DE202022106533U1

DE202022106533U1 - Device for in-vitro diagnosis of biological cell material

Info

Publication number: DE202022106533U1
Application number: DE202022106533.0U
Authority: DE
Original assignee: Azyro Sa
Current assignee: Azyro Sa
Priority date: 2022-11-22
Filing date: 2022-11-22
Publication date: 2023-01-25
Anticipated expiration: 2032-11-23

Abstract

Vorrichtung (1) zur In-Vitro-Diagnose von biologischem Zellmaterial durch Anlegen eines elektrischen Feldes an das biologische Zellmaterial, umfassend:
eine MxN-Well Platte (10) mit M-Zeilen und N-Spalten von beabstandeten Wells (5);
eine Elektrodenanordnung (20), die eine Vielzahl von Elektroden (22, 24) aufweist, die so ausgebildet und angeordnet sind, dass elektrische Felder in zumindest einem Teil der MxN-Wells (5) erzeugt werden können, wobei die Vielzahl von Elektroden (22, 24) zumindest eine Well-Elektrode (22) aufweist, die zwei Well-Elektrodenabschnitte (22a, 22b), die sich in zwei benachbarte Wells (5) erstrecken, und einen Well-Verbindungsabschnitt (22c), der die zwei Well-Elektrodenabschnitte (22a, 22b) elektrisch verbindet, umfasst;
eine Grundplatte (30), welche die MxN-Well Platte (10) bedeckt und die mindestens zwei Schlitze (32) aufweist, die so bemessen und angeordnet sind, dass die zwei Well-Elektrodenabschnitte (22a, 22b) der Well-Elektrode (22) durch die Schlitze (32) hindurchführbar sind; und
eine auf der Grundplatte (30) vorgesehene Abdeckplatte (40), die mindestens einen Schlitz (42) aufweist, in dem der Well-Verbindungsabschnitt (22c) der Well-Elektrode (22c) zumindest teilweise aufnehmbar ist.

Device (1) for in-vitro diagnosis of biological cell material by applying an electric field to the biological cell material, comprising:
an MxN-well plate (10) with M rows and N columns of spaced wells (5);
an electrode arrangement (20) which has a multiplicity of electrodes (22, 24) which are designed and arranged in such a way that electric fields can be generated in at least part of the MxN wells (5), the multiplicity of electrodes (22 , 24) has at least one well electrode (22) having two well electrode sections (22a, 22b) extending into two adjacent wells (5), and a well connecting section (22c) connecting the two well electrode sections (22a, 22b) electrically connects;
a base plate (30) which covers the MxN-Well plate (10) and which has at least two slots (32) which are dimensioned and arranged in such a way that the two well-electrode sections (22a, 22b) of the well-electrode (22 ) can be passed through the slots (32); and
a cover plate (40) provided on the base plate (30) and having at least one slot (42) in which the well-connecting section (22c) of the well-electrode (22c) can be accommodated at least partially.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur In-Vitro-Diagnose von biologischem Zellmaterial durch Anlegen eines elektrischen Feldes an das biologische Zellmaterial.The present invention relates to a device for in-vitro diagnosis of biological cell material by applying an electric field to the biological cell material.

Im menschlichen oder tierischen Körper finden manche biologische Prozesse auf elektrischem Wege statt. Zum Beispiel beruht die Funktion von Nerven- und Muskelzellen auf der Erzeugung, Übertragung und Verarbeitung von elektrischen Impulsen, die Informationen enthalten. Lediglich beispielhaft sei erwähnt, dass der Herzschlag durch elektrische Impulse ausgelöst wird, die Steuerung von Muskeln über elektrische Signale geschieht und kognitive Aktivitäten mit Gehirnströmen zusammenhängen. Hierdurch kann beispielsweise ein Blutgefäß als Übertragungsleitung für elektrische Energie dienen.In the human or animal body, some biological processes take place electrically. For example, nerve and muscle cells function by generating, transmitting, and processing electrical impulses that carry information. By way of example, it should be mentioned that the heartbeat is triggered by electrical impulses, muscles are controlled via electrical signals and cognitive activities are related to brain waves. In this way, for example, a blood vessel can serve as a transmission line for electrical energy.

Des Weiteren wurde festgestellt, dass elektrische Modelle für Gewebe, Knochen, Nerven und Proteine etc. etabliert werden können. Zum Beispiel können Proteine als Halbleiter, Gewebe und Knochen als kristalline Felder und Nerven und Muskeln als elektrische Leiter agieren, die elektromagnetische Signale weiterleiten. Auf Zellniveau wird wegen der gegebenen Permeabilität und der Transporteigenschaften einer Zellmembran eine ungleichmäßige lonenverteilung und so eine Ladungsverteilung zwischen Zellinnerem und Zelläußerem aufrechterhalten, was zu einem Membranpotential führt. Diesbezüglich wurde festgestellt, dass die Zellmembran durch ein elektrisches Modell beschrieben werden kann, das verschiedene ionische und elektromotorische Kräfte parallel zu einem Kondensator umfasst.Furthermore, it was found that electrical models for tissue, bones, nerves and proteins etc. can be established. For example, proteins can act as semiconductors, tissues and bones as crystalline fields, and nerves and muscles as electrical conductors that carry electromagnetic signals. Due to the given permeability and the transport properties of a cell membrane, an uneven ion distribution and thus a charge distribution between the cell interior and cell exterior is maintained at the cell level, which leads to a membrane potential. In this regard, it was found that the cell membrane can be described by an electrical model involving various ionic and electromotive forces parallel to a capacitor.

Krankheiten im menschlichen oder tierischen Körper, insbesondere solche, die von Pathogenen ausgelöst werden, wie zum Beispiel Bakterien, Parasiten, Pilzen, Viren, beruhen zumindest teilweise auf Strukturen, wie zum Beispiel Proteinen, DNA, Zellen, die durch extern angelegte elektrische und/oder elektromagnetische Felder elektrisch und/oder elektromagnetisch beeinflusst oder zumindest stimuliert werden können.Diseases in the human or animal body, especially those caused by pathogens, such as bacteria, parasites, fungi, viruses, are based at least in part on structures such as proteins, DNA, cells, by externally applied electrical and / or electromagnetic fields can be influenced or at least stimulated electrically and/or electromagnetically.

Vor der Behandlung von Krankheiten unter Verwendung elektrischer und/oder elektromagnetischer Felder müssen Testexperimente unter Laborbedingungen und auf statistisch relevante und zuverlässige Weise durchgeführt werden, um die Wirksamkeit einer solchen Behandlung testen zu können.Before treating diseases using electric and/or electromagnetic fields, test experiments must be carried out under laboratory conditions and in a statistically relevant and reliable manner in order to be able to test the effectiveness of such treatment.

Es besteht deshalb ein Bedarf für eine Vorrichtung, die das In-Vitro-Testen und die In-Vitro-Diagnose von biologischem Zellmaterial unter dem Einfluss elektrischer Felder auf statistisch relevante und wiederholbare Weise unabhängig vom Labormitarbeiter ermöglicht.There is therefore a need for a device that enables in vitro testing and diagnosis of biological cellular material under the influence of electric fields in a statistically relevant and repeatable manner independently of the laboratory worker.

Diese und möglicherweise andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch den Gegenstand des Schutzanspruches 1 gelöst. Optionale oder bevorzugte Merkmale sind in den abhängigen Schutzansprüchen angegeben.This and possibly other objects of the present invention are solved by the subject-matter of claim 1 protection. Optional or preferred features are specified in the dependent claims.

Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung zur In-Vitro-Diagnose von biologischem Zellmaterial durch Anlegen eines elektrischen Feldes an das biologische Zellmaterial bereitgestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine MxN-Well Platte mit M-Zeilen und N-Spalten von beabstandeten Wells; eine Elektrodenanordnung, die eine Vielzahl von Elektroden aufweist, die so ausgebildet und angeordnet sind, dass elektrische Felder in zumindest einem Teil der MxN-Wells erzeugt werden können, wobei die Vielzahl von Elektroden zumindest eine Well-Elektrode aufweist, die zwei Well-Elektrodenabschnitte, die sich in zwei benachbarte Wells erstrecken, und einen Well-Verbindungsabschnitt, der die zwei Well-Elektrodenabschnitte elektrisch verbindet, umfasst; eine Grundplatte, welche die MxN-Well Platte bedeckt und die mindestens zwei Schlitze aufweist, die so bemessen und angeordnet sind, dass die zwei Well-Elektrodenabschnitte der Well-Elektrode durch die Schlitze hindurchführbar sind; und eine auf der Grundplatte vorgesehene Abdeckplatte, die mindestens einen Schlitz aufweist, in dem der Well-Verbindungsabschnitt der Well-Elektrode zumindest teilweise aufnehmbar ist.According to the invention, a device for in-vitro diagnosis of biological cell material is provided by applying an electric field to the biological cell material. The device according to the invention comprises an MxN-well plate with M-rows and N-columns of spaced-apart wells; an electrode arrangement which has a multiplicity of electrodes which are designed and arranged in such a way that electric fields can be generated in at least part of the MxN wells, the multiplicity of electrodes having at least one well electrode which has two well electrode sections, that extend into two adjacent wells, and a well connection portion that electrically connects the two well electrode portions; a base plate which covers the MxN-well plate and which has at least two slots which are dimensioned and arranged such that the two well-electrode sections of the well-electrode can be passed through the slots; and a cover plate provided on the base plate and having at least one slit in which the well-connecting portion of the well-electrode is at least partly receivable.

Vorzugsweise sind die in der Grundplatte vorgesehenen Schlitze passgenau zu den Well-Elektrodenabschnitten ausgebildet.Preferably, the slits provided in the base plate are designed to fit the corrugated electrode sections with a precise fit.

Noch bevorzugter ist der in der Abdeckplatte vorgesehene Schlitz zu einem Ende des Schlitzes hin verjüngt ausgebildet.More preferably, the slot provided in the cover plate is tapered toward one end of the slot.

Bevorzugt weist die Elektrodenanordnung (MxN)-N-Well-Elektroden auf.The electrode arrangement preferably has (MxN) N-well electrodes.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Elektrodenanordnung des Weiteren 2N Anschlusselektroden auf, die einen in ein Well hineinragenden Well-Elektrodenabschnitt und einen mit einer Spannungsquelle verbindbaren Anschlusselektrodenabschnitt aufweist.According to a further preferred embodiment of the invention, the electrode arrangement also has 2N connection electrodes, which have a well electrode section protruding into a well and a connection electrode section that can be connected to a voltage source.

Vorteilhaft ist es, wenn MxN Well-Platte kreisrunde Wells aufweist.It is advantageous if the MxN well plate has circular wells.

Ebenso ist es von Vorteil, wenn die Well-Elektroden zumindest abschnittsweise kreisbogenförmig ausgebildet sind.It is also advantageous if the corrugated electrodes are designed in the shape of a circular arc, at least in sections.

Vorzugsweise sind die Well-Elektroden zumindest abschnittsweise planar ausgebildet.The corrugated electrodes are preferably designed to be planar, at least in sections.

Noch bevorzugter sind die Grundplatte und die Abdeckplatte aus einem transparenten Material hergestellt.More preferably, the base plate and the cover plate are made of a transparent material.

Weiterhin bevorzugt ist die MxN Well-Platte eine 4x6 Well-Platte.Furthermore, the MxN well plate is preferably a 4x6 well plate.

Die Erfindung wird nun rein beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben, von denen

1 eine Drausicht auf eine Multi-Well-Platte mit dazugehöriger Elektrodenanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 eine vertikale Querschnittsansicht einer Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
3 eine Draufsicht auf eine Grundplatte und eine Abdeckplatte der in 2 gezeigten Vorrichtung;
4 eine Multi-Well-Platte mit planaren Elektroden zeigt;
5 eine Multi-Well-Platte mit kreisbogenförmigen Elektroden zeigt; und
6 eine vertikale Querschnittsansicht einer Anschlusselektrode und einer Well-Elektrode darstellt.

The invention will now be described purely by way of example with reference to the accompanying figures, of which

1 shows a plan view of a multi-well plate with associated electrode arrangement according to a preferred embodiment of the invention;
2 Figure 1 shows a vertical cross-sectional view of a device according to a preferred embodiment of the invention;
3 a plan view of a base plate and a cover plate in 2 device shown;
4 Figure 12 shows a multi-well plate with planar electrodes;
5 Figure 12 shows a multi-well plate with arc-shaped electrodes; and
6 FIG. 12 is a vertical cross-sectional view of a terminal electrode and a well electrode.

1 zeigt in schematischer Weise eine Draufsicht auf eine Multi-Well-Platte 10, die in diesem Fall M Zeilen und N Spalten von zueinander beabstandeten Wells 5 umfasst. Diese 24-Well-Platte 10 dient zur In-Vitro-Diagnose von biologischem Zellmaterial, das sich in den Kavitäten der einzelnen Wells 5 befindet. Für die Zwecke der In-Vitro-Diagnose wird an das biologische Zellmaterial in jedem Well 5 ein elektrisches Feld mittels einer Elektrodenanordnung 20 erzeugt. Die Elektroden 22 in der ersten Spalte sind dabei an positives Potential und die Elektroden 22 in der letzten Spalte an ein negatives Potential angelegt. Aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit des biologischen Zellmaterials wird nun ein Feld innerhalb der dunkel schattierten Wells 5 erzeugt, die auch als „aktive Wells“ bezeichnet werden können. Die in der ersten und der letzten Spalte angeordneten Wells 5 sind hingegen bei der in 1 dargestellten Elektrodenanordnung 20 „inaktive Wells“, da hier kein elektrisches Feld erzeugt wird. 1 FIG. 12 schematically shows a plan view of a multi-well plate 10, which in this case comprises M rows and N columns of wells 5 spaced apart from one another. This 24-well plate 10 is used for in-vitro diagnosis of biological cell material that is in the cavities of the individual wells 5 . For the purposes of in-vitro diagnosis, an electric field is generated on the biological cell material in each well 5 by means of an electrode arrangement 20 . The electrodes 22 in the first column are connected to a positive potential and the electrodes 22 in the last column are connected to a negative potential. Because of the electrical conductivity of the biological cell material, a field is now generated within the darkly shaded wells 5, which can also be referred to as “active wells”. In contrast, the wells 5 arranged in the first and the last column are in 1 illustrated electrode arrangement 20 "inactive wells", since no electric field is generated here.

2 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht, d.h. einen Schnitt in vertikaler Richtung, durch eine Vorrichtung 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die Multi-Well-Platte 10 weist in dem in 2 stark vereinfachten Beispiel zwei Wells 5 auf. Eine Well-Elektrode 22 umfasst hierbei zwei Well-Elektrodenabschnitte 22a, 22b, von denen jeweils ein Elektrodenabschnitt 22a, 22b in ein Well 5 hineinragt. Die Well-Elektrodenabschnitte 22a, 22b sind oberhalb der Multi-Well-Platte 10 über einen Well-Verbindungsabschnitt 22c elektrisch miteinander verbunden. 2 FIG. 1 shows a vertical cross-sectional view, ie a section in the vertical direction, through a device 1 according to a preferred embodiment of the invention. The multi-well plate 10 has in the 2 highly simplified example of two wells 5. In this case, a corrugated electrode 22 comprises two corrugated electrode sections 22a, 22b, of which an electrode section 22a, 22b protrudes into a well 5 in each case. The well electrode portions 22a, 22b are electrically connected to each other above the multi-well plate 10 via a well connection portion 22c.

Für den einfacheren Zusammenbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 wird eine Grundplatte 30 (siehe 3) verwendet, die zwei Schlitze 32 umfasst. Durch die Schlitze 32 können die Well-Elektrodenabschnitte 22a, 22b hindurchgeführt werden, so dass lediglich der Well-Verbindungsabschnitt 22c auf der Oberseite der Grundplatte 30 zu liegen kommt. Zur Fixierung der Well-Elektroden 22 dient eine Abdeckplatte 40 (siehe 3), die oberhalb der Grundplatte 30 angeordnet wird und ebenfalls wiederum einen Schlitz 42 aufweist. Dieser Schlitz 42 ist zu einem Ende des Schlitzes hin verjüngt ausgebildet, d.h. die Breite des Schlitzes 42 variiert über die Längserstreckung des Schlitzes 42. Durch die Geometrie des Schlitzes 42 kann durch Verschieben der Abdeckplatte 40 in Längsrichtung des Schlitzes 42 die Well-Elektrode 22 innerhalb des Schlitzes 42 verklemmt und dadurch fixiert werden.For easier assembly of the device 1 according to the invention, a base plate 30 (see 3 ) is used, which includes two slots 32. The well electrode sections 22a, 22b can be passed through the slits 32, so that only the well connection section 22c comes to rest on the upper side of the base plate 30. A cover plate 40 is used to fix the well electrodes 22 (see 3 ), which is arranged above the base plate 30 and also in turn has a slot 42. This slot 42 tapers towards one end of the slot, ie the width of the slot 42 varies over the longitudinal extension of the slot 42. Due to the geometry of the slot 42, by moving the cover plate 40 in the longitudinal direction of the slot 42, the well electrode 22 can be positioned inside of the slot 42 are clamped and thereby fixed.

Die Grundplatte 30 sowie die Abdeckplatte 40 haben Abmessungen, die der Well-Platte 10 entsprechen. Damit wird die Gefahr der Verunreinigung des in den Wells befindlichen biologischen Zellmaterials minimiert.The base plate 30 and the cover plate 40 have dimensions that correspond to the well plate 10 . This minimizes the risk of contamination of the biological cell material in the wells.

Wie in 4 und 5 zu sehen ist, können die Well-Elektroden 22 einerseits zumindest abschnittsweise planar (4) und andererseits zumindest abschnittsweise bogenförmig (5) ausgebildet sein. Die Well-Elektroden 22 in 5 besitzen vorzugsweise eine S-Form, wobei die Krümmung der Well-Elektroden 22 dem Krümmungsradius der kreisrunden Wells 5 der Multi-Well-Platte 10 entspricht. Bei den in 4 und 5 gezeigten Anordnungen gibt es nur „aktive Wells“. Die zumindest abschnittsweise planaren Well-Elektroden 22 erzeugen ein Feld, das im Vergleich zu dem von den zumindest abschnittsweise bogenförmig ausgebildeten Well-Elektroden 22 erzeugten Feld homogener ist, während hingegen der Prozentanteil des in dem jeweiligen Well befindlichen Fluids, der dem elektrischen Feld ausgesetzt ist, bei den kreisbogenförmigen Well-Elektroden 22 höher ist als bei den planaren Well-Elektroden 22.As in 4 and 5 can be seen, the corrugated electrodes 22 can, on the one hand, be at least partially planar ( 4 ) and on the other hand at least partially arcuate ( 5 ) be trained. The well electrodes 22 in 5 preferably have an S-shape, the curvature of the well electrodes 22 corresponding to the radius of curvature of the circular wells 5 of the multi-well plate 10 . At the in 4 and 5 shown arrangements, there are only "active wells". The at least partially planar corrugated electrodes 22 generate a field that is more homogeneous compared to the field generated by the at least partially arcuate corrugated electrodes 22, while the percentage of the fluid in the respective well that is exposed to the electric field , is higher in the case of the circular-arc-shaped corrugated electrodes 22 than in the case of the planar corrugated electrodes 22.

In 6 ist nochmals in einer vertikalen Querschnittsansicht die Well-Elektrode 22 gezeigt. Zusätzlich ist eine Anschlusselektrode 24 dargestellt, die einen in einen Well 5 ragenden Elektrodenabschnitt 24a sowie einen Anschlusselektrodenabschnitt 24d umfasst, der so ausgebildet ist, dass er an eine Spannungsquelle angeschlossen werden kann. Die Anschlusselektroden 24 sind in der ersten und letzten Zeile der Multi-Well-Platte 10 vorgesehen.In 6 the corrugated electrode 22 is shown again in a vertical cross-sectional view. In addition, a connection electrode 24 is shown, which comprises an electrode section 24a projecting into a well 5 and a connection electrode section 24d, which is designed in such a way that it can be connected to a voltage source. The terminal electrodes 24 are provided in the first and last rows of the multi-well plate 10 .

Die Elektroden 22, 24 sind vorzugsweise aus Titan hergestellt. Die Abdeckplatte 40 und die Grundplatte 30 sind vorzugsweise aus einem transparenten Material, beispielsweise Plexiglas, gefertigt.The electrodes 22, 24 are preferably made of titanium. The cover plate 40 and the base plate 30 are preferably made of a transparent material, such as Plexiglas.

Claims

Device (1) for in-vitro diagnosis of biological cell material by applying an electric field to the biological cell material, comprising: an MxN-well plate (10) with M rows and N columns of spaced wells (5); an electrode arrangement (20) which has a multiplicity of electrodes (22, 24) which are designed and arranged in such a way that electric fields can be generated in at least part of the MxN wells (5), the multiplicity of electrodes (22 , 24) has at least one well electrode (22) having two well electrode sections (22a, 22b) extending into two adjacent wells (5), and a well connecting section (22c) connecting the two well electrode sections (22a, 22b) electrically connects; a base plate (30) which covers the MxN-Well plate (10) and which has at least two slots (32) which are dimensioned and arranged in such a way that the two well-electrode sections (22a, 22b) of the well-electrode (22 ) are passable through the slots (32); and a cover plate (40) provided on the base plate (30) and having at least one slot (42) in which the well-connecting section (22c) of the well-electrode (22c) can be accommodated at least partially.

Device (1) after claim 1 , wherein the slots (32) provided in the base plate (30) are formed to fit the corrugated electrode sections (22a, 22b) precisely.

Device (1) after claim 1 or 2 wherein the slot (42) provided in the cover plate (40) tapers towards one end of the slot (42).

Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the electrode arrangement (20) comprises (MxN) N-well electrodes (22).

Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the electrode arrangement (20) further has 2N connection electrodes (24) which have a well electrode section (24a) protruding into a well and a connection electrode section (24d) which can be connected to a voltage source.

Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the MxN well plate (10) has circular wells (5).

Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the corrugated electrodes (22) are designed in the shape of a circular arc at least in sections.

Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the corrugated electrodes (20) are of planar design at least in sections.

A device (1) according to any one of the preceding claims, wherein the base plate (30) and the cover plate (40) are made of a transparent material.

A device (1) according to any one of the preceding claims, wherein the MxN well plate is a 4x6 well plate (10).