugte Variante darstellen, von mehr oder weniger kugelförmige Partikeln auszugehen. Diese bieten eine relativ große Oberfläche, lassen sich hervorragend zu einer Packung stapeln und erlauben trotzdem einen ungestörten Durchfluß von flüssigem Medium.The solid particles are not bound to any particular embodiment. Also in there are any number of possibilities with regard to these solid particles. Only one The condition for carrying out the method according to the invention is that the solid particles are not soluble in the selected liquid medium. Otherwise is with the material of the particles and their exact geometry only on their purpose in Procedure to be followed. In the context of the invention it will certainly be a preferred variant represent starting from more or less spherical particles. These offer one relatively large surface area, can be stacked and allowed in a package nevertheless an undisturbed flow of liquid medium.

Selbstverständlich betrifft die Möglichkeit, das Verfahren mittels eines Festbettes oder eines Wirbelschichts auszuführen, gleichermaßen die freischwebenden Zellen wie die an festen Partikeln anhaftenden Zellen.Of course, the possibility relates to the method using a fixed bed or Perform fluidized bed, the free-floating cells as well as those on solid Particles adhering cells.

Wie nachher im Rahmen der Ausführungsbeispiel näher erörtert wird, ist es eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, es im Rahmen der Kultivierung von menschlichen Körperzellen zu verwenden. Bei solchen Versuchen haben sich bestimmte Partikeln als äußerst gut verwendbar gezeigt. Besonders zweckmäßig sind poröse Wirbelkörper mit 200-1500 µm Durchmesser und einer Dichte von mindestens 1,1 kg/l, deren Poren mit Medium gefüllt sind.As will be discussed later in the context of the embodiment, it is a preferred one Embodiment of the method according to the invention, it as part of the cultivation of to use human body cells. Certain attempts have been made in such attempts Particles shown to be extremely useful. Porous are particularly useful Vertebral bodies with a diameter of 200-1500 µm and a density of at least 1.1 kg / l, whose Pores are filled with medium.

Zunächst wurden günstige Erfahrungen mit Siran®-Kugeln (Firma Schott, Mainz) gemacht. Solche Siran®-Kugeln sind poröse Glasträger mit etwa 50% Porosität und einer Korngröße von 200-1500 µm, vorzugsweise von 400-700 µm. Die Glasträger können vor dem Einsatz im Verfahren mit einer verdünnten Gelatinelösung vorbehandelt werden. Die Siran®-Kugeln haben sich in Versuchen mit menschlichen oder tierischen Zellen immer wieder durch ihre hervorragenden Eigenschaften in bezug auf Haftung und Stabilität ausgezeichnet. First, favorable experiences were made with Siran® balls (from Schott, Mainz). Such Siran® balls are porous glass carriers with about 50% porosity and a grain size from 200-1500 µm, preferably from 400-700 µm. The glass supports can be used pretreated with a diluted gelatin solution. The Siran® balls have repeatedly tried their way through experiments with human or animal cells excellent properties in terms of adhesion and stability.

Eine weitere Variante welche ebenfalls bevorzugt im Rahmen von Untersuchungen mit Zellmaterial zur Anwendung kommt sind Kollagenmikroträger. Auch diese Träger sind in verschiedenen Größen und Ausführungen verfügbar. Kollagenmikroträger zeigen ähnlich gute Eigenschaften im Versuch, weisen im Vergleich zu den Glaskugeln eine besondere Eigenschaft auf, welche ihnen je nach Bedarf einen entscheidenden Vorteil verschaffen kann. Es kommt nämlich häufig bei der Anwendung von Partikeln mit angehafteten Komponenten vor, daß gewünscht wird, diese Komponenten am Ende der Reaktion zurückzugewinnen, mit dem Ziel eines erneuten Einsatzes oder einer anschließender Weiterbearbeitung. Bei solchen Kultivierungen stellen die angewachsenen Zellen den Zweck des Versuches dar und ist es somit unumgänglich sie von den Partikeln, wie z. B. den Siran®-Kugeln oder den Kollagenmikroträgern zu lösen. Gerade dann zeigt sich der Vorteil der letztgenannten Partikeln, weil man die Kollagenmikroträgern einfach in einem eine Kollagenase enthaltenden System überführen kann, mit der Folge, daß die Träger sich auflösen und die Zellen welche von dem Enzym nicht angegriffen werden aus der Lösung isoliert werden können.Another variant which is also preferred in the context of investigations with Cell material is used as collagen microcarriers. These carriers are also in different sizes and designs available. Collagen microcarriers show similarly good results Properties in the experiment have a special property compared to the glass spheres which can give them a decisive advantage depending on their needs. It is coming namely, often when using particles with attached components that it is desired to recover these components at the end of the reaction, with the aim renewed use or subsequent processing. In such Cultures represent the purpose of the trial and are therefore the grown cells inevitable they from the particles such. B. the Siran® balls or To solve collagen microcarriers. Then the advantage of the latter becomes apparent Particles because the collagen microcarriers are simply in a collagenase containing System can transfer, with the result that the carrier dissolve and the cells which of the enzyme cannot be attacked can be isolated from the solution.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einem flüssigen Medium durchgeführt. Die Bedingungen im Reaktor, wie etwa die Zusammensetzung des Kulturmediums, die Temperatur, die Art der Begasung, usw. sind zu jedem Zelltyp einzeln zu bestimmen und zu optimieren. Die optimierten Reaktionsbedingungen sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt automatisch zu regulieren.The process according to the invention is carried out in a liquid medium. The Conditions in the reactor, such as the composition of the culture medium, the The temperature, the type of fumigation, etc. must be determined and assigned to each cell type individually optimize. The optimized reaction conditions are in the case of the invention Process preferred to regulate automatically.

Es stellt ein besonderes Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens dar, daß eine der bei der Interaktion zwischen der Chemikalie und den Zellen betroffenen Komponenten eine ein Signal produzierende Komponente darstellt. Eine solche Komponente wird bei der Interaktion zwischen der Chemikalie und den Zellen direkt oder indirekt beeinflußt.It is a special feature of the method according to the invention that one of the Interaction between the chemical and the cells involved in a signal producing component. One such component is the interaction directly or indirectly affected between the chemical and the cells.

Die Komponente kann somit die Chemikalie selber sein, so z. B. wenn es das Augenmerk der Untersuchung ist, festzustellen, ob die Chemikalie überhaupt von den Zellen beeinflußt wird. Es wird häufig die Information verlangt werden, ob die Chemikalie von der Zelle aufgenommen wird. Die Erkenntnis, daß eine bestimmte Chemikalie von bestimmten Zellen nicht aufgenommen wird, kann eine erhebliche Bedeutung haben. Auch die Erfassung eines zeitlichen Verlaufs der intrazellulären Konzentration einer Chemikalie kann bedeutende Aufschlüsse in bezug auf Wirksamkeit oder Nebenwirkungen von Chemikalien verschaffen. The component can thus be the chemical itself, e.g. B. if it is the focus of attention Investigation is to determine whether the chemical is affected by the cells at all. Information will often be requested as to whether the chemical is from the cell is recorded. The realization that a certain chemical is made by certain cells not included can be of considerable importance. Even capturing one time history of the intracellular concentration of a chemical can be significant Provide information about the effectiveness or side effects of chemicals.

Die Komponente kann aber genausogut nicht die Chemikalie selbst sondern eine andere Komponente sein, wenn es z. B. das Augenmerk der Untersuchung ist, festzustellen, ob bestimmte intrazelluläre Abläufe in Anwesenheit der Chemikalie verändert werden. Es kann hierbei z. B. untersucht werden, ob die Chemikalie eine Veränderung der Proteinsynthese ganz allgemein, oder der Synthese eines bestimmten Proteins oder der Synthese des Erbmaterials oder der Teilung der Zelle bewirkt. Wenn es eine Untersuchung in bezug auf die Proteinsynthese betrifft, wird die betroffene Komponente möglicherweise eine bestimmte Aminosäure oder zwei Aminosäuren sein, wenn es jedoch eine Untersuchung in bezug auf eine Veränderung der DNA- oder RNA-Synthese betrifft, wird möglicherweise eine der Bestandteile der DNA oder RNA als betroffene Komponente verwendet werden. Wenn wiederum ein anderer Vorgang untersucht wird, können noch andere Komponenten Gegenstand der Untersuchung sein. Es hängt somit von der Fragestellung bei der Untersuchung ab, welche Komponente im einzelnen Gegenstand der Untersuchungen wird.However, the component can just as well not be the chemical itself, but another Component if it is e.g. B. The focus of the investigation is to determine whether certain intracellular processes are changed in the presence of the chemical. It can here z. B. be examined whether the chemical is a change in protein synthesis entirely general, or the synthesis of a particular protein or the synthesis of the genetic material or the division of the cell. If there is an investigation into the Concerning protein synthesis, the affected component may be a specific one Amino acid or two amino acids, however, if there is an investigation into one Changes in DNA or RNA synthesis may be one of the Components of DNA or RNA can be used as the affected component. If yet another process being examined may include other components To be the subject of the investigation. It therefore depends on the question at the Investigation of which component is the subject of the investigations in the individual.

Die betroffene Komponente welche Gegenstand der Untersuchung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist, muß eine ein Signal produzierende Komponente sein. Durch dieses produzierte Signal ist der Untersucher in der Lage, zu erfassen, ob eine Interaktion zwischen Chemikalie und Zellen erfolgt und wie sich diese Interaktion auswirkt.The affected component which is the subject of the investigation according to the is the inventive method, must be a signal producing component. By this signal produced is the examiner's ability to detect whether an interaction between chemical and cells and how this interaction works.

Das von der betroffenen Komponente produzierte Signal kann ein beliebiges Signal sein. Bedingung ist lediglich, daß ein solches Signal produziert wird und seine Erfassung durch ein Detektionssystem außerhalb des Reaktors erfolgen kann. Ein solches Signal kann z. B. radioaktive Strahlung sein, wenn bei der Durchführung des Verfahrens einen Radiotracer verwendet wird. Eine weitere Möglichkeit betrifft Fluoreszenzstrahlung wenn bei der Durchführung des Verfahrens eine fluoreszierende Komponente eingesetzt wird. Im Rahmen von Untersuchungen welche sich mit dem Einfluß der Zelle auf die Chemikalie befassen, also Untersuchungen mit einem pharmakokinetischen Hintergrund, kann die Chemikalie als betroffene Komponente markiert mit einem radioaktiven Isotop angeboten werden. Die von dem radioaktiven Isotop produzierte Strahlung kann durch einen entsprechenden Radioaktivitätsdetektor außerhalb des Reaktors erfaßt werden. Eine unterschiedliche radioaktive Markierung kann verwendet werden. Für die Auswahl der betreffenden Markierung in der Untersuchung kann aus dem vorhandenen Angebot ausgewählt werden. Die Auswahl wird natürlich dadurch beeinflußt werden, welche Markierungen überhaupt für die beabsichtigte Untersuchung verfügbar oder verwendbar sind. Darüberhinaus gibt es jedoch weitere praktische Überlegungen. Kurzlebige radioaktive Verbindungen haben bei der Durchführung der Versuche gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eindeutige Vorteile, weil es mit solchen Verbindungen mit wesentlich weniger Aufwand möglich ist, in relativ kurzen Abständen in dem gleichen Reaktor separate Versuche durchzuführen. Es stellt sich in bezug auf Reinigung, Entsorgung und Reststrahlung somit sehr vorteilhaft dar, solche kurzlebige Strahler zu verwenden. Als solche kurzlebige Strahler kommen z. B. ¹⁸F und ¹⁸O in Betracht. Demgegenüber stellen z. B. Untersuchungen mir ¹⁴C eindeutige Nachteile dar.The signal produced by the affected component can be any signal. The only requirement is that such a signal is produced and that it can be detected by a detection system outside the reactor. Such a signal can e.g. B. be radioactive radiation if a radiotracer is used in carrying out the method. Another possibility relates to fluorescent radiation if a fluorescent component is used when carrying out the method. In the context of studies which deal with the influence of the cell on the chemical, that is to say studies with a pharmacokinetic background, the chemical can be offered as an affected component labeled with a radioactive isotope. The radiation produced by the radioactive isotope can be detected by an appropriate radioactivity detector outside the reactor. A different radioactive label can be used. For the selection of the relevant marking in the examination, one can choose from the available offer. The selection will of course be influenced by which markings are available or usable for the intended examination. However, there are other practical considerations. Short-lived radioactive compounds have clear advantages when carrying out the tests according to the method according to the invention, because with such compounds it is possible to carry out separate tests at relatively short intervals in the same reactor with considerably less effort. In terms of cleaning, disposal and residual radiation, it is therefore very advantageous to use such short-lived emitters. As such short-lived spotlights come z. B. ¹⁸ F and ¹⁸ O into consideration. In contrast, z. B. Investigations with ¹⁴ C are clear disadvantages.

Es wird aber für den Fachmann kein grundsätzlich neues Problem darstellen, zu überlegen, welche Radiotracer sich für seine Fragestellung am besten eignen. Die Anwendung von Radioaktivität in der biologischen Forschung ist ein Rotineverfahren, das in vielen Versuchen Anwendung findet.However, it will not be a fundamentally new problem for the expert to consider which radiotracers are best suited for his question. The application of Radioactivity in biological research is a rotine process that has been used in many experiments Application.

Es kann auch durchaus in Betracht kommen, in einer Untersuchungen zwei unterschiedliche markierte Verbindungen zu verwenden. Diese Möglichkeit kann nützlich sein, wenn in einer Untersuchung eine direkte Wirkung einer Chemikalie auf einem intrazellulären Vorgang sowie seine Pharmakokinetik erfaßt werden sollen. Bei einer solchen Untersuchung liegt somit eine markierte Chemikalie sowie möglicherweise eine markierte Vorstufe für den intrazellulären Vorgang vor.It can also be considered to have two different tests to use marked connections. This option can be useful if in a Examining a direct effect of a chemical on an intracellular process as well its pharmacokinetics are to be assessed. In such an investigation there is therefore one labeled chemical and possibly a labeled precursor for the intracellular Operation before.

Es ist ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß das Signal mit einem Detektionssystem außerhalb des Reaktors erfaßt wird. Es wird im Rahmen der Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher auf die Ausführungsform des Detektionssystem eingegangen werden. Die Ausführung wird natürlich primär durch das produzierte Signal bestimmt sein. Bei Messungen an Komponenten mit einem radioaktiven Isotop wird das Detektionssystem ein System umfassen, daß zur Erfassung der radioaktiven Strahlung geeignet ist, während bei der Erfassung von Fluoreszenz eine Ausstattung zur Erfassung von Fluoreszenzstrahlen gewählt wird.It is a further feature of the method according to the invention that the signal with a Detection system outside the reactor is detected. It is within the description the device according to the invention closer to the embodiment of the detection system To be received. The execution is of course primarily based on the signal produced be determined. When measuring components with a radioactive isotope, this becomes Detection system include a system that is suitable for the detection of radioactive radiation is, while in the detection of fluorescence, equipment for detecting Fluorescence rays is chosen.

Es stellt ein weiteres bevorzugtes Merkmal der vorliegenden Erfindung dar, daß das im Reaktor von einer der betroffenen Komponenten produzierte Signal, welches außerhalb des Reaktors von einem Detektionssystem erfaßt wird, sofort einem Rechner zugeleitet und weiter verarbeitet wird. Eine solche bevorzugte Ausführungsform hat viele Vorteile. Es ist zunächst erforderlich, eine entsprechende Software vorzubereiten, welche die Verarbeitung der Daten ermöglicht. Ist diese Voraussetzung einmal erfüllt, kann das erfindungsgemäße Verfahren vollautomatisch ablaufen, ohne daß manuelle Handlungen und entsprechende Bindung von bedienendem Personal erforderlich sind. Insbesondere bei einer solchen Ausführungsform wird der große Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich. Die regelmäßige Entnahme von Proben bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik, die Notwendigkeit, die entnommenen Proben je nach Reaktionsablauf außerhalb des Reaktors weiter zu bearbeiten, und zum Schluß die erzielten Daten weiterzuverarbeiten, führen zu einem aufwendigen und kostspieligen Ablauf. Dieser Aufwand entfällt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren. Wo der große Aufwand bei dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik möglicherweise dazu führte, dieses bekannte Verfahren nur gelegentlich bei ganz bestimmten Untersuchungen anzuwenden, liegt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne weiteres die Möglichkeit vor, das Verfahren in einem Routinescreening einzusetzen. Es ist z. B. ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß bei Erfassung der Verweildauer der Chemikalie im Prüfsystem die Notwendigkeit entfällt, eine solche Messung durch Beimischung eines Indikators durchzuführen. Diese Beimischung eines Indikators wurde bei dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik beschrieben und war schon alleine deswegen unerwünscht, weil nie gänzlich ausgeschlossen werden konnte, daß eine Wechselwirkung zwischen Chemikalie und Indikator vorliegt. Außerdem konnte nur vermutet werden, daß das Verhalten beider Verbindungen im Verfahren gleichermaßen abläuft. Insbesondere, wenn die Chemikalie von den Zellen aufgenommen und metabolisiert wird, ist die Annahme, daß Indikator und Chemikalie sich gleich verhalten, zweifelhaft.It is another preferred feature of the present invention that the Signal produced by one of the affected components, which is outside the reactor Reactor is detected by a detection system, immediately fed to a computer and on is processed. Such a preferred embodiment has many advantages. It is first necessary to prepare appropriate software that will process the data enables. Once this requirement has been met, the method according to the invention can run fully automatically, without manual actions and corresponding binding of operating personnel are required. In particular, in such an embodiment the great advantage of the method according to the invention is clear. The regular removal of Samples in the prior art method, the need to take the Depending on the course of the reaction, samples are processed further outside the reactor, and finally Processing the data obtained leads to a complex and costly process Procedure. This effort does not apply to the method according to the invention. Where the big one Effort in the prior art method may have led to this to use known methods only occasionally for very specific examinations in the method according to the invention the possibility of the method in routine screening. It is Z. B. a great advantage of the invention Procedure that when recording the residence time of the chemical in the test system There is no need for such a measurement by adding an indicator perform. This addition of an indicator was carried out in the process according to State of the art described and was undesirable if only because it was never complete It could be excluded that an interaction between the chemical and the indicator is present. In addition, it could only be assumed that the behavior of both compounds in the Procedure runs equally. Especially when the chemical from the cells is absorbed and metabolized, the assumption is that the indicator and chemical behave the same way, doubtful.

Das Verfahren wird üblicherweise mit Zellen durchgeführt. Es ist jedoch ausdrücklich daraufhinzuweisen, daß auch eine Anwendung ohne Zellen durchaus in Betracht kommt. Ein einfaches Beispiel ist z. B. eine Untersuchung, welche zur Überprüfung der Spezifizität monoklenaler Antikörper durchgeführt werden kann. Dazu kann man die monoklonalen Antikörper an festen Partikeln binden, wobei die vorstehend beschriebenen wiederum bevorzugt verwendbar sind, um anschließend mit markierten Substraten Untersuchungen zur Prüfung der Bindung dieser Substrate durchzuführen. Die Abreicherung des markierten Substrats bzw. dessen Anreicherung im Bereich des Wirbel oder Festbettes erlaubt die Spezifizität der Bindung sowie die Bestimmung der Bindungskinetik.The procedure is usually carried out with cells. However, it is explicit to point out that an application without cells is also possible. On simple example is e.g. B. an investigation which is used to check the specificity monoclenal antibody can be carried out. You can also use the monoclonal Bind antibodies to solid particles, again the ones described above are preferably used to subsequently carry out examinations with labeled substrates Check the binding of these substrates. The depletion of the marked The substrate or its enrichment in the area of the fluidized bed or fixed bed allows the Specificity of binding and determination of binding kinetics.

Es lassen sich gleichermaßen Untersuchungen zur Beeinflußung des Antikörper-Substrat- Komplexes durch Testsubstanzen und Temperatur- oder pH-Veränderungen durchführen.Investigations to influence the antibody-substrate Carry out complexes through test substances and temperature or pH changes.

Auch weiter unten wird im Rahmen der Beschreibung einiger bevorzugten Verwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ein weitere Möglichkeit einer Verwendung in einem zellfreien System beschrieben.Also below, within the description of some preferred uses of the the method according to the invention a further possibility of use in a cell-free System described.

Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Vorrichtung den Merkmalen des Anspruchs 6. Die Vorrichtung wurde mit dem Augenmerk erfunden, in dem erfindungsgemäßen Verfahren genutzt zu werden. Somit ist eine Vorrichtung vorgesehen, welche zur Messung der Interaktion von Chemikalien mit Zellen eingesetzt werden soll.The invention also relates to a device having the features of claim 6. Die Device was invented with the focus in the method according to the invention to be used. A device is thus provided which is used to measure the Interaction of chemicals with cells should be used.

Die Vorrichtung weist einen Reaktor zur Aufnahme der Zellen auf, bzw. gemäß der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens, zur Aufnahme der auf festen Partikeln immobilisierten Zellen.The device has a reactor for receiving the cells, or according to the preferred embodiment of the method for receiving on solid particles immobilized cells.

Der Reaktor kann unterschiedlich ausgeführt sein und ist dem Verfahren angepaßt. Häufig wird im erfindungsgemäßen Verfahren ein Wirbelbett vorgesehen sein und stellt der Reaktor dementsprechend einen Wirbelschichtreaktor dar. In einem Wirbelschichtreaktor wird üblicherweise flüssiges Medium einem die Zellen enthaltenden Reaktorteil mit einer solchen Flußgeschwindigkeit zugeführt, daß die Zellen sich nicht einerseits absetzen können, sondern ständig von dem Flüssigkeitsstrom aufgewirbelt werden, ohne jedoch mitgeführt zu werden.The reactor can be designed differently and is adapted to the process. Frequently a fluidized bed will be provided in the process according to the invention and the reactor accordingly represents a fluidized bed reactor. In a fluidized bed reactor usually liquid medium with a reactor part containing the cells Flow rate supplied that the cells can not settle on the one hand, but are constantly whirled up by the liquid flow, but without being carried along.

Solche Wirbelschichtreaktoren werden beispielsweise in P 195 28 871.8 beschrieben. Ein solcher Wirbelschichtreaktor kann z. B. einen zylindrischen Reaktorrohr und ein konisch verjüngtes Ende aufweisen. Bei einem Reaktor mit einem Gesamtvolumen von beispielsweise 50 ml kann das Reaktorrohr einen Durchmesser von 10-20 mm aufweisen, das verjüngte Ende demgegenüber einen Durchmesser, welcher dem eines vorgesehenen Umlaufsystems entspricht. Der Wirbelschichtreaktor kann im verjüngten unteren Ende ein Membran oder Filter aufweisen, um zu verhindern, daß Zellen entgegen dem Strom des flüssigen Mediums in das Umlaufsystem gelangen, absolut erforderlich ist dies jedoch nicht, da die Erfahrung mit solchen Wirbelschichtreaktoren gezeigt hat, daß die Zellen bei richtiger Eistellung des Verfahrens den Bereich des zylindrischen Reaktorrohrs nicht verlassen.Such fluidized bed reactors are described, for example, in P 195 28 871.8. On such a fluidized bed reactor can, for. B. a cylindrical reactor tube and a conical have a tapered end. For a reactor with a total volume of, for example 50 ml, the reactor tube can have a diameter of 10-20 mm, the tapered In contrast, end a diameter that that of an intended circulation system corresponds. The fluidized bed reactor can be a membrane or in the tapered lower end Have filters to prevent cells from flowing against the flow of the liquid medium reach the circulatory system, but this is not absolutely necessary, since experience with such fluidized bed reactors has shown that the cells with the correct setting of the Do not leave the area of the cylindrical reactor tube.

Der Reaktor kann ebenfalls als Festbettreaktor ausgeführt sein. Der Reaktor kann auch dann grundsätzlich ein Format aufweisen, wie es vorstehend in bezug auf einer Ausführung als Wirbelschichtreaktor beschrieben wurde. Auch der Festbettreaktor kann somit einen zylindrischen Reaktorrohr und ein verjüngtes Ende aufweisen. Bei einer Ausführung als Festbettreaktor wird vorzugsweise das flüssige Medium von oben ab durch das Festbett strömen, was selbstverständlich die Anordnung eines Filters, eines Membrans oder eines Siebes in dem Reaktorrohr oder im Abschnitt des verjüngten Endes erforderlich macht.The reactor can also be designed as a fixed bed reactor. The reactor can then also basically have a format as described above in relation to a version as Fluid bed reactor was described. The fixed bed reactor can thus also cylindrical reactor tube and have a tapered end. When running as Fixed bed reactor is preferably the liquid medium from above through the fixed bed flow, which of course the arrangement of a filter, a membrane or a sieve in the reactor tube or in the section of the tapered end.

Auch andere Typen von Reaktoren können in Betracht kommen. Jeder räumliche Anordnung, welche zur Aufnahme von Zellen geeignet ist, kann als Reaktor in der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Betracht kommen.Other types of reactors can also be considered. Any spatial arrangement, which is suitable for holding cells, can be used as a reactor in the invention Device can be considered.

Der Reaktor wird normalerweise aus Glas bestehen. Auch andere Materialien können in Betracht kommen, aber es läßt sich nicht einfach ausdenken, welche Vorteile eine bestimmte andere Ausführung für die erfindungsgemäße Vorrichtung haben würde, sollte sie in einem anderen Material ausgeführt sein. Glas ist billig, beständig, gut reinigbar, durchsichtig und durchlässig für die Signale welche gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren detektiert werden müssen.The reactor will normally be made of glass. Other materials can also be used Come into consideration, but it is not easy to imagine the advantages of a particular one would have another version for the device according to the invention, it should in one other material. Glass is cheap, durable, easy to clean, transparent and permeable to the signals which are detected according to the inventive method have to.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung muß des weiteren ein Umlaufsystem aufweisen. Es muß vorgesehen sein, das flüssige Medium in der Vorrichtung zu rühren oder zu wirbeln ist, damit eine effektive Homogenisierung des flüssigen Mediums im System vorgenommen werden kann.The device according to the invention must also have a circulation system. It must be provided to stir or swirl the liquid medium in the device so that an effective homogenization of the liquid medium can be carried out in the system.

Das Umlaufsystem kann jede beliebige Ausführung aufweisen, solange sie einen intensiven und gründlichen Rührvorgang gewährleistet. Es ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, daß die Vorrichtung ein Umlaufsystem aufweist, welches am unteren Ende des Reaktors eine erste Öffnung und am oberen Ende des Reaktors eine weitere Öffnung umfaßt, wobei zwischen den beiden Öffnungen eine Leitung angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird das flüssige Medium ständig in eine Art Kreislaufbewegung rundgepumpt, wobei für dieses Rundpumpen vorzugsweise eine Umwalzpumpe in der Leitung angeordnet wird.The circulation system can be of any design as long as it is intense and thorough stirring guaranteed. It is a preferred embodiment of the Device according to the invention that the device has a circulation system, which on lower end of the reactor a first opening and another at the upper end of the reactor Opening comprises, wherein a line is arranged between the two openings. By This arrangement constantly turns the liquid medium into a kind of circular movement pumped round, for this round pumping preferably a circulating pump in the line is arranged.

Die Dimension der Öffnungen in dem Reaktor und das Format der Leitung ist kein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Wenn der Reaktor gemäß der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform ein Wirbelschichtreaktor ist, welcher aus einer zylindrischen Reaktorrohr mit einem verjüngten unteren Ende besteht, wird die Leitung an dem verjüngten unteren Ende angeschlossen. Der Durchmesser des verjüngten Ende beträgt meistens unter 7,5 mm und bei einem solchen Durchmesser kann in einer relativ einfachen Aufstellung einen Umlaufschlauch verwendet werden. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird im oberen Bereich des zylinderförmigen Reaktorrohrs die zweite Öffnung angeordnet, welche bevorzugt den gleichem Durchmesser aufweist, damit für die Leitung zwischen den beiden Öffnungen ein identischer Schlauch verwendet werden kann.The dimension of the openings in the reactor and the format of the line is not essential feature of the device according to the invention. If the reactor according to the Preferred embodiment described above is a fluidized bed reactor, which consists of a cylindrical reactor tube with a tapered lower end, the Line connected to the tapered lower end. The diameter of the tapered End is usually less than 7.5 mm and with such a diameter can be in a relative simple installation a circulation hose can be used. In this preferred The second embodiment is in the upper region of the cylindrical reactor tube Opening arranged, which preferably has the same diameter, so for the An identical hose can be used between the two openings.

Die Vorrichtung muß Kontrollorgane zur Überwachung der Zusammensetzung des Mediums aufweisen. Reproduzierbare und vergleichbare Untersuchungen setzen gleichbleibende Bedingungen voraus. Konstanz der Zusammensetzung des flüssigen Mediums ist für eine Arbeit mit Zellsystemen wichtig, weil nur so eine ausreichende Vitalität des Systems vorliegt. Es können Parameter wie Konzentration der Inhaltsstoffe des Mediums, Konzentration der Nährstoffe, pH, Osmolarität und Sauerstoffkonzentration mit entsprechenden Sensoren überwacht werden. Die Kontrollorgane wie z. B. eine pH-Sonde eine pO2-Elektrode oder Fließinjektionsanalytik zur Substrat- und Metabolitanalytik können in dem Reaktor sowie in dem Umlaufsystem angeordnet sein. Idealerweise sind die Kontrollorgane in einem automatisierten Kontrollsystem eingebaut, daß ebenfalls vorsieht, daß eine eventuell erforderliche Anpassung der Zusammensetzung des flüssigen Mediums ebenfalls automatische gesteuert wird. Eine solche Anpassung kann als Zufuhr irgendwelcher Inhaltsstoffen oder Nährstoffe (gelöst oder ungelöst), als Zufuhr frisches Mediums oder eine Intensivierung der Begasung vorgenommen werden.The device must have control devices for monitoring the composition of the medium exhibit. Reproducible and comparable examinations set constant Conditions ahead. Constancy of the composition of the liquid medium is essential for a Working with cell systems is important because only in this way is there sufficient vitality of the system. It can be parameters such as concentration of the ingredients of the medium, concentration of Nutrients, pH, osmolarity and oxygen concentration with appropriate sensors be monitored. The control bodies such. B. a pH probe a pO2 electrode or Flow injection analysis for substrate and metabolite analysis can be carried out in the reactor as well as in the circulation system. Ideally, the control bodies are in one automated control system installed that also provides that a possibly necessary adjustment of the composition of the liquid medium also automatic is controlled. Such adjustment can be as the addition of any ingredients or Nutrients (dissolved or undissolved), as a supply of fresh medium or an intensification of the Fumigation can be made.

Wie bereits im verletzten Absatz angedeutet, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Anordnung zur Begasung des Mediums auf. Mit einer solchen Begasung wird in den meisten Untersuchungen eine Anordnung gemeint, welche speziell Sauerstoff zuführt. Für die meisten biologischen System ist ein bestimmter minimaler Sauerstoffdruck für einen ordentlichen Ablauf der intrazellulären Prozesse eine absolute Voraussetzung. Deswegen kommt auf eine gut funktionierende Anordnung zur Begasung besonders an.As already indicated in the injured paragraph, the device according to the invention has one Arrangement for gassing the medium. With such fumigation in most Investigations meant an arrangement that specifically supplies oxygen. For the most biological system is a certain minimum oxygen pressure for a neat one Course of the intracellular processes is an absolute requirement. That's why comes up with one well functioning arrangement for fumigation.

Es kommt nicht auf eine bestimmte Ausführung der Anordnung zur Begasung an. In dem bereits mehrfach zitierten Stand der Technik gemäß P 195 37 033.3 ist eine Anordnung zur Begasung vorgesehen, welche eine Silikonmembran umfaßt, über welche Sauerstoff in das flüssige Medium gelangt. Die Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik sah für diese Silikonmembran bevorzugt eine koaxiale Anordnung in dem Reaktorrohr vor. Eine solche koaxiale Anordnung hat in der erfindungsgemäßen Vorrichtung jedoch Nachteile, weil, wie nachfolgend mehr detailliert beschrieben wird, die Vorrichtung ein Detektionssystem umfaßt, und die Anordnung des Silikonmembrans in dem Reaktorrohr einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Detektionssystems interferiert. Somit ist es günstiger, die Vorrichtung zur Begasung nicht in dem Reaktorrohr anzuordnen, sondern an irgendeiner Stelle in dem Umlaufsystem.It does not depend on a particular execution of the arrangement for fumigation. By doing Prior art according to P 195 37 033.3, which has already been cited several times, is an arrangement for Fumigation is provided, which comprises a silicone membrane, via which oxygen into the liquid medium arrives. The device according to the prior art looked for this Silicone membrane prefers a coaxial arrangement in the reactor tube. Such However, coaxial arrangement has disadvantages in the device according to the invention because of how is described in more detail below, the device comprises a detection system, and the arrangement of the silicone membrane in the reactor tube of a particularly preferred one Embodiment of the detection system interferes. Thus, the device is cheaper not to be arranged in the reactor tube for fumigation, but at some point in the Circulation system.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung muß eine Stelle für die Zudosierung der Chemikalie aufweisen. Dabei kann vorgesehen sein, daß lediglich eine Stelle für die Zudosierung vorgesehen ist, es ist jedoch auch möglich, zwei unterschiedliche Positionen zur Dosierung vorzusehen, wobei eine der beiden Stellen für eine akute Injektion benutzt werden kann, die andere für eine Zudosierung welche als Infusion ausgeführt wird.The device according to the invention must have a point for metering the chemical exhibit. It can be provided that only one point for metering is provided, but it is also possible to use two different positions for dosing to be provided, one of the two locations can be used for an acute injection, the others for dosing which is carried out as an infusion.

Es ist ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß die erfindungsgemäße Verrichtung ein Detektionssystem zur Erfassung des bei der Interaktion von der Chemikalie mit der Zelle produzierten Signals aufweist. Bei der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurde bereits dargestellt, daß das Verfahren mit unterschiedlichen Signalen gleichermaßen durchführbar ist oder sogar in einem einzelnen Versuchsdurchgang mit verschiedenen Signalen. Es ist offensichtlich, daß das Detektionssystem an dem jeweiligen Signal angepaßt werden muß. Es spielt jedoch bei der grundsätzlichen Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung keine besondere Rolle, für die Erfassung welcher Signale das Detektionssystem vorgesehen ist. It is an essential feature of the present invention that the invention Performs a detection system to detect the interaction of the chemical signal produced by the cell. In the description of the invention The method has already been shown that the method with different signals is equally feasible or even in a single test run different signals. It is obvious that the detection system is on the particular Signal must be adjusted. However, it plays in the basic description of the Device according to the invention has no special role for the detection of which signals that Detection system is provided.

Da die erfindungsgemäße Vorrichtung die Erfassung einer Interaktion einer Chemikalie mit Zellen bezweckt, wird die Anordnung des Detektionssystems im Bereich des Reaktors wo die Zellen sich befinden selbstverständlich das meist sinnvolle sein.Since the device according to the invention detects the interaction of a chemical with Purpose cells, the arrangement of the detection system in the area of the reactor where the Of course, cells are usually the most sensible.

Bei einer Versuchsdurchführung mit einer Chemikalie, welche selbst das Signal produziert, wird es mit einer Positionierung des Detektionssystems im Bereich der Zellen möglich sein, zu erfassen, ob die Chemikalie sich im Bereich der Zellen anhäuft und wird ein zeitlicher Verlauf der Signalintensität deutlich werden. Wenn das Signal nicht von der Chemikalie selbst, sondern z. B. von einem Bestandteil der Zelle produziert wird, dessen Beeinflußung es zu studieren gilt, gibt die Erfassung des Signals im Bereich der Zellen Aufschluß darüber, inwieweit die Chemikalie zeitlich eine vermehrte Aufnahme oder Ausschleusung diese Bestandteils bewerkstelligt.When performing a test with a chemical that produces the signal itself, it will be possible to position the detection system in the area of the cells detect whether the chemical accumulates in the area of the cells and becomes a time course the signal intensity become clear. If the signal is not from the chemical itself, but z. B. is produced by a component of the cell, the influence of which it is too study applies, the detection of the signal in the area of the cells provides information about to what extent the chemical has increased intake or discharge Partly accomplished.

Obwohl eine Vorrichtung mit lediglich einem Detektionssystem somit bei verschiedenen Fragestellungen einen Sinn macht, wird eine weitere mehr bevorzugte Ausführungsform mit zwei Detektionssystemen zu einem besseren Ergebnis führen. Bei dieser mehr bevorzugten Ausführungsform wird sich das erste Detektionssystem im Bereich der Zellen befinden, wie es bereits hiervor bei einer Vorrichtung mit nur einem Detektionssystem beschrieben wurde. Das zweite Detektionssystem jedoch soll an einer Stelle in der Vorrichtung positioniert werden, wo keine Zellen vorliegen. Eine solche bevorzugte Ausführungsform erlaubt eine wesentlich aussagekräftigere Aussage darüber, ob ein bestimmtes Signalniveau im Bereich der Zellen wirklich durch eine Interaktion mit den Zellen zustandekommt oder vielmehr eine generelle Veränderung im gesamten System darstellt, welche letztlich lediglich durch ein Signal auf dem Niveau die Zellen enthaltenden flüssigen Mediums zustandekommt. Durch das zweite Detektionssystem wird es mit einer wesentlicher größeren Genauigkeit und einer höheren Empfindlichkeit möglich sein, Interaktionen zwischen Chemikalien und Zellen zu erfassen. Die Detektion der Signalintensität im umlaufenden Medium und im Wirbelbett erlaubt die kontinuierliche Ermittlung der von den Zellen aufgenommene Chemikalienmenge.Although a device with only one detection system is thus used in different Issues that make sense makes using another more preferred embodiment two detection systems lead to a better result. With this more preferred Embodiment, the first detection system will be in the area of the cells as it is has already been described previously for a device with only one detection system. The second detection system, however, is to be positioned at a location in the device where there are no cells. Such a preferred embodiment essentially allows one More meaningful statement about whether a certain signal level in the area of the cells really comes about through an interaction with the cells or rather a general one Changes in the entire system, which ultimately only a signal on the Level of the liquid medium containing the cells. By the second Detection system it becomes with a much greater accuracy and a higher Sensitivity to be able to capture interactions between chemicals and cells. The The detection of the signal intensity in the circulating medium and in the fluidized bed allows the continuous determination of the amount of chemicals absorbed by the cells.

Diese Beschreibung der erfindungsgemäßen Vorrichtung macht deutlich, weshalb eine Ausführungsform der Vorrichtung, welche eine koaxiale Position des Gasmembrans pur Oxygenierung des Mediums vorsieht, in Verbindung mit der Erfassung des Signals im Bereich des Reaktors einen Nachteil darstellt. Die Anordnung des Gasmembrans innerhalb des Reaktors muß unvermeidlich zu Störungen im Meßvorgang führen. Nicht nur kann die Anwesenheit des Membrans stören, außerdem wird durch die Anordnung Medium verdrängt und dementsprechend eine Abschwächung des Signals verursacht.This description of the device according to the invention makes it clear why a Embodiment of the device, which a coaxial position of the gas membrane pure Provides oxygenation of the medium in conjunction with the detection of the signal in the area of the reactor is a disadvantage. The arrangement of the gas membrane within the Reactor must inevitably lead to disturbances in the measurement process. Not only can Disrupt the presence of the membrane, medium is also displaced by the arrangement and accordingly causes a weakening of the signal.

Gemäß einer ersten Ausführungsform ist es vorgesehen, daß das Detektionssystem einen Detektor umfaßt. Gemäß einer weiteren mehr bevorzugten Ausführungsform soll das Detektionssystem zwei getrennte Detektoren umfasse, welche beispielsweise auf gegenüberliegende Seiten des Reaktors angeordnet sind (Koinzidenzmessung). Diese mehr bevorzugte Ausführungsform ist bei einem einzelnen Detektionssystem sowie bei einem zweifachen Detektionssystem gleichermaßen zu bevorzugen.According to a first embodiment, it is provided that the detection system has a Detector includes. According to a further more preferred embodiment, the Detection system include two separate detectors, which, for example, on opposite sides of the reactor are arranged (coincidence measurement). This more preferred embodiment is with a single detection system and with a dual detection system to be preferred equally.

Gemäß weitere, noch mehr bevorzugte Ausführungsformen, sind noch weitere Detektionssysteme in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen. Eine erste weitere Anordnung ist im Bereich des Zugangs der Chemikalie vorgesehen, vorausgesetzt, das erfaßte Signal wird von der Chemikalie selber produziert. Der Vorteil dieser Anordnung betrifft die Möglichkeit, eine gezielte und präzise Zudosierung der Chemikalie in das flüssige Medium vorzunehmen, weil mittels der direkten Erfassung des Signals im Zulaufbereich insgesamt die Erhöhung des Signals im System erfaßt wird.According to further, more preferred embodiments, there are others Detection systems provided in the device according to the invention. Another one Arrangement is provided in the area of access to the chemical, provided that it is detected Signal is produced by the chemical itself. The advantage of this arrangement concerns that Possibility of a targeted and precise metering of the chemical into the liquid medium carry out because by means of the direct detection of the signal in the inflow area overall Increasing the signal in the system is detected.

Gemäß noch einer weiteren, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform ist ein weiterer Detektor im Bereich des Umlaufsystems vorgesehen. Mit einem an dieser Position angeordneten Detektionssystem ist eine weitere Verfeinerung der Überwachung der Aktivität im System möglich.According to yet another preferred embodiment, there is another detector provided in the area of the circulation system. With one arranged at this position Detection system is a further refinement of monitoring activity in the system possible.

Die Detektoren werden je über einen Hauptverstärker und einen Fensterdiskriminator (zur Einstellung auf das verwendete Radionuklid) mit einer Zählerkarte in einem Rechner verbunden, welcher die Daten mit einem entsprechenden Programm anzeigt und/oder speichert.The detectors are each via a main amplifier and a window discriminator (for Setting to the radionuclide used) with a counter card in a computer connected, which displays the data with a corresponding program and / or saves.

Das Detektionssystem besteht gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform aus zwei oder mehr Meßköpfen (dies können je nach erfaßten Strahlung z. B. Gamma-Strahlungs- Detektoren sein), einer zugehörigen Standar Ausleseelektronik und einem Datenerfassungssystem (Rechner). According to a particularly preferred embodiment, the detection system consists of two or more measuring heads (depending on the radiation detected, this can e.g. gamma radiation Detectors), an associated standard readout electronics and one Data acquisition system (computer).

Aufgrund der unterschiedlichen Strahlungsenergie welche im Wirbelschichtreaktor nachgewiesen werden sollen, muß ein hoher Dynamikbereich sichergestellt sein.Due to the different radiation energy in the fluidized bed reactor a high dynamic range must be ensured.

Für die Ausführung des Meßkopfes bieten sich verschiedene Möglichkeiten an, wie z. B. die Verwendung von Halbleiter-Detektoren oder Szintillations-Detektoren. Beide Typen von Detektoren sind für Einzel- sowie Koinzidenzmessung geeignet und müssen sorgfältig mit einer Bleiummantelung abgeschirmt werden. Die ionisierende Strahlung kann direkt (Halbleiter) oder indirekt (Szintillation) nachgewiesen werden. Der Szintillator kann sowohl unmittelbar oder über Lichtwellenleiter an der Photomultiplier gekoppelt werden. Um die Empfindlichkeit der Meßanordnung zu erhöhen, können die Detektoren rund um den Reaktor angeordnet werden.For the execution of the measuring head, there are various options, such as. B. the Use of semiconductor detectors or scintillation detectors. Both types of Detectors are suitable for single and coincidence measurements and must be carefully with a Lead sheath to be shielded. The ionizing radiation can be directly (semiconductors) or indirectly (scintillation). The scintillator can be used immediately or be coupled to the photomultiplier via optical fibers. To the sensitivity to increase the measuring arrangement, the detectors can be arranged around the reactor become.

Bei einer Durchführung des Verfahrens mit Radiotracern ist es zum Schutz des bedienenden Personals erforderlich, den Reaktor mit einem Bleischirm abzuschirmen. Die Kollimation der Detektoren auf das jeweilige Gesichtsfeld erfolgt durch Bleiabschirmungen geeigneter Geometrie oder bei Positronenstrahlern optional durch Koinzidenzmessungen.When performing the procedure with radiotracers it is to protect the operator Personnel required to shield the reactor with a lead shield. The collimation of the Detectors on the respective field of view are made more suitable by lead shielding Geometry or with positron emitters optionally by coincidence measurements.

Das Ziel der Erfindung ist zwar grundsätzlich darauf abgestellt, daß die Untersuchung vollständig am geschlossenen System durchgeführt werden kann und eine Entnahme von Proben aus der Vorrichtung nicht erforderlich ist. Dieses Ziel läßt sich auch erreichen, wenn das erfindungsgemäße Verfahren gemäß der vorstehenden Beschreibung durchgeführt wird. Es können jedoch Untersuchungen beabsichtigt sein, wo eine Entnahme erforderlich ist. Eine solche Entnahme ist z. B. dann erforderlich, wenn die Untersuchung Auskunft über die Identität der von den Zellen hergestellten Metaboliten, über eine Bindung an bestimmten Zellorganellen, über Beschädigungen der Zellen, und ähnliche Auskünfte die nur durch eine anschließende Untersuchung außerhalb der Vorrichtung durchgeführt werden können. In solchen Fällen sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, daß zusätzlich zu den automatische erfaßten und on-line ausgewerteten Untersuchungen zu bestimmten Zeitpunkten Proben genommen werden, welche zur Auswertung außerhalb der Vorrichtung aufgearbeitet werden.The aim of the invention is basically based on the fact that the investigation can be carried out completely on the closed system and a removal of Samples from the device are not required. This goal can also be achieved if the method according to the invention is carried out as described above. However, examinations may be intended where removal is required. A such removal is e.g. B. required if the investigation provides information about the identity the metabolites produced by the cells, via binding to certain cell organelles, about damage to the cells, and similar information provided only by a subsequent Examination can be carried out outside the device. In such cases, see the inventive method before that in addition to the automatically detected and on-line evaluated examinations are taken at certain times, which be processed for evaluation outside the device.

Sollte eine Abnahme von Proben aus der Vorrichtung erforderlich sein, ist in der Vorrichtung eine Entnahmestelle vorgesehen. Should it be necessary to take samples from the device, the device is in the device an extraction point is provided.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich grundsätzlich zur Anwendung in Untersuchungen welche zum Ziel haben, die pharmakokinetischen Eigenschaften von Chemikalien zu untersuchen. Das Verfahren ist ebenfalls geeignet, zur Durchführung von Untersuchungen zur Erfassung der toxischen Eigenschaften von Chemikalien.The method according to the invention is basically suitable for use in examinations which aim to increase the pharmacokinetic properties of chemicals examine. The method is also suitable for carrying out studies on Assessment of the toxic properties of chemicals.

Eine weitere Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft die Messung der Porosität in dem Reaktor.Another use of the method according to the invention relates to the measurement of Porosity in the reactor.

Unter Porosität eines Wirbel- oder Festbettes versteht man den Anteil des flüssigen Mediums im Bereich des Bettes, welcher sich aus dem Zwischenkornvolumen und den zugänglichen Hohlräumen im Innern der Träger zusammensetzt.Porosity of a fluidized or fixed bed means the proportion of the liquid medium in the area of the bed, which consists of the intermediate grain volume and the accessible Cavities inside the carrier is composed.

Im zellfreien Reaktor ist die Porosität somit der Quotient aus der im Bereich des Bettes gemessenen Signalintensität und der im trägerfreien Umlauf gemessenen Intensität.In the cell-free reactor, the porosity is thus the quotient of that in the area of the bed measured signal intensity and the intensity measured in the carrier-free circulation.

Es ist eine Voraussetzung für eine solche Messung, daß die markierte Substanz nicht an den Trägern haftet, weil dies zu einer Anreicherung im Bereich des Bettes führen und somit zu einem falschen Ergebnis führen würde.It is a prerequisite for such a measurement that the labeled substance does not reach the Carriers are liable because this leads to an accumulation in the area of the bed and thus to would lead to a wrong result.

Bei einem Wirbelbett führt die Erhöhung des Volumenstroms im Umlauf des Wirbelschichtreaktors zu einer Expansion des Wirbelbettes und damit zu einer Erhöhung der Porosität.With a fluidized bed, the increase in the volume flow in the circulation of the Fluidized bed reactor to expand the fluidized bed and thus to increase the Porosity.

Die Porosität eines Wirbel- oder Festbettes kann mittels kontinuierlicher Datenerfassung ermittelt werden. Die Porosität ist vor allem für verfahrenstechnische Fragestellungen von Interesse.The porosity of a fluidized bed or fixed bed can be determined by means of continuous data acquisition be determined. The porosity is primarily for process engineering issues by Interest.

Eine sehr konkrete Fragestellung kann sich ergeben, wenn im Rahmen einer Untersuchung mit einem an festen Trägern immobilisierten Katalysator die Messung gewünscht wird, ob der immobilisierte Katalysator ausblutet (von den Trägern runtergespült wird). Bei dieser Fragestellung handelt es sich um eine Untersuchung welche in Abwesenheit von Zellen durchgeführt wird. Der Träger welche die Träger als Festbett oder als Wirbelbett enthält wird von einer flüssigen, das Substrat aufweisenden Phase durchströmt. Durch regelmäßige Injektion einer ein Signal produzierende Verbindung z. B. einem Radiotracer, kann die Porosität des Bettes gemessen werden. Bei einem Verlust des Katalysators wird eine Veränderung der Porosität festgestellt. A very specific question can arise if in the context of an investigation with a catalyst immobilized on solid supports, it is desired to measure whether the immobilized catalyst bleeds (is flushed down from the carriers). At this The question is an investigation which is carried out in the absence of cells is carried out. The carrier which will contain the carrier as a fixed bed or as a fluidized bed flows through a liquid phase having the substrate. Through regular Injection of a signal producing compound e.g. B. a radiotracer, can Porosity of the bed can be measured. If the catalyst is lost, a Change in porosity found.

Beschreibung der Erfindung anhand von Abbildungen.Description of the invention with reference to illustrations.

Fig. 1 stellt schematisch eine Versuchsvorrichtung mit Wirbelschichtreaktor. Fig. 1 shows schematically an experimental device with a fluidized bed reactor.

Fig. 2 stellt schematische eine Versuchsvorrichtung mit Wirbelschichtreaktor dar. Fig. 2 schematically represents an experimental device with a fluidized bed reactor.

Fig. 3 stellt das Ergebnis einer Untersuchung mit ¹⁸FDG in der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar. Fig. 3 shows the result of investigation with ¹⁸ FDG in the inventive apparatus.

Fig. 4 stellt das Ergebnis einer Untersuchung mit ¹⁸FDG an humanen Gliomzellen dar. Fig. 4 illustrates the result of a study with ¹⁸ FDG in human glioma cells.

Fig. 5 stellt das Ergebnis einer Porositätsmessung dar. Fig. 5 illustrates the result of a porosity.

In der Fig. 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt. Die Vorrichtung weist einen Reaktor 1 auf, welche aus einem zylindrischen Teil 2 und einem sich verjüngenden Ende 3 besteht. Der Reaktor 1 ist von einem Heizmantel 4 umgeben. Ein Umlaufsystem 6 ist dem Reaktor zugeordnet. Das in der Reaktor vorhandene flüssige Medium wird mittels einer peristaltischen Umlaufpumpe 5 dem Reaktor entzogen und ihm über dem Umlaufsystem 6 wieder zugeführt. Das Umlaufsystem 6 besteht in seiner einfachsten Ausführung aus einem Schlauch, welcher an Positionen 8 und 9 an dem Reaktor 1 angeschlossen ist. Bei der Position 7 kann dem Reaktor flüssiges Medium entnommen werden. Dem Umlaufsystem sind Kontrollorgane 10 zugeordnet welche eine laufende Überwachung der Zusammensetzung des Mediums ermöglichen. Die Kontrollorgane 10 umfassen immer eine Sauerstoffsonde aber können ansonsten beliebige Meßgeräte umfassen. Es kann frisches flüssiges Medium zugeführt werden und zwar über die Leitung 11. Die Silikonmembran zur Begasung des flüssigen Mediums ist in einer Anordnung 12 im Umlaufsystem 6 integriert um eine eventuelle Störung der Meßvorgänge im Bereich des Reaktors 1 zu vermeiden. Zugabe von Chemikalien oder einen Signal produzierende Substanzen findet über einer Leitung 15 statt. Die in der Fig. 1 gezeigte Anordnung umfaßt eine gemeinschaftliche Zufuhrleitung 15 welche für eine akute Injektion wie für eine Zugabe der Chemikalie oder der ein Signal produzierenden Substanz als Infusion verwendet werden kann. Wird eine akute Injektion vorgenommen, mit welchem Vorgang praktisch eine akute Injektion am Menschen oder am Tier imitiert werden soll, wird die Injektion mittels einer Spritze 16 durch eine Membran 17 in den Teil 18 der Leitung vorgenommen. Ist eine Infusion vorgesehen, wird diese z. B. mittels einer Infusionspumpe 27 im Teil 19 der Leitung vorgenommen. Die Positionen der Zufuhrleitung 11, der Kontrollorgane 10, der Begasungsanordnung 12 und der Zufuhrleitung 15 sind alle dem Umlaufsystem zugeordnet, ihre genaue Position muß jedoch nicht unbedingt sein wie es in der schematischen Figur dargestellt ist, es kommen für die gleiche Durchführung des erfindunggemäßen Verfahrens auch andere Positionen in Betracht, wobei auch die Reihenfolge der Anordnung in dem Umlaufsystem variiert werden kann. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist Detektoren zur Erfassung des bei der Interaktion der Zellen mit der Chemikalie produzierten Signals auf. Die Fig. 1 stellt eine Vorrichtung dar, welche zwei Detektoren 20 und 21 umfaßt, wobei der Detektor 20 dem oberem Bereich des Reaktors 1, der Detektor 21 demgegenüber dem unteren Bereich des Reaktors 1 zugeordnet ist. Ein weiterer Detektor 22 ist dem Teil des Umlaufsystems zugeordnet, welcher sich direkt am verjüngten Ende des Reaktors anschließt. Noch ein weiterer Detektor 23 befindet sich an der Zufuhrleitung 15. Die Detektoren können für bestimmte Strahlenarten oder Fluoreszenzsignale optimiert sein, sie können aus einer Anregungslichtquelle und einer optischen Separierungseinheit zusätzlich zum Detektor bestehen oder auch als Kombination verschiedener Detektionssysteme ausgebildet sein. Der Reaktor 1 ist mit einem Deckel 24 abgeschlossen, welcher mit einem Schraubverschluß mit dem Reaktor verbunden wird. Der Deckel 24 weist Vorrichtungen zur Entnahme von Proben auf, welche hier nicht weiter dargestellt sind. Diese Entnahme kann steril mit einer Sterilbank vorgenommen werden.A device according to the invention is shown schematically in FIG. 1. The device has a reactor 1 , which consists of a cylindrical part 2 and a tapering end 3 . The reactor 1 is surrounded by a heating jacket 4 . A circulation system 6 is assigned to the reactor. The liquid medium present in the reactor is withdrawn from the reactor by means of a peristaltic circulation pump 5 and fed to it again via the circulation system 6 . In its simplest design, the circulation system 6 consists of a hose which is connected to the reactor 1 at positions 8 and 9 . At position 7 , liquid medium can be removed from the reactor. Control elements 10 are assigned to the circulation system and enable the composition of the medium to be continuously monitored. The control members 10 always include an oxygen probe, but can otherwise comprise any measuring devices. Fresh liquid medium can be supplied via line 11 . The silicone membrane for the gassing of the liquid medium is integrated in an arrangement 12 in the circulation system 6 in order to avoid a possible disturbance of the measuring processes in the area of the reactor 1 . Addition of chemicals or substances producing a signal takes place via a line 15 . The arrangement shown in FIG. 1 comprises a common supply line 15 which can be used for an acute injection such as for adding the chemical or the signal-producing substance as an infusion. If an acute injection is carried out, with which process an acute injection is practically to be imitated on humans or animals, the injection is carried out by means of a syringe 16 through a membrane 17 into the part 18 of the line. If an infusion is provided, this is e.g. B. by means of an infusion pump 27 in part 19 of the line. The positions of the supply line 11 , the control elements 10 , the gassing arrangement 12 and the supply line 15 are all assigned to the circulation system, but their exact position need not necessarily be as shown in the schematic figure, it also comes to the same implementation of the inventive method other positions can be considered, and the order of arrangement in the circulation system can also be varied. The device according to the invention has detectors for detecting the signal produced when the cells interact with the chemical. Fig. 1 illustrates an apparatus which comprises two detectors 20 and 21, wherein the detector 20 is associated with the upper portion of the reactor 1, the detector 21 contrast, the lower portion of the reactor 1. Another detector 22 is assigned to the part of the circulation system which connects directly to the tapered end of the reactor. Another detector 23 is located on the feed line 15 . The detectors can be optimized for certain types of beams or fluorescence signals, they can consist of an excitation light source and an optical separation unit in addition to the detector, or they can be designed as a combination of different detection systems. The reactor 1 is closed with a lid 24 which is connected to the reactor with a screw cap. The lid 24 has devices for taking samples, which are not shown here. This removal can be done sterile with a sterile bench.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Reaktor 1 mit einem flüssigen Medium gefüllt, welches von der peristaltischen Umlaufpumpe 5 durch Dias Umlaufsystem 6 gepumpt wird. Bezieht sich die Untersuchung welche durchgeführt werden soll auf einer Reaktion in einem Wirbelbett wird das Flüssige Medium durch die peristaltische Pumpe 5 in die Richtung des Pfeiles 25 gefördert. Es spricht von selber, daß bei einer Ausrichtung als Festbett eine Förderung in die entgegengesetzte Richtung vorgesehen wird. Der Reaktor weist in dem flüssigen Medium die festen Partikeln 26 auf, welche durch den konstanten Zustrom des flüssigen Mediums ständig aufgewirbelt werden, ahne jedoch den unteren Bereich des Reaktors 1 zu verlassen. Die on-line-Erfassung erfolgt durch den Detektor 22 als Kontrolle für die Einhaltung der Versuchsbedingungen, durch den Detektor 21 als Indikator für die von den Zellen aufgenommene Aktivität und durch den Detektor 20 als Detektor für die im Medium verbliebene Aktivität. Für die Kalibrierung des Systems d. h. für die quantitative Erfassung der in den Zellen aufgenommenen Aktivität wird erfindungsgemäß eine markierte Testflüssigkeit verwendet. Sie erlaubt durch den Vergleich der Meßdaten der Detektoren 20 und 21 die Bestimmung der markierten Substanzmenge welche sich an den Zellen angelagert hat oder von den Zellen aufgenommen und metabolisiert wird. When carrying out the process according to the invention, the reactor 1 is filled with a liquid medium which is pumped by the peristaltic circulation pump 5 through the circulation system 6 . If the examination that is to be carried out relates to a reaction in a fluidized bed, the liquid medium is conveyed by the peristaltic pump 5 in the direction of the arrow 25 . It speaks for itself that in the case of an orientation as a fixed bed, funding is provided in the opposite direction. The reactor has in the liquid medium the solid particles 26 , which are constantly whirled up by the constant inflow of the liquid medium, but do not have to leave the lower region of the reactor 1 . The on-line detection is carried out by the detector 22 as a control for compliance with the test conditions, by the detector 21 as an indicator for the activity absorbed by the cells and by the detector 20 as a detector for the activity remaining in the medium. According to the invention, a labeled test liquid is used for the calibration of the system, ie for the quantitative detection of the activity absorbed in the cells. By comparing the measurement data from the detectors 20 and 21, it allows the determination of the marked amount of substance which has accumulated on the cells or is taken up and metabolized by the cells.

Die Fig. 2 stellt eine weitere mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dar. Im Unterschied zu der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist hier die Zufuhrleitung 15 an einer anderen Position im Umlaufsystem vorgesehen. Wesentlicher noch ist die Ausführung des Detektionssystems. Sämtliche Detektoren 20, 21, 22 und 23 sind bei dieser Ausführungsform nicht als einzelne Detektoren sondern als eine doppelte Ausfertigung vorgesehen. Eine selche Ausführung erlaubt eine wesentliche genauere Erfassung der Signalintensität. FIG. 2 shows a further possible embodiment of a device according to the invention. In contrast to the device shown in FIG. 1, here the feed line 15 is provided at a different position in the circulation system. The execution of the detection system is even more important. In this embodiment, all of the detectors 20 , 21 , 22 and 23 are not provided as individual detectors but as a duplicate. The same design allows a much more precise detection of the signal intensity.

Description of the invention using exemplary embodiments example 1

Untersuchungen zur Aufnahme von [18F]-markierter Fluordeoxyglukose (18FDG) an humanen Gliomzellen (86HG39) im Wirbelschichtreaktor.Studies on the intake of [18F] -labeled fluorodeoxyglucose (18FDG) human glioma cells (86HG39) in a fluidized bed reactor.

In einem Wirbelschichtreaktor wurden humane Hirntumorzellen (86HG39) auf offenporige Borosilikatglasträgern (Siran®, Schott, Mainz) immobilisiert und bis zu einer Zelldichte von ca 1 . 10⁸ Zellen pro Gramm Träger kultiviert. Als Medium kam handelsübliches IMDM mit 10 %-igem Kälberserum zum Einsatz. Der Wirbelschichtreaktor war mit zwei Szintillationsdetektoren ausgestattet, einer auf der Höhe des Wirbelbettes (entsprechend Detektor 21 in der Fig. 1) und einer oberhalb im Bereich des zellfreien Umlaufs (entsprechend Detektor 20 in der Fig. 1).In a fluidized bed reactor, human brain tumor cells (86HG39) were immobilized on open-pore borosilicate glass substrates (Siran®, Schott, Mainz) and up to a cell density of approx. 1. 10 ⁸ cells cultured per gram of carrier. Commercial IMDM with 10% calf serum was used as the medium. The fluidized bed reactor was equipped with two scintillation detectors, one at the level of the fluidized bed (corresponding to detector 21 in FIG. 1) and one above in the area of the cell-free circulation (corresponding to detector 20 in FIG. 1).

Zu dem in der Fig. 3 gekennzeichneten Zeitpunkt wurde der Wirbelschichtreaktor mit [¹⁸F]- markierter Fluorodeoxyglukose (¹⁸FDG) in Form einer Sprungfunktion beaufschlagt.At the time marked in FIG. 3, the fluidized bed reactor was loaded with [ ¹⁸ F] -labeled fluorodeoxyglucose ( ¹⁸ FDG) in the form of a step function.

¹⁸FDGF wird in der Klinik zur Untersuchung des Glukosestoffwechsels und zur Diagnose von Tumoren genutzt. Die Verbindung wird in die Zellen aufgenommen, aber im Gegensatz zur natürlichen Glukose nicht verstoffwechselt. ¹⁸ FDGF is used in the clinic to investigate glucose metabolism and to diagnose tumors. The compound is absorbed into the cells but, unlike natural glucose, is not metabolized.

Die Signale im Wirbelbett und im zellfreien Umlauf sind in der Fig. 3 dargestellt. Aus der Differenz zwischen dem Signal im Wirbelbett und im zellfreien Umlauf (dargestellt in Fig. 4) ergibt sich direkt die intrazelluläre Anreicherung des Radiotracers in den immobilisierte Zellen. The signals in the fluidized bed and in cell-free circulation are shown in FIG. 3. The intracellular accumulation of the radiotracer in the immobilized cells results directly from the difference between the signal in the fluidized bed and in the cell-free circulation (shown in FIG. 4).

Der radioaktive Zerfall und der Glasanteil im Wirbelbett wurden durch die Meßdatenerfassung bereits berücksichtigt.The radioactive decay and the glass content in the fluidized bed were determined by the measurement data acquisition already considered.

Zu verschiedenen Zeitpunkten wurden dem Wirbelschichtreaktor Trägerproben mit immobilisierten Zellen entnommen (mittels eines im in der Fig. 1 dargestellten Deckel 24 integrierten Trägerprobenahmesystem), um die intrazelluläre Akkumulation des Radiotracers off-line zu bestimmen und mit dem on-line erhaltenen Signal zu vergleichen.At various times, carrier samples with immobilized cells were taken from the fluidized bed reactor (using a carrier sampling system integrated in the lid 24 shown in FIG. 1) in order to determine the intracellular accumulation of the radiotracer off-line and to compare it with the signal obtained on-line.

Die Fig. 4 zeigt das Ergebnis des Vergleiches der off-line und on-line Bestimmungen. Es ist offensichtlich, daß der Verlauf der Kurve, welche die online erfaßte Bindung des Radiotracers an den Partikeln dokumentiert, perfekt mit dem Ergebnis der off-line Bestimmung übereinstimmt. FIG. 4 shows the result of the comparison of off-line and on-line provisions. It is obvious that the course of the curve, which documents the online binding of the radiotracer to the particles, corresponds perfectly with the result of the off-line determination.

Example 2

In einem Wirbelschichtreaktor befand sieh ein Wirbelbett bestehend aus offenporigen Borosilikatglasträgern (Siran®, Schott, Mainz) mit einem Durchmesser von 500-560 µm. Als Umlaufmedium wurde bei der Untersuchung entionisiertes Wasser verwendet.In a fluidized bed reactor there was a fluidized bed consisting of open-pore Borosilicate glass substrates (Siran®, Schott, Mainz) with a diameter of 500-560 µm. Deionized water was used as the circulating medium in the test.

Der Reaktor war mit zwei Szintillationsdetektoren ausgestattet, einer auf der Höhe des Wirbelbettes (entsprechend Detektor 21 in der Fig. 1) und einer oberhalb im Bereich des zellfreien Umlaufs (entsprechend Detektor 20 in der Fig. 1).The reactor was equipped with two scintillation detectors, one at the level of the fluidized bed (corresponding to detector 21 in FIG. 1) and one above in the area of the cell-free circulation (corresponding to detector 20 in FIG. 1).

Zum Zeitpunkt t = 0 wurde eine wäßrige [18F]-markierte Fluoridlösung in das System injiziert (mittels einer Injektion in der Position 18 der Fig. 1). Nach ca 5 Minuten hatte sich die Aktivität im Reaktor gleichmäßig durchmischt.At time t = 0, an aqueous [18F] -labeled fluoride solution was injected into the system (by injection at position 18 in Fig. 1). After about 5 minutes, the activity in the reactor had mixed uniformly.

Der Quotient gebildet aus Aktivität im Wirbelbett und der Aktivität im Umlauf entspricht der aktuellen Porosität des Wirbelbettes, dieser Wert wird üblicherweise als Prozentwert dargestellt.The quotient formed from activity in the fluidized bed and the activity in circulation corresponds to that current porosity of the fluidized bed, this value is usually expressed as a percentage shown.

Anschließend wurden mittels der Umlaufpumpe (Umlaufpumpe 5 in der Fig. 1) unterschiedliche Volumenströme für den Umlauf eingestellt. In Abhängigkeit vom Volumenstrom änderte dich die Expansion des Wirbelbettes und damit auch die Porosität, welche jeweils wie oben dargestellt durch Quotientenbildung der gemessenen Aktivitäten im Bereich des Wirbelbettes und des Umlaufs on-line gemessen wurde. Different volume flows for the circulation were then set by means of the circulation pump (circulation pump 5 in FIG. 1). Depending on the volume flow, the expansion of the fluidized bed changed and with it the porosity, which was measured on-line as shown above by forming the quotient of the measured activities in the area of the fluidized bed and the circulation.

Die Fig. 5 zeigt die so ermittelte Porosität als Funktion des Umlaufvolumenstroms. FIG. 5 shows the porosity as determined as a function of current flow.

Claims

1. A method for performing the measurement of an interaction of a chemical with cells contained in a reactor, characterized in that one of the components involved in the interaction between the chemical and the cells represents a signal-producing component, which signal is for detection by a Detection system outside the reactor is suitable.

2. experienced according to claim 1, characterized in that the chemical in the reactor is detected by means of a detectable signal.

3. The method according to claim 1, characterized in that the chemical means Detection of radioactivity is detectable.

4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the cells solid particles are immobilized.

5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the detectable signal is fed to a computer and processed on-line.

6. Device for carrying out the method according to one of claims 1 to 5 for measuring the interaction of chemicals with cells in a liquid medium, comprising a reactor for receiving the cells,
a circulation system,
Control bodies for monitoring the composition of the medium,
an arrangement for gassing the medium and
at least one input for the chemical,
characterized in that
at least one detection system for detecting the interaction is arranged in the device.

7. The device according to claim 6, characterized in that the circulation system on Lower end of the reactor arranged opening, which by means of a line an opening located at the top of the reactor is connected.

8. The device according to claim 6 or 7, characterized in that in the line Circulating pump is arranged.

9. Device according to one of claims 6 to 8, characterized in that the reactor is a fluidized bed reactor.

10. The device according to one of claims 6 to 9, characterized in that the Arrangement for fumigation of the medium a fumigation membrane for bubble-free fumigation includes.

11. The device according to claim 10, characterized in that the arrangement in the Line is arranged according to claim 7.

12. The device according to one of claims 6 to 11, characterized in that a Arrangement for taking samples is arranged.

13. Device according to one of claims 6 to 12, characterized in that the Device a detection system in the area of the cells and a further detection system in the area of the cell-free supernatant.

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that another Detection system of the line is assigned according to claim 7.

15. The device according to one of claims 13 or 14, characterized in that a Another detection system is assigned to the input for the chemical.

16. Use of the method according to one of claims 1 to 4 for measuring pharmacinetic properties of chemicals.

17. Use of the method according to one of claims 1 to 4 for the detection of pharmacological or toxic properties of chemicals.

18. Use of the method according to one of claims 1 to 4 for measuring the porosity in a fluidized bed or a fixed bed.