DE3319564A1

DE3319564A1 - Verfahren zur herstellung flexibler, dauerhaltbargemachter nicht konservierter und konservierter biologischer materialien

Info

Publication number: DE3319564A1
Application number: DE19833319564
Authority: DE
Inventors: Ernst-Wilhelm Prof. Dr. Kienecker; Klaus Prof. Dr. 6650 Homburg Uhlmann
Original assignee: PFEIFFER VAKUUMTECHNIK; Arthur Pfeiffer Vakuumtechnik Wetzlar GmbH
Current assignee: Kienecker Ernst-Wilhelm Prof Dr Med 66424 Ho
Priority date: 1983-05-30
Filing date: 1983-05-30
Publication date: 1984-12-06
Also published as: JPS59222401A; ATA48984A; NL8400834A; DE3319564C2; IT1174511B; FR2546717B1; AT386926B; IT8419861A0; BE903032Q; JPH0380121B2; GB2141919A; GB2141919B; GB8412167D0; CH657502A5; FR2546717A1; US4784873A; ZA843934B

Description

ARTHUR PFEIFFER VAKUUMTECHNIK WETZLAR GMBH

Verfahren zur Herstellung flexibler, dauerhaltbargemachter nicht konservierter und konservierter biologischer Materialien

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dauerhaltbarmachung von konserviertem und nichtkonserveirtem biologischem Material bei Erhalt seiner natürlichen Größe, Konsistenz, Präparierbarkeit, Plastizität, Flexibilität sowie inneren und äußeren Struktur.

Für Lehre und Anschauungszwecke sowie museale Archivierung, insbesondere in der Anatomie, Pathologie und Biologie und ihren Randgebieten werden entweder sogenannte Feuchtpräparate oder künstliche Modelle verwendet. Feuchtpräparate weisen den Nachteil auf, daß sie stets in Konservierungsflüssigkeit aufgehoben werden müssen und nur zu Demonstrationszwecken kurzzeitig diesen Flüssigkeiten entnommen werden können. Künstliche Modelle sind Nachbildungen von natürlichen Präparaten und weisen den Mangel der ungenügenden Nachbildungstreue, unnatürlichen Konsistenz, fehlender Beweglichkeit und Nichtpräparierbarkeit auf. Für die Herstellung dauerhaft demonstrabler, natürlicher biologischer Präparate gibt es bisher zudem noch folgende Möglichkeiten:

1. Die Aufbewahrung der Materialien in konservierenden Flüssigkeiten in Glasgefäßen, sogenannte Naßpräparate,

2. die Trocknung der Präparate,

3. die Gefriertrocknung der Präparate,

4. die Paraffinierung getrockneter oder gefriergetrockneter Präparate,

5. die Einbettung kunststoffdurchtrankter Objekte in transparente Kunststoffblöcke,

6. Konservierung von Schnitten biologischer Objekte mittels eines Einschlußmittels zwischen 2 Glasträgern oder zwischen Folien,

7. Ummantelung von Präparaten mit Kunststoffen,

8. die Methode der Dauerhaltbarmachung von Präparaten durch Imprägnation der Objekte entweder direkt oder indirekt über Intermedien mittels Kunstharzen.

Die oben angegebenen Methoden stellen sich wie folgt dar: ad 1

Naßpräparate werden in einer Konservierungsflüssigkeit in Glasbehältern aufbewahrt. Die Konservierungsflüssigkeit muß in regelmäßigen Abständen erneuert werden, und das Präparat wird zu Demonstrationszwecken innerhalb des Glasgefäßes mechanisch befestigt. Bei dieser Art der Aufbewahrung von Demonstrationsmaterial besteht der Nachteil, daß die Präparate lediglich von außen betrachtet und nicht betastet und manipuliert werden können. Oberflächen- und Tiefenstrukturen erscheinen infolge der unterschiedlich brechenden Medien verzerrt. Zudem verlieren die Präparate ihre natürliche Färbung.

Die Trocknung biologischer Präparate kann nur bei kleinen Objekten durchgeführt werden, da durch die Trocknung eine Schrumpfung des Materials auftritt. Die so hergestellten Präparate weisen zudem noch den Nachteil auf, daß sie sehr leicht durch mechanische Einwirkungen beschädigt werden können.

Gefriergetrocknete biologische Präparate schrumpfen zwar im Gegensatz zu getrockneten Präparaten nicht und behalten ihre Form bei, aber sie sind

1. gegen äußere mechanische Einwirkungen außerordentlich empfindlich und

2. die Gewebskonsistenz verändert sich durch die Gefriertrocknung erheblich im Sinne einer GewebsVerhärtung.

Paraffindurchtränkte Präparate lassen eine deutliche detaillierte Oberflächendarstellung nicht zu, da Paraffin nicht transparent ist. Außerdem sind derartige Präparate stark bruchempfindlich und nur mit großem Aufwand sauber zu halten.

In Kunststoff eingebettete Präparate entsprechen in der Präparationsform den unter ad 1 beschriebenen Naßpräparaten, weisen aber gegenüber diesen den Vorteil auf, daß die Kunststoffblöcke bruchsicherer sind und das Präparat durch die Einbettung in den Kunststoff unempfindlich gegenüber äußeren Einwirkungen ist.

Schnitte von Präparaten, die zwischen Glasscheiben oder Folien verbracht werden, haben den Nachteil der starken Bruchgefährdung und der geringen Flexibilität.

Gemäß US-Patentschrift 26 98809 gibt es ein Verfahren zur äußerlichen Einbettung von biologischen Materialen, bei der unter guter Farberhaltung die Präparate von Kunststoff umhüllt werden. Das Einbettungsmittel dringt bei dieser Behandlungsmethode nicht in das Präparat ein (Lit. Science Bd. 54, 49-50, 1941). Durch die Aushärtung bedingt, werden solchermaßen behandelte Objekte in ihrer Konsistenz verfestigt, verlieren ihre Plastizität und sind nachträglich nicht mehr zu präparieren.

Die in der deutschen Patentschrift 27 10147.9-41 angegebenen Methoden zur Dauererhaltung von Präparaten aus biologisch-verweslichen Objekten und Verfahren zu ihrer Herstellung sind geeignet, deren freigelegte Oberflächen zu demonstrieren. Die Präparate können ertastet und auch mit der Lupe betrachtet werden. Sie weisen allerdings den Nachteil auf, daß nach der Herstellung des Präparates eine Präparation, d.h., eine weitere systematische Zerlegung der Präparate, nicht möglich ist, die Konsistenz des Präparates nicht mehr seiner ursprünglichen entspricht, die Plastizität und Flexibilität des Gewebes sich erheblich von seinem Ursprungszustand verändert haben und die Herstellungsmethode über Intermedien oder andere Lösungsmittel sowie die Einbettung in Kunststoffmittel sehr zeitaufwendig, kostspielig und mit einem Unsicherheitsfaktor bei der gleichmäßigen Herstellung von Präparaten, bedingt durch die verschiedene Aushärtung von Kunststoffen in • Folge geringfügiger Änderungen der Kunstharzkomponentenmengen, behaftet sind.

Alle bekannten und vorgenannten Methoden zur Dauerhaltbarmachung von biologischen Objekten sind mit Mängeln behaftet, da es bei ihnen zu einer Veränderung der Konsistenz infolge einer Gewebshomogenisierung durch die Einbettungsmittel, verbunden mit einem mehr oder weniger starken Verlust der Plastizität und Flexibilität kommt. Außerdem ist eine nachträgliche Präparation der so behandelten biologischen Präparate nicht mehr möglich. Die Herstellungsmethoden sind zudem technisch sehr aufwendig und durch die Verwendung von speziellen Chemikalien zur Imprägnation und Einbettung sehr kostenintensiv.

Die vorliegende Erfindung soll dazu dienen, unbegrenzt haltbare biologische Präparate, die in ihrer Größe, Konsistenz, Plastizität, Präparierbarkeit, Flexibilität und inneren und äußeren Struktur dem natürlichen Zustand entsprechen, außerordentlich kostengünstig herzustellen. Dabei soll zudem die Größe der zu behandelnden Objekte keinen limitierenden Faktor für das Verfahren darstellen.

Die biochemische und technische Lehre bildet die Grundlage für die Lösung dieser Aufgabenstellung. So liegt der entscheidende Punkt für die Dauerhaltbarmachung von biologischen Materialien in dem vollständigen Entzug des Gewebewassers und eventueller Konservierungsmittel, so daß keine weiteren Stoffwechselprozesse das Gewebe nachträglich verändern können. Da der Entzug des Gewebswas&ers und eventueller Konservierungsmittel über die Trocknung, Gefriertrocknung oder durch Austausch über Intermedien mit anschließender Kunststoffeinbettung zu Konsistenz-, Größen- sowie Plastizitätsund Flexibilitätsveränderungen führen, sind solche Techniken für die Lösung des Problems nicht geeignet. Außerdem steht neben der Forderung des Entzugs des Gewebewassers und e.ventueller Konservierungsmittel noch das Problem der Einbringung eines konsistenz- und flexibilitätsneutralen Einbettungsmediums in das biologische Präparat, welches außerdem jederzeit, wenn es gewünscht wird, wieder entfernbar sein muß. Diese Forderungen setzen erstens voraus, daß das Einbettungsmedium in jedem beliebigen Verhältnis mit Wasser mischbar sein muß, und zweitens eine direkte molekulare Substitution durch

das Einbettungsmedium gegen das zu entfernende Gewebswasser und evtl. Konservierungsmittel gegeben sein muß. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß durch direkte molekulare Substitution das Gewebswasser und eventuell vorhandene Konservierungsmittel ohne Intermedium oder Lösungsmittel und ohne Entfernung der Gewebelipide durch wasserlösliche Imprägnationsmittel unter Vakuum ersetzt wird.

Als Einbettungsmedium eignet sich für dieses Problem in besonderer Weise Polyäthylenglykol, das weiterhin den Vorteil aufweist, in verschiedenen Molekulargewichten und damit unterschiedlichen Konsistenzen, die wärmeabhängig während der molekularen Substitution gesteuert werden können, angewandt werden zu können. Ein weiterer Vorteil des Polyäthylenglykols ist seine Kostengünstigkeit. Das Problem der molekularen Substitution läßt sich nun durch die Tatsache lösen, daß das Gewebswasser und eventuelle Konservierungsflüssigkeiten einen wesent-• lieh niedrigeren Dampfdruck besitzen als Polyäthylenglykol. Dadurch besteht die Möglichkeit der direkten Destillation des Gewebewassers und eventueller Konservierungsflüsigkeiten und dem sofortigen molekularen Ersatz durch Polyäthylenglykol. Dies verhindert eine Volumen- und Konsistenzänderung der so behandelten biologischen Objekte. Da Polyäthylenglykol eine chemisch inerte Substanz ist, werden außerdem keine sekundären chemischen Veränderungen an den Präparaten hervorgerufen wie bei den bislang bekannten Methoden. Dies hat zur Folge, daß eine volle Originaltreue des Präparates mit dieser Methode erreicht wird.

Die molekulare Substitution setzt eine Destillation des Gewebswassers und eventueller Konservierungsflüssigkeiten voraus. Dieses wird durch eine ständige negative Störung des Partialdruckgefälles für das Gewebswasser und eventueller Konservierungsmittel bewerkstelligt. Beschleunigen kann man diesen Prozeß der Destillation des Gewebswassers und eventueller Konservierungsmittel und seine molekulare Substitution durch Polyäthylenglykol, wenn man ihn im Vakuum ablaufen läßt.

Die Anwendung eines Vakuums führt zu einer expontentiellen Steigerung der Geschwindigkeit der molekularen Substitution je nach Dampfdruckgefälle des Gewebswassers und eventueller Konservierungsflüssigkeiten in Abhängigkeit der Saugleistung der verwendeten Vakuumpumpen. Die Anwendung dieser Technik hat weiterhin zur Folge, daß das Gewebswasser und eventuelle Konservierungsflüssigkeiten auch aus dem überschüssigen Einbettungsmedium (Polyäthylenglykol) entfernt werden, so daß dieses in Reinform erhalten bleibt und somit ohne Verlust weiterverwandt werden kann. Da nach der Durchführung der molekularen Substitution keine weitere Behandlung notwendig ist, wie z.B. Polymerisation, die bei anderen bekannten Methoden verwandt wird, tritt auch keine weitere Schrumpfung oder Konsistenzveränderung ein. Somit stellt das zuvor beschriebene Verfahren zur Dauerhaltbarmachung nicht konservierter und konservierter biologischer Materialien ein bisher nicht gekanntes Optimum zur Erhaltung der natürlichen Größe, Konsistenz, Präparierbarkeit, Plastizität, Flexibilität, inneren und äußeren Struktur dar. Es muß besonders hervorgehoben werden, daß insbesondere die Beweglichkeit von gelenkigen Verbindungen voll erhalten bleibt, was bislang bei Dauerpräparaten überhaupt nicht möglich war, da alle bisher bekannten Methoden eine Schrumpfung und Härtiing der gelenkeigenen Weichteile zur Folge hatten.

Nicht unerheblich ist weiterhin die Eigenschaft des PoIyäthylenglykols im Gegensatz zu Konservierungs- und Kunstharzeinbettungsmitteln nicht gesundheitsschädlich zu sein. Dies bedeutet einen einfachen und komplikationslosen Umgang solchermaßen behandelten Materials für den Benutzer.

Die praktische Anwendung der Erfindung wird nachstehend an Beispielen beschrieben:

1. Herstellung eines voll beweglichen Funktionspräparates eines menschlichen Kniegelenkes

Das Kniegelenk einer formalinfixierten Präpariersaalleiche wird zu einem Bänderpräparat verarbeitet. Ohne weitere Vorbehandlung wird dieses in einen druckfesten Behälter verbracht, der teilweise mit flüssigem Polyäthylenglykol 400 gefüllt ist, und darin untergetaucht. Der luftdicht verschlossene Behälter wird mit einer Vakuumpumpe über mehrere Stunden bis zur kompletten Substitution des Wassers durch Polyäthylenglykol evakuiert. Das nunmehr polyäthylenglykol-durchtränkte Präparat wird aus dem Behälter entnommen und auf einer saugfähigen Unterlage gelagert, bis das außen anhängende überschüssige Polyäthylenglykol vollständig abgelaufen ist. Zur Schönung und Versiegelung der Oberfläche kann das Präparat mit PVC-Spray übersprüht werden.

2. Herstellung eines flexiblen Organpräparates vom Herz

Zur Präparation eines formalinfixierten Herzens mit Darstellung der oberflächlichen Muskulatur und der Kranzgefäße werden Wandung der Vorhöfe zum Aufklappen eingeschnitten. Ohne weitere Vorbehandlung wird dieses Feuchtpräparat, wie unter 1. bechreiben, behandelt.

3. Herstellung eines präparierfähigen dauerhaltbar gemachten Fußpräparates

Ein formalinkonservierter amputierter Fuß wird, wie unter 1. beschrieben, behandelt und anschließend auf die übliche Weise anatomisch präpariert. Die Präpariereigenschaften der Gewebe sind gegenüber einem nur formalin-fixierten Feuchtpräparat in folgenden Punkten erheblich verbessert:

a) Das Fettgewebe ist stabilisiert, so daß kaum noch Fettausfluß, wie sonst üblich, besteht.

b) Das Nervengewebe ist reißfester geworden und läßt sich bis in die einzelnen Nervenfasern zergliedern, so daß selbst feinste Nervenzweige bis weit in die Peripherie dargestellt werden können. Dies ist bei den herkömmlichen Präparaten nicht möglich.

c) Das lockere Bindegewebe erscheint seinem natürlichen Aufbau entsprechend feinfaserig und ist nicht homogen sulzig, wie bei den üblichen Präparaten.

d) Die Blutgefäße erscheinen infolge der Stabilisierung ihrer Wandstrukturen wieder in ihrer natürlichen drehrunden Form, sind also nicht wie in den üblichen Feuchtpräparaten kollabiert.

e) Die Muskulatur gewinnt fast die braunrote Farbe des lebenden Gewebes zurück, während die normal konservierten Präparate stark abgeblaßt sind.

f) Alle übrigen Gewebestrukturen sind ebenfalls besser präparier- und darstellbar.

Claims

ARTHUR PFEIFFER VAKUUMTECHNIK WETZLAR GMBH

Verfahren zur Herstellung flexibler, dauerhaltbargemachter nicht konservierter und konservierter biologischer Materialien

Patentansprüche;

Verfahren zur Herstellung flexibler, dauerhaltbargernachter, nichtkonservierter und konservierter biologischer Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß durch direkte molekulare Substitution das Gewebewasser und eventuell vorhandene Konservierungsmittel ohne Intermedium oder Lösungsmittel und ohne Entfernung der Gewebelipide durch wasserlösliche Impragnationsmittel ersetzt werden, die keiner Nachbehandlung mehr bedürfen.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebewasser und eventuell vorhandene Konservierungsmittel unter Vakuum durch wasserlösliche Impragnationsmittel ersetzt werden, die keiner Nachbehandlung mehr bedürfen.

Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als wasserlösliches Impragnationsmittel Polyäthylenglykol verwendet wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der so präparierten Materialien anschließend auch versiegelt werden,--