DE3027604A1 - Verfahren und einrichtung zur foerderung des stoffwechsels von zellen- und bakterienkulturen - Google Patents

Description

• Verfahren und Einrichtung zur Förderung des
• Stoffwechsels von Zellen- und Bakterienkulturen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung Einrichtungen zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
• Die erstellung von pharmazeutischen Wirkstoffen durch Zellen- und Bakterienkulturen in vitro gewinnt zunehmend an Bedeutung. Ein wichtiges Beispiel hierfür ist die Herstellung von Interferon, einem Wirkstoff, der von den Zellen von Warmblütern als Reaktion auf einen Virus angriff produziert wird.
• Es ist bekannt, Leukozyten und Fibroblasten (jugendliche Bindegewebszellen) in Kulturen mit einem Virus zu impfen und sie damit zur Produktion von Interferon zu veranlassen, das dann isoliert wird. Die mit dem bekannten Verfahren erzielbaren Produktionsraten reichen jedoch für eine breite therapeutische Anwendung von Interferon bei weitem nicht aus.
• Auch bei der Herstellung von Wirkstoffen durch Bakterien ist eine Erhöhung der Produktionsrate sehr erwünscht.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufyabe zugrunde, Verfahren und Einrichtungen anzugeben, mit denen der Stoffwechsel von Zellen- oder Bakterienkulturen und damit die Produktion von Wirkstoffen gesteigert werden kann. Der Begriff "Stoffwechsel" ist dabei in weitestem Sinne zu verstehen und soll vor allem auch die Reaktion der Zellen und Bakterien auf äußere Einflüsse, wie Virusinfektionen und dergleichen sowie die hierdurch stimulierte Produktion von Antikörpern oder Signalstoffen nach der Art des Interferon umfassen.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
• Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß niederfrequente magnetodynamische Felder im Frequenzbereich zwischen etwa 1 Hz und 1 kHz, insbesondere unter 100 Hz, vorzugsweise unter 40 oder 25 Hz oder sogar unter 10 Iiz, den Stoffwechsel der Zelle, insbesondere den Sauerstoffwechsel intensivieren und die oxidative Phosphorylierung zu ATP an den mitochondrialen Innenmembranen der Zelle verstärken . Das sich mit einer relativ niedrigen Frequenz ändernde Magnetfeld wirkt damit auf die Reaktionskinetik der enzymatischen Systeme der Zelle ein.
• Ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Herstellung von Interferon durch Leukozyten oder Fibroblasten. Die entsprechenden Kulturen werden erfindungsgemäß einem sich ändernden magnetischen Feld ausgesetzt. Das magnetische Feld kann ein magnetisches Wechselfeld haben, also seine Polarität mehr oder weniger periodisch umkehren, oder es kann auch ein pulsierendes magnetisches Gleichfeld sein. Die maximale Flußdichte kann z.B.
• 10 1 Tesla betragen, man kann aber auch mit Flußdichten unter 2 - 10 Tesla arbeiten.
• Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die betreffenden Kulturen bereits geraume Zeit, insbesondere eine oder mehrere Stunden, vor der Reizeinwirkung, also z.B.
• vor der Virusimpfung, mit dem niederfrequenten Magnetfeld zu behandeln. Vorzugsweise wird die Magnetfeldbehandlung auch nach der äußeren Einwirkung (Virusinfektion) während der ganzen Wirkstoffproduktion aufrecht erhalten.
• In der Zeichnung sind vcrteilhafte Ausführungsbeispiele von Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vereinfacht dargestellt.
• Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht einer ersten Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung; Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer weiten Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung, und Fig. 3 eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer dritten Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.
• Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung enthält einen C-förmigen Magnetkern 10, zwischen dessen einander gegenüberliegenden Polflächen 12 und 14 mehrere Behälter 16 angeordnet sind, die Bakterien- oder Zellenkulturen enthalten.
• Der Magnetkern 10 ist mit einer Spule 18 verbunden, die an eine nichtdargestellte Wechselstromquelle angeschlossen ist.
• Die Wechselstrom(Iuelle, die Spule 18 und der Magnetkern 10 sind so bemessen, daß zwischen den Polflächen 12 und 14 ein elektromagnetisches Wechselfeld mit einer maximalen Flußdichte von etwa 10 3 bis 10 1 Tesla auftritt. Die Frequenz des die Spule 18 speisenden Wechselstromes kann vorteilhafterweise z.B. 10 iiz betragen.
• Die Einrichtung gemäß Fig. 2 enthält zwei stabförmige Magnetkerne 20, 22, die von je einer Magnetspule 24 bzw. 26 umgeben sind. Die Magnetspulen sind jeweils an eine nichtdargestellte Wechselstromquelle angeschlossen. Zwischen einander gegenüberliegenden Polflächen 28 und 30 der Magnetkerne 20 bzw. 22 befinden sich wieder Behälter 16 mit Bakterien- oder Zellenkulturen, z.B. Leukozyten oder Fibroblasten zur herstellung von Interferon.
• Bei der Einrichtung gemäß Fig. 3 sind die Behälter 16, die die Bakterien- oder Zellenkulturen enthalten, auf einer Platte 32 aus einem ferromagnetischen Material, wie Weicheisell oder einem magnetisch weichen Ferrit angeordnet.
• Oberhalb der Behälter 16 befindet sich eine Scheibe 34, die an einer Welle 36 befestigt ist, die ihrerseits durch einen nichtdargestellten Antrieb mit einer langsamen Drehzahl, z.B.
• 1 bis 15 U/sec gedreht wird.
• An der Scheibe 34 sind eine Anzahl von Permanentmagneten 38 befestigt. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel sind sechs stabförmige Permanentmagnete 38 auf einen Kreis um die Achse der Welle 36 angeordnet. Die Achsen der Permanentmagnete 38 verlaufen parallel zur Achse der Welle 36. Die Polung der permanéntmagnete 38 kann von Perlllallellt Illagllet zu Permanentmagnet längs des Umfanges der Scheibe 34 wechseln, so daß die Kulturen beim Drehen der Scheibe 34 dann einem niederfrequenten magnetischen Wechselfeld ausgesetzt werden. Die Permanentmagnete 38 können jedoch alle in der gleichen Richtung gepolt sein, in diesem Falle werden die Kulturen in den Behältern 16 dann einem langsam pulsierenden, unipolaren Magnetfeld ausgesetzt.
• Die Behälter 16 können sich in einem Brutschrank (nicht dargestellt) befinden.
• Die Einrichtung gemäß Fig. 3 läßt sich dadurch abwandeln, daß die rotierende Scheibe 34 mit den Permanentmagneten 38 in einem unmagnetischen Gehäuse untergebracht sind, das die Eisenplatte 32 ersetzt und als Unterlage für die Kulturbehälter 16 dient.
• Bei der Einrichtung gemäß Fig. 2 können der Maynetkern 20 und die Spule 24 entfallen.
• Die Spulen 24 und 26 der Einrichtung gemäß Fig.
• 2 können mit gegenphasigen Wechsel strömen gleicher Frequenz so gespeist werden, daß sich die erzeugten Felder zwischen den Polsflächen 28 und 30 verstärken. Die Spulen 24 und 26 können jedoch auch mit gleichphasigen Wechselströmen unterschiedlicher Amplitude so gespeist werden, daß zwischen den Polflächen 28 und 30 ein unipolares Magnetfeld schwankender Amplitude entsteht.
• Vorteilhafterweise wird die Magnetfeldbehandlung der Bakterien- oder Zellkulturen mehrere Stunden vor der Impfung oder Reizung begonnen und während der ganzen Wirkstoff-Produktionsphase fortgesetzt.
• Es ist ferner vorteilhaft, den Zellen in der Kultur, insbesondere den Fibroplasten, während der Magnetfeldbehandlung zusätzlich Sauerstoff anzubieten.
• Hierzu wird der Sauerstoffpartialdruck in der Kultur im Vergleich zu dem der sonst verwendeten Gasatmosphäre, wie der gewöhnlichen atmosphärischen Luft erhöht. Der Sauerstoffanteil des Gasgemisches, das auf die Kultur einwirkt, kann also z.B.
• bis auf etwa 50 % erhöht werden.
• In vielen Fällen ist die Anwendung eines räumlich inhomogenen Magnetfeldes vorteilhaft. Bei Verwendung eines inhomogenen Magnetfeldes hat dieses zweckmäßigerweise in der Kultur mindestens teilweise (örtlich und/oder zeitlich) einen Gradienten von mehr als 10 2 Tesla /cm.
• Leerseite

Claims (12)

1. Verfahren und Einrichtung zur Förderung des Stoffwechsels von Zellen und Bakterienkulturen Patentansprüche 1. Verfahren zur Förderung des Stoffwechsels von Zellen- und Bakterienkulturen, da d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß die Kulturen einem sich mit einer niedrigen Frequenz ändernden Magnetfeld ausgesetzt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sich das Magnetfeld mit einer Frequenz unter 100Hz ändert.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sich das Magnetfeld mit einer Frequenz unter 25 Hz, insbesondere unter 10 Hz ändert.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Magnetfeld ein Wechselfeld ist.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Magnetfeld ein pulsierendes Gleichfeld ist.
6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die maximale Flußdichte des Wechselfeldes 0,2 Tesla beträgt.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die maximale Flußdichte höchstens 2 . 10-2 Tesla beträot.
8. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die räumliche Verteilung der magnetischen Flußdichte inhomogen ist und zumindest in einem Teilbereich der Kultur einen einen Gradienten von mindestens 10 2 Tesla/cm aufweist.
9. 9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e k e n n -z e i c h n e t d u r c h eine Elektromagnetanordnung mit Polen, zwischen denen mindestens ein Behälter, der eine Kultur enthält, angeordnet ist.
10. 10. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h mindestens einen Permanentmagneten, der durch eine Antriebsvorrichtung bezüglich eines Behälters, der eine Kultur enthält, beweglich ist.
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, da3 der die Kultur enthaltende Behälter auf einer Unterlage aus einem ferromagnetischen Material angeordnet ist und daß oberhalb des Behälters eine drehbare Scheibe angeordnet ist, die mindestens einen Permanentmagneten trägt, von dem mindestens ein Pol im Abstand von der Drehachse angeordnet ist.
12. 12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Anordnung zum Erzeugen eines Sauerstoffpartialdruckes in der Kultur, der über dem der normalen atmosphärischen Luft liegt.