DE202006009787U1

DE202006009787U1 - Anordnung zur Schaffung von räumlichen Strukturen aus organischen Zellen

Info

Publication number: DE202006009787U1
Application number: DE200620009787
Authority: DE
Original assignee: Wilden AG
Current assignee: Gerresheimer Regensburg GmbH
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2006-06-22
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2016-06-23

Abstract

Anordnung zur Schaffung von räumlichen Strukturen aus organischen Zellen, bestehend aus wenigstens einem offenporigen, von Zellen durchwachsungsfähigen Zellenträger (4) mit einer Gestalt im Wesentlichen entsprechend der gewünschten räumlichen Zellstruktur, in den die Zellen von aussen über an den äusseren Oberflächen des Zellenträgers freiliegenden Poren einwachsen können, und einer gefässartigen Aufnahme (3) für den Zellenträger mit einer Bodenwand (6) und Zutrittsöffnung (5), in die eine Zell- und/oder Nährstoffsuspension einfüllbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellenträger (4) die Aufnahme (3) in wenigstens ein Paar Kammerbereiche (10, 11) unterteilt, die zum gegenseitigen Austausch von Zell- und/oder Nährstoffsuspension miteinander verbunden sind, so dass der Zellenträger an seinen den jeweiligen Kammerbereichen zugewandten Oberflächen der Zell- und/oder Nährstoffsuspension aussetzbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Schaffung von räumlichen Strukturen aus organischen Zellen gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bekannt sind Zellwachstumsanordnungen ( EP 0 751 215 A , EP 0 552 412 A , WO 95/24464, WO 99/45096), bei denen am Boden eines napfförmigen Zellwachstumsgefässes Erhebungen, wie Rillen, Höcker, Ausbuchtungen etc. vorgesehen sind. Von der unebenen Beschaffenheit des Bodens verspricht man sich ein Zellwachstum mit erhöhter Ausbeute und Geschwindigkeit. Die erhaltenen Zellkulturen zeichnen sich im Wesentlichen durch eine flächige Konfiguration mit nur geringer Ausdehnung in Dickenrichtung aus. Bekannt ist es ferner (DE 10 2004 039762 A, EP 0 420 171 A ) Wachstum von Zellen in einem Träger oder Substrat aus einem offenporigen Schaumstoffmaterial, in das die Zellen hinein wachsen können. Auf diese Weise lassen sich dreidimensionale Zellstrukturen mit einer Konfiguration entsprechend derjenigen des Zellenträgers herstellen, indem die an einer Oberfläche des Zellenträgers freiliegenden Poren einer Zellsuspension ausgesetzt werden. Von der Oberfläche aus werden die inneren Poren des Zellenträgers allmählich von Zellen durchwachsen. Je nach den räumlichen Abmessungen des Zellenträgers und den herrschenden Wachstumsbedingungen kann für das vollständige Durchwachsen des Zellenträgers eine erhebliche Zeitdauer verstreichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zellwachstumsanordnung der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, die bei einfachem Aufbau die Bildung räumlicher Zellstrukturen unter verkürzter Zeit ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 in überraschend einfacher und effektiver Weise gelöst. Die erfindungsgemässe Anordnung ermöglicht es, dass das dreidimensionale Schaumstoffgerüst oder der Zellenträger mit einer Zellensuspension von mehreren Oberflächen aus gleichzeitig beaufschlagt werden kann, so dass das Zellwachstum von sämtlichen beaufschlagten Oberflächen des Zellenträgers aus stattfindet und dadurch der Zellenträger in verkürzter Zeit von Zellen durchwachsen werden kann. Förderlich für das Wachstum ist es ausserdem, dass gleichzeitig wachstumsfördernde Nährstoffsuspensionen ebenfalls von mehreren Oberflächen des Zellenträger aus den Zellen zugeführt und in ebenso effektiver Weise beim Zellwachstum anfallende Stoffwechselprodukte abgeführt werden können. Die erfindungsgemässe Anordnung lässt sich problemlos als Mehrfachanordnung ausgestalten und in wirtschaftlicher Weise durch Spritzgiessen eines geeigneten Kunststoffmaterials bereitstellen. Vorzugsweise erfolgt die Beaufschlagung einer mit Zellenträgern der genannten Art versehenen Mehrfachanordnung mittels einer zentralen Versorgungseinrichtung mit Verbindungspassagen zwischen einem Vorrat für die Zell-/Nährstofflösung und den Aufnahmen der einzelnen Anordnungen. In analoger Weise kann die Abführung von in den Aufnahmen befindlicher Zell-/Nährstofflösung in einen Entsorgungsbehälter durch Anlegen einer Saugkraft an die Verbindungspassagen oder durch Einführen eines saugfähigen Elementes in die Aufnahmen der Anordnungen vorgenommen werden. Bezüglich weiterer Ausgestaltungen der Erfindung kann auf die Ansprüche venrwiesen werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 in einer perspektivischen Teilansicht eine eine Vielzahl von Einzelanordnungen umfassende Mehrfachanordnung gemäss einer Ausführungsform der Erfindung mit weggelassener Zell-/Nährstofflösung-Versorgungs-einrichtung,
2 eine geschnittene Teilansicht längs der Schnittlinie II-II in 1 zusammen mit einer fragmentarisch gezeigten Bodenplatte einer Versorgungseinrichtung;
3 eine Draufsicht auf die Mehrfachanordnung nach 1 mit aufgesetzter Versorgungseinrichtung zur gleichzeitigen Versorgung aller Einzelanordnungen mit der Zell-/Nährstofflösung; und
4 eine geschnittene Ansicht längs der Schnittlinie IV-IV nach 3.
Obschon die Erfindung nachfolgend in Verbindung mit einer eine Vielzahl von Einzelanordnungen aufweisenden Mehrfachanordnung beschrieben wird, versteht es sich, dass sie auf eine Mehrfachanordnung nicht beschränkt ist, sondern nur eine Einzelanordnung ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, weist die Mehrfachanordnung eine Vielzahl von Einzelanordnungen auf, die das allgemeine Bezugszeichen 2 tragen und in einer geeigneten Aufteilung an einem plattenförmigen Basisteil 1 vorgesehen sind. Jede Einzelanordnung 2 umfasst in dem plattenförmigen Basisteil 1 ausgeformte Vertiefungen oder Aufnahmen 3, in denen jeweils ein Zellenträger 4 in bestimmter Weise angeordnet ist, wie dies nachfolgend noch näher erläutert wird.
Vorzugsweise ist der Basisteil 1 mit den Aufnahmen 3 ein einstückiges Formteil aus einem geeigneten Kunststoffmaterial. Wenn erwünscht, könnten die Aufnahmen 3 auch separate Formteile darstellen, die in entsprechende Ausnehmungen im Basisteil 1 eingelegt werden können.
Jede Aufnahme 3 hat im Querschnitt ein gefäss- oder becherartige Konfiguration mit einer Zutrittsöffnung 5, einer Bodenwand 6 und einer Umfangswand 7. An einer zwischenliegenden Stelle zwischen der Zutrittsöffnung 5 und der Bodenwand 6 können von der Innenseite der Umfangswand 7 umfänglich verteilt angeordnete geeignete Auflager oder Konsolen (nicht gezeigt) radial abragen, die den Zellenträger 4 an einer zwischenliegenden Stelle zwischen der Zutrittsöffnung 5 und der Bodenwand 6 abstützen, so dass er in einem geeigneten Abstand von der Bodenwand 6 gehalten ist. Anstelle von ein oder mehreren umfänglich verteilt angeordneten Auflagern könnte auch ein durchgehender Ringbund vorgesehen sein. Der Zellenträger 4 könnte auch durch blosse Klemmwirkung gehalten sein, z.B. wenn die Umfangswand 7 konisch ausgebildet ist.
Wie es ferner in 1 zu sehen ist, sind zwei oder mehrere in gleichem Winkelabstand voneinander angeordnete longitudinale Distanzleisten 8 vorgesehen sein, die auf der Umfangswand 7 nach innen ragend angeformt sind, um zwischen der inneren Oberfläche der Umfangswand 7 und dem äusseren Umfang des Zellenträgers 4 einen radialen Spalt zu schaffen, in dem sich die Zell-/Nährstofflösung ansammeln kann. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass der Zellenträger 4 mit Zell-/Nährstofflösung umfänglich beaufschlagt werden kann. Dies ist insbesondere bei Zellenträgern mit grossen räumlichen Abmessungen vorteilhaft. Ein derartiger Zellenträger ist in 1 gezeigt.
Der Zellenträger 4 unterteilt das Innere jeder Aufnahme 3 in einen Kammerbereich 10, der an der Zutrittsöffnung 5 nah oben, und einen Kammerbereich 11, der durch die Bodenwand 6 der Aufnahme 3 nach unten begrenzt ist. Die Kammerbereich 10,11 können gleiches oder unterschiedliches Volumen haben, je nachdem in welchem Abstand von der Bodenwand 6 der Zellenträger angeordnet ist.
Einer oder mehrere, bei der vorliegenden Ausführungsform drei, in gleichem Winkelabstand voneinander umfänglich verteilte Kanäle 9 sind in der Aufnahme 3 ausgebildet. Jeder Kanal 9 hat eine geeignete, z.B. rechteckförmige Querschnittskonfigura tion und erstreckt sich von einer Stelle an oder nahe der Bodenwand 6 bis in den oberen Kammerbereich 10, vorzugsweise bis zur Zutrittsöffnung 5 der Aufnahme 3, und ist zum Inneren der Aufnahme 3 hin offen. Vorzugsweise stellt jeder Kanal 9 eine gegenüber der inneren Oberfläche der Aufnahme 3 radial nach aussen gerichtete nutförmige Ausformung dar.
Jeder Kanal 9 erstreckt sich längs des Zellenträgers 4 und schafft eine permanente Verbindung zwischen den Kammerbereichen 10, 11 der Aufnahme 3, um zwischen diesen einen permanenten Fluidaustausch zu ermöglichen.
Beim Zellenträger 4 handelt es sich vorzugsweise um ein offenporiges Schaumstoffsubstrat, wie es in der DE 10 2004 039 762 A1 beschrieben ist, so dass auf diese Druckschrift bezüglich näherer Details Bezug genommen werden kann. Ein Merkmal dieses bekannten Substrates ist, dass es die Gestalt eines dreidimensionalen Körpers hat, dessen Poren von Zellen durchwachsen werden können, so dass eine Zellstruktur im Wesentlichen entsprechend der Konfiguration des Substrates gebildet werden kann.
Der Zellenträger 4 kann eine beliebige Konfiguration aufweisen. Die in der Zeichnung dargestellte plattenförmige Konfiguration des Zellenträgers ist nur beispielhaft.
Wenn in die Aufnahme 3 eine Suspension von Zellen über die Zutrittsöffnung 5 eingegeben wird, gelangt die Suspension nicht nur in den oberen Kammerbereich 10 sondern über die Kanäle 9 auch in den bodenseitigen Kammerbereich 11, so dass die den Kammerbereichen 10, 11 ausgesetzten Oberflächen des Zellenträgers 4 mit der Suspension beaufschlagt werden. Die Zellen in der Suspension können daher über sämtliche Oberflächen in den Zellenträger 4 gleichzeitig hinein gelangen, so dass der Zellenträger 4 von allen Oberflächen aus allmählich mit Zellen durchwachsen werden kann.
Analoge Verhältnisse liegen vor, wenn nach einer bestimmten Einwirkungszeit der Zellsuspension diese aus dem Inneren der Aufnahme 3 entfernt und durch eine Zellnährstoffsuspension ersetzt werden soll. Das Entfernen der jeweiligen Suspension aus der Aufnahme 3 kann in geeigneter Weise, z.B. durch Absaugen, erfolgen, vorzugsweise indem ein saugfähiges Element über die Kanäle 9 bis in den bodenseitigen Kammerbereich 11 der Aufnahme 3 geführt wird.
3 und 4 zeigen, wie die Aufnahmen 3 der Einzelanordnungen 2 gleichzeitig mit einer Zellsuspension bzw. Nährstoffsuspension versorgt werden können. Obschon andere diesem Zweck dienende Einrichtungen vorgesehen werden könnten, umfasst die bevorzugte und in der Zeichnung dargestellte Versorgungseinrichtung einen wannenförmigen Aufsatz 12 mit einer Vielzahl von Bohrungen oder Durchlasspassagen 13 in der Bodenwand 14. Die Bohrungen 13 sind in Bezug auf die darunterliegenden Aufnahmen 3 der Einzelanordnungen 2 ausgerichtet, wobei die Bodenwand 14 des Aufsatzes 12 die Zutrittsöffnung 5 jeder Aufnahme 3 überdecken kann.
Der Aufsatz könnte auch einen zentralen Sammelbereich für einen Vorrat an Zell- oder Nährstoffsuspension aufweisen, von dem aus über Strömungspassagen in der Bodenwand des Aufsatzes die einzelnen Aufnahmen versorgt werden.
Die beschriebene Versorgungseinrichtung ermöglicht eine gleichzeitige Zuführung von Zell- oder Nährstoffsuspension in die Aufnahmen 3 und damit in die Kammerbereiche 10, 11. Wenn erwünscht, könnte die Suspension auch mittels einer Pipette oder einer Pipetteneinrichtung gleichzeitig oder nacheinander in die Aufnahmen 3, vorzugsweise in deren Kanäle 9 eingegeben werden, so dass eine Versorgungseinrichtung 12 entfallen kann.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist pro Aufnahme je nur ein Zellenträger vorgesehen. Im Rahmen der Erfindung könnten jedoch auch mehrere Zellenträger in Abstand voneinander in einer Aufnahme angeordnet sein, so dass zwischen benach barten Zellenträger Kammerbereiche mit ausreichendem Volumen verbleiben, die sämtlich in fluidaustauschender Verbindung miteinander stehen. Auf diese Weise können in einer Aufnahme gleichzeitig mehrere dreidimensionale, ähnliche oder unterschiedliche Zellstrukturen geschaffen werden.

Claims

Anordnung zur Schaffung von räumlichen Strukturen aus organischen Zellen, bestehend aus wenigstens einem offenporigen, von Zellen durchwachsungsfähigen Zellenträger (4) mit einer Gestalt im Wesentlichen entsprechend der gewünschten räumlichen Zellstruktur, in den die Zellen von aussen über an den äusseren Oberflächen des Zellenträgers freiliegenden Poren einwachsen können, und einer gefässartigen Aufnahme (3) für den Zellenträger mit einer Bodenwand (6) und Zutrittsöffnung (5), in die eine Zell- und/oder Nährstoffsuspension einfüllbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellenträger (4) die Aufnahme (3) in wenigstens ein Paar Kammerbereiche (10, 11) unterteilt, die zum gegenseitigen Austausch von Zell- und/oder Nährstoffsuspension miteinander verbunden sind, so dass der Zellenträger an seinen den jeweiligen Kammerbereichen zugewandten Oberflächen der Zell- und/oder Nährstoffsuspension aussetzbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellenträger (4) an einer zwischenliegenden Stelle zwischen der Bodenwand (6) und Zutrittsöffnung (5) der Aufnahme (3) abgestützt ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen den Kammerbereichen (10, 11) wenigstens einen an der inneren Umfangswand (7) der Aufnahme (3) vorgesehenen longitudinalen Kanal (9) umfasst.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kanal (9) von einer Stelle an oder nahe bei der Bodenwand (6) der Aufnahme (3) aus erstreckt und an deren Zutrittsöffnung (5) ausmündet, so dass die Zell- und/oder Nährstofflösung von ausssen in den Kanal einführbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Aufnahme (3), insbesondere in deren Kammerbereichen (10, 11) ein Element zum Aufsaugen der Zell- und/oder Nährstofflösung einführbar ist.
Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (9) in der inneren Umfangswand (7) der Aufnahme (3) ausgeformt und zum Inneren der Aufnahme hin offen ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellenträger (4) in einem radialen Abstand von der Umfangswand (7) gehalten ist.
Mehrfachanordnung zur Bildung von räumlichen Strukturen aus organischen Zellen, dadurch gekennzeichnet, dass auf einem plattenförmigen Basisteil (1) eine Vielzahl von Anordnungen (2) gemäss einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 vorgesehen ist.
Mehrfachanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnungen (2) von einer gemeinsamen Vorratsquelle aus mit der Zell- und/oder Nährstofflösung beaufschlagbar sind.
Mehrfachanordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine die Anordnungen überdeckende Versorgungseinrichtung (12) mit Verbindungspassagen (13) zwischen einem Vorrat für die Zell- und/oder Nährstofflösung und den Aufnahmen (3) der Anordnungen (2).
Mehrfachanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinrichtung einen wannenartigen Aufsatz (12) mit zu den Aufnahmen (3) der Anordnungen (2) ausgerichteten Durchlassöffnungen (13) umfasst.