DE3319564C2

DE3319564C2 -

Info

Publication number: DE3319564C2
Application number: DE3319564A
Authority: DE
Inventors: Ernst-Wilhelm Prof. Dr. Kienecker; Klaus Prof. Dr. 6650 Homburg De Uhlmann
Original assignee: 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: 1989-03-02
Also published as: FR2546717B1; ZA843934B; NL8400834A; DE3319564A1; IT8419861A0; GB2141919A; GB2141919B; IT1174511B; JPH0380121B2; JPS59222401A; US4784873A; CH657502A5; BE903032Q; ATA48984A; GB8412167D0; FR2546717A1; AT386926B

Description

Flexible, dauerhaltbar gemachte nicht konservierte und konservierte biologische Materialien.

Die Erfindung betrifft die Dauerhaltbarmachung von konserviertem und nichtkonserviertem 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 kunststoffdurchtränkter 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.

ad 2

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.

ad 3

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.

ad 4

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.

ad 5

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.

ad 6

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

ad 7

Gemäß US-Patentschrift 26 98 809 gibt es ein Verfahren zur äußerlichen Einbettung von biologischen Materialien, 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.

ad 8

Die in der DE 27 10 147-A1 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.

In der GB 12 63 565 wird ein Verfahren zur Imprägnation mit Polyäthylengklykol beschrieben, bei dem eine stufenweise Konzentrationsanhebung in Form einer einfachen Immersion angewandt wird. Stufenweise Konzentrationsänderungen des Immersionsmediums führen aber gemäß den Diffusionsgesetzen wegen der unterschiedlichen Diffusionsgeschwindigkeiten von Wasser und Polyäthylenglykol zu Volumenschwankungen der zu imprägnierenden Gewebe, so daß Gewebsverwalkungen auftreten, die zur Gewebezerreißung führen. Weiterhin müssen auf diese Weise hergestellte Präparate auch nach der Behandlung in der zuletzt verwendeten Immersionslösung aufbewahrt werden, da sie Restwasser in erheblicher Menge enthalten, das bei trockener Lagerung verdampfen und dadurch zur Schrumpfung, Zerreißung und Härtung der Objekte führen würde.

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 Gewebswassers und eventueller Konservierungsmittel über die Trocknung, Gefriertrocknung oder durch Austausch über Intermedien mit anschließender Kunststoffeinbettung zu Konsistenz-, Größen- sowie Plastizitäts- und Flexibilitätsveränderungen führen, sind solche Techniken für die Lösung des Problems nicht geeignet. Außerdem steht neben der Forderung des Entzugs des Gewebewassers und eventueller 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 Konstengünstigkeit. Das Problem der molekularen Substitution läßt sich nun durch die Tatsache lösen, daß das Gewebswasser und eventuelle Konservierungsflüssigkeit einen wesentlich höheren Dampfdruck besitzen als Polyäthylenglykol. Dadurch besteht die Möglichkeit der direkten Destillation des Gewebewassers und eventueller Konservierungsflüssigkeiten 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 exponentiellen 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 Härtung der gelenkeigenen Weichteile zur Folge hatten.

Nicht unerheblich ist weiterhin die Eigenschaft des Polyäthylengklykols 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. beschrieben, 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 präpariert- und darstellbar.

I. Versuchsbericht Makroskopie Herstellung von dauerhaltbaren flexiblen makroskopisch-anatomischen Präparaten durch molekulare Substitution des primären Konservierungsmittels mit Polyethylenglykol im Vakuum 1. Ausgangsmaterial

Mit ca. 3%igem Formalin fixiertes Präpariersaalgut und unpräpariertem, anpräpariertem oder fertig präpariertem Zustand. Unsere bisherigen Erfahrungen reichen hinsichtlich der Präparategrößen von Einzelorganen über ganze Körperteile bis zu einem Erwachsenentorso. (Größenlimitierung durch das Fassungsvermögen des vorhandenen Rezipienten der Durchtränkungsanlage.)

2. Substitutions- bzw. Durchtränkungsmedien

30-40%ige wäßrige Lösungen von Polyethylenglykolen (=PEG), zumeist PEG 400. Die Objekte werden einzeln oder zu mehreren in das Medium eingelegt und mit Halterungen untergetaucht gehalten. Bei dem Torso werden zusätzlich die Leibeshöhlen damit aufgefüllt.

3. Durchtränkungsprozedur bzw. molekulare Substitution im Vakuum

Evakuierung der Chargen bei 25-27°C und 35-40 mbar Druck in einer Vakuumanlage. Der Druck wurde durch Einlecken von Luft im Bypass über ein Nadelventil einreguliert. Die Temperatur resultierte aus der Abwärme der Vakuumpumpe und der Raumtemperatur. Die Durchtränkungsprozedur wurde beendet, wenn bei probeweisem Anlegen eines weit niedrigeren Druckes (Größenordnung 10^-2 mbar) nur noch vereinzelte Blasen im Medium aufstiegen. Die Dauer der Durchtränkungen betrug zwischen 15 Stunden (Bänderpräparat vom Kniegelenk) und 3 Tagen (Erwachsenentorso).

4. Nachbehandlung der Präparate

Lediglich Abtropfenlassen des anhaftenden und überschüssigen PEGs auf Rosten oder saugfähigen Unterlagen. Anschließend ggf. weitere Präparation bis zum gewünschten Endresultat.

5. Unterschiede des Verfahrens gegenüber dem bisherigen Stand der Technik 5.1. Vergleich mit der PEG-Durchtränkung in einer sog. "aufsteigenden Reihe" (z. B. gemäß GB-PS 12 63 565)

a) Bisheriger Stand: Diskontinuierliches Verfahren, bei welchem die Objekte erheblichen Konzentrationssprüngen des Imprägniermediums ausgesetzt sind. Bei jedem Konzentrationssprung wird dem Präparat mehr Wasser entzogen als PEG eindringen kann. Zwangsläufig müssen derartig behandelte Weichteile schrumpfen. Das gebrauchte PEG wird als Abfall verworfen. Bis das Gewebswasser so weit wie möglich entzogen ist, vergehen Wochen bis Monate.

b) Neues Verfahren: Kontinuierlicher Wasserentzug der Objekte abgestimmt auf die maximale Diffusionsgeschwindigkeit des PEGs im Gewebe mit gleichzeitiger kontinuierlicher Steigerung der PEG-Konzentration des Imprägniermediums. Auf diese Weise wird erreicht, daß der Durchtränkungsprozeß mit der größtmöglichen schrumpfungsvermeidenden Geschwindigkeit abläuft. Der Zeitbedarf verringert sich gegenüber der einfachen Immersion auf etwa 15 Stunden bis einige Tage. Das benützte überschüssige PEG kann bei dem neuen Verfahren bis zum letzten Rest verbraucht werden, weil es immer wieder in konzentrierter Form anfällt.

5.2. Vergleich mit der forcierten Immersion im Vakuum, wie sie im Rahmen der Plastination angewandt wird (DE-OS 27 10 147; DE-OS 27 20 607)

a) Forcierte Immersion: Hier wird mit willkürlichen Vakua ohne Berücksichtigung der Diffusionsgeschwindigkeit der Durchtränkungsmedien und ohne Rücksicht auf die Relation von Temperatur und Druck gearbeitet. Dadurch kann das im Präparat befindliche Lösungsmittel oder Wasser vergasen und Gewebszerreißungen erzeugen. Der volumengleiche Austausch zwischen dem Gewebe entweichenden und in das Gewebe eindringenden Medien ist hier nicht gewährleistet, weil dieser nur bei bestimmten Druck- und Temperaturverhältnissen möglich ist. (Die Bedingungen der molekularen Substitution können hier höchstens einmal zufällig erzielt werden.)

b) Molekulare Substitution: Hier ergeben sich im Vergleich zur forcierten Immersion die gleichen Gesichtspunkte wie unter 5.1.b. Die Abb. 1 und 2 zum Versuchsbericht Makroskopie dokumentieren den Unterschied zwischen Präparaten, die nach den Regeln der molekularen Substitution oder auf dem Weg der forcierten Immersion PEG-imprägniert wurden.

5.3. Vergleich mit dem Verfahren der Plastination anatomischer Objekte (DE-OS 27 10 147; DE-OS 27 20 607)

a) Plastination: Das Wesen der Plastination besteht in der Zweischrittigkeit des Durchtränkungsverfahrens, bei welcher der eigentlichen Durchtränkung mit Kunststoffen noch eine Durchtränkung mit einem wasserverträglichen Lösungsmittel, einem sog. Intermedium, vorgeschaltet ist. Die Intermedien sind in der Regel organische Lösungsmittel, die gesundheitsschädlich und in Dampfform explosiv sind. Nach heutigen Sicherheitsvorschriften sind für den Umgang mit ihnen teure Investitionen für die spezielle Gestaltung der Labors, für explosionsgeschützte Motoren, Abzugbauten etc. und arbeitshygienische Schutzmaßnahmen nötig. Die Kunststoffgemische für die Plastination sind nur von einem Monopolinhaber zu beziehen und dementsprechend teuer. Die Fülle diverser Plastinationsmöglichkeiten sowie die Komplizierteinheit und Gefährlichkeit des Verfahrens erfordern eine sorgfältige und kostenträchtige Schulung der Anwender.

b) Das neue Verfahren: Die PEG-Durchtränkung nach dem Prinzip der molekularen Substitution arbeitet mit einer ungefährlichen und gesundheitlich unbedenklichen Stoffklasse. Sie kommt mit einem Verfahren für alle PEG-Sorten aus. Ohne Zwischenschaltung von Intermedien wird das Objekt in einem Arbeitsgang in den gewünschten Endzustand überführt. Nachdem die Parameter für das Verfahren im Rahmen der Erfindung erarbeitet worden sind, ist es denkbar einfach zu handhaben. Eine lehrgangmäßige Schulung der Anwender ist hier unnötig. PEGs sind im Gegensatz zu den für die Plastination erforderlichen Chemikalien sehr preiswerte Massenprodukte.

Die verfahrensmäßigen Vorteile und die geringen Kosten erlauben es, die PEG-Imprägnation in großem Stil für Lehrzwecke anzuwenden. (Das PEG für ein Kniegelenk-Bänderpräparat kostet ca. 1,50 DM!) Das neue Verfahren eignet sich im Gegensatz zur Plastination erwiesenermaßen auch zur Konservierung ganzer unpräparierter Leichen, so daß es erstmalig die Abhaltung formalinfreier Präparierkurse ermöglicht. Die Plastination wird aufgrund ihrer hohen Kosten und aufwendigeren Technik wie bisher im wesentlichen auf die Herstellung von Museumspräparaten begrenzt bleiben.

6. Eigenschaften der unter den Bedingungen der molekularen Substitution mit PEG durchtränkten makroskopischen Präparate

Die Kombination von Eigenschaften, welche die nach dem neuen Verfahren hergestellten Präparate aufweisen, läßt sich mit keinem der herkömmlichen Verfahren erzielen. Im folgenden werden jene Eigenschaften der PEG-Präparate herausgegriffen, welche in Kombination mit anderen Eigenschaften als denen der PEG-Präparate auch mit bisherigen Verfahren zu erzielen sind.

6.1. Trockenheit

Die fertigen Präparate sind selbst bei Verwendung flüssiger PEG-Sorten so gut wie trocken, d. h. sie tropfen und nässen nicht, und beim Anfassen bleibt an den Händen nur ein feiner Film von PEG haften, der geruchlos, statt hautschädigend eher hautpflegend und mit purem Wasser leicht abwaschbar ist.

Bisheriger Stand: Echt trockene Präparate liefern nur die Gefriertrocknung, Paraffinierung oder Plastination, denen aber die hohe Flexibilität und voll erhaltene Präparierbarkeit der PEG-Präparate abgeht. PEG-Präparate, die in der aufsteigenden Reihe durchtränkt wurden, weisen Schrumpfartefakte auf, abgesehen von der Langwierigkeit des Verfahrens.

6.2. Konsistenz

Die Flexibilität des Ausgangsmaterials bleibt voll erhalten, was insbesondere die Herstellung natürlich beweglicher Gelenkpräparate ermöglicht (siehe Abb. 3 und 8 zum Versuchsbericht Makroskopie).

Bisheriger Stand: Nur Feuchtpräparate boten bisher diese Flexibilität. Organpräparate mit weicher Konsistenz kann man auch durch Plastination mit weichen Kunststoffen herstellen. Frei bewegliche Gelenkpräparate, die durch Plastination konserviert sind, haben wir bisher noch nicht gesehen.

6.3. Erhaltung der uneingeschränkten Präparierbarkeit

Mit flüssigem PEG imprägnierte anatomische Objekte können präparatorisch genauso weiterverarbeitet werden wie herkömmliche Feuchtpräparate, weil die Gewebebestandteile auch in der Tiefe in keiner Weise miteinander verkleben. Ggf. sind sie durch Wässern wieder in den ursprünglichen Zustand zurückzuversetzen. In einigen Punkten bieten sie sogar präparatorische Vorteile: Trockenheit; Fettgewebe wird stabilisiert und läuft nicht mehr aus; Intensivierung der Muskelfarbe (Abb. 4 zum Versuchsbereich Makroskopie) und Stabilisierung von Muskeln, die durch postmortale Zersetzung morsch geworden sind; eine leichte Opaleszenz des Binde- und Fettgewebes erleichtert es, die darin verborgenen Gefäße und Nerven aufzuspüren; plattgedrückte Arterien gewinnen ihre ursprüngliche Rundung zurück (Abb. 7 zum Versuchsbericht Makroskopie). - Beispiele für Präparate, die nach der PEG-Imprägnation fertigpräpariert worden sind, zeigen die Abb. 4-6. Die Objekte auf den übrigen makroskopischen Darstellungen wurden vor der PEG-Behandlung auspräpariert. - Die neue Methode erlaubt die Konservierung ganzer unversehrter Leichen.

Bisheriger Stand: Trockenheit der Präparate und Fortbestand der ursprünglichen Präparierbarkeit schlossen sich bisher aus. Ganze Leichen in der aufsteigenden Reihe durch einfache Immersion mit PEG zu konservieren scheitert an dem 1 Jahr überschreitenden Zeitbedarf. Paraffinierung und Plastination verwandeln die Objekte in in sich verbackene Blöcke, weil ihre Durchtränkungsmedien auch die Zwischenräume im Gewebe ausfüllen. Präparierkurse konnten deshalb bisher nur an Leichen abgehalten werden, die mit Formalin, Phenol oder anderen gesundheitsschädlichen Stoffen konserviert waren.

6.4. Oberflächendetailtreue der Präparate

Mit flüssigem PEG konservierte Präparate weisen ein Optimum der Erhaltung der Oberflächenstrukturen auf, wobei es keinen Unterschied macht, ob die Präparation vor oder nach der Durchtränkung mit PEG erfolgt (Abb. 5-7 zum Versuchsbericht Makroskopie).

Bisheriger Stand: Unter den Trockenpräparaten sind nur die gefriergetrockneten in diesem Punkt der PEG-durchtränkten ebenbürtig. Bestimmte Plastinationsverfahren bringen hier zwar auch gute Ergebnisse, eine derartige Detailtreue bis hin zu kleinsten Bindegewebeflusen (Abb. 6. u. 7 zum Versuchsbericht Makroskopie) erzielen sie jedoch nicht.

6.5. Dauerhaltbarkeit

PEG-imprägnierte Präparate sind an jedem trockenen Platz ohne Schutzvorkehrungen unbegrenzt haltbar und frei von Befall mit Schimmel, Insektenmaden oder Bakterien. Die Resistenz gegen Schimmelbefall übertrifft sogar diejenige der bisher für Präpariersalleichen verwandten formalinhaltigen Konservierungsmittel. Wenn PEG-Präparate ihre Endtrockenheit erreicht haben, erfordern sie keine Wartung mehr. Sowohl fertige Präparate als auch Rohmaterial kann mit wesentlich weniger Aufwand als bisher magaziniert werden.

Bisheriger Stand: Problemfrei lagerbar sind auch auf andere Weise mit PEG konservierte sowie plastinierte und paraffinierte Präparate. Wegen des Verlustes der uneingeschränkten Weiterverarbeitbarkeit sind die Paraffinierung und die Plastination ungeeignet zur Konservierung von Rohmaterial, das weiterverarbeitet werden soll. Gefriergetrocknete und Feuchtpräparate bedürfen spezieller Sicherheitsmaßnahmen und ständiger Wartung bei der Lagerung, selbst wenn sie in Schaugläser eingeschlossen sind. Feuchtpräparate können nur in entsprechend ausgestatteten Räumen gelagert und verarbeitet werden.

II. Versuchsbericht Mikroskopie 1. Versuche mit histologischen Präparaten

Nach Fixation in gängigen Fixationsmedien (4%ige Formalinlösung, Bouin, Karnovsky; Literatur: ROMEIS 1968 und BANCROFT/STEVENS 1982) wurden Blockpräparate verschiedener Gewebe für mindestens 24 h gewässert und anschließend wie folgt eingebettet:

a) Nach Entwässerung in steigender Alkoholreihe Einbettung in Paraplast bzw. Paraffin auf herkömmliche Art (Literatur: ROMEIS 1968).
b) Einbringen der Präparate in flüssiges PEG 1500 bei 45°C und Entfernung des Gewebswassers im unkontrollierten Vakuum.
c) Einbringen der Präparate in flüssiges PEG 1500 bei 45°C und Entfernung des Gewebswassers im kontrollierten Vakuum bei 95 mbar für 2 h. Anschließend Einbettung im Hochvakuum mit einem Enddruck von 5 · 10^-6 mbar zwecks Entfernung von Restwasser und gleichmäßiger Durchtränkung.

Nach der Einbettung erfolgte das Schneiden der Präparateblöckchen auf einem Rotationsmikrotom. Hierbei fällt auf, daß die PEG-eingebetteten Präparate Serienschnittdicken bis an die für Rotationsmikrotome technisch mögliche Grenze von 2 µm ohne Aufwand zulassen, während Serienschnitte von Paraffinblöcken erfahrungsgemäß nur bis zu 10 µm Dicke gelingen, vereinzelt auch bis 7 µm.

Die Paraffinschnitte wurden in Xylol entparaffiniert und anschließend in absteigender Alkoholreihe gewässert, während die PEG-Schnitte direkt gewässert wurden.

Danach erfolgte die Färbung nach Routinemethoden (Hämatoxylin-Eosin n. EHRLICH, Azan, van Gieson etc.; Literatur: ROMEIS 1968). Danach Eindeckung der Schnitte mit Entellan®.

Die mikroskopische Betrachtung der Präparate zeigt, daß herkömmlich behandelte Gewebe deutliche Schrumpfungs- und Auswaschungszeichen aufweisen, wie sie in den Abb. 1, 3, 5 und 7 dokumentiert sind. Folgen der Schrumpfung und Auswaschung sind: 1. intraephitheliale Einreißungen, 2. Ablösung von Epithelien vom darunterliegenden Bindegewebe, 3. Abrundung der Zellen und Zellkerne, 4. scheinbare Verdichtung des Kernmaterials, 5. Quer- und Schrägrisse im Gewebe und 6. Überlagerung von Gewebestrukturen.

Histologische Untersuchungen von PEG-Schnitten, die im unkontrollierten Vakuum eingebettet worden sind, zeigen ebenso wie Paraffinschnitte Schrumpfungsartefakte bis hin zur kompletten Zerstörung der Gewebsstruktur (Abb. 13-15). PEG-Schnitte hingegen, die unter kontrollierten Vakuumbedingungen "molekular substituiert" worden sind, weisen keine Schrumpfungs- oder Auswaschungsartefakte auf (Abb. 2, 4, 6, 8-12). Selbst kleinste, bisher lichtmikroskopisch nicht erkennbare Strukturen, wie z. B. subepitheliale Kapillaren im Harnleiter, werden deutlich sichtbar (Abb. 10). Innerhalb der Gewebe treten keine Risse auf. Selbst feinste Zellfortsätze, wie z. B. Kinozilien, treten klar hervor (Abb. 11). Gewebestrukturen und Fasertexturen sind hervorragend erhalten (Abb. 12).

2. Versuche mit histochemischen Präparaten

Unfixiertes Nativmaterial wurde sofort nach der Entnahme bei 4°C und 10 mbar mit PEG 200 "molekular substituiert" (Dauer für ca. 100 mg Nierengewebe mit einer Dicke von ungefähr 2-3 mm und einer Oberfläche von ca. 50 mm²: 30 Minuten). Anschließend "molekulare Substitution des PEG 200 durch PEG 1500 bei 45°C und 100 mbar für 30 Minuten mit nachfolgendem Hochvakuum bis 5 · 10^-6 mbar. Durch diese Behandlung wird erreicht, daß keinerlei biochemische Veränderungen exogen auf das Gewebe einwirken und gleichzeitig alle im Gewebe endogen ablaufenden biochemischen Prozesse durch Wasserentzug gestoppt werden.

Aufblocken und Schneiden der Präparate bis 2 µm Dicke wie üblich (s. o.). Danach wurden die Schnitte kurz gewässert und dann sofort mit einer sekundär färbbaren Enzym-Substrat-Lösung (Literatur: PEARSE 1968) inkubiert, gegengefärbt und eingedeckt.

Die histologische Kontrolle zeigt, daß die histochemischen Reaktionen außerordentlich exakt und gleichmäßig ablaufen, was aus der Anordnung der Farbniederschläge an den entsprechenden Strukturelementen geschlossen werden kann. Die optische Auflösung der histochemisch nachweisbaren Strukturen ist infolge der extrem geringen Schnittdicke ausgezeichnet. Selbst kleinste Fältelungen der basalen Zellmembran von Nierenepithelzellen werden z. B. sichtbar (Abb. 16-18). Dies zu erzielen war bisher noch nicht möglich, da zum histochemischen Nachweis von Enzymen oder anderer Stoffe in einem chemisch nicht vorbehandelten Gewebe Gefrierschnitte angefertigt werden mußten, deren minimale Schnittdicke bei 20 µm liegt. Außerdem wurde das Gewebe durch die relativ langsame Abkühlung bei der Anfertigung der Gefrierschnitte durch Eiskristallbildung teilweise zerstört. Das Spektrum der daraus resultierenden Artefakte reicht von Gewebsrissen bis zur Gewebsauflösung (Literatur: PEARSE 1968). Die Gefrierschnittherstellung erfordert zudem einen hohen technischen Aufwand.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß sowohl makroskopisch als auch histologisch-histochemisch die "molekulare Substitution" von biologischen Materialien mit wasserlöslichen inerten Imprägnationsmitteln - speziell PEG - zu einer erheblichen Verbesserung, Vereinfachung und Verbilligung der verschiedenen Methoden führt und zu einer Verminderung der Gesundheitsgefährdung des Laborpersonals beiträgt.

3. Literatur zum Versuchsbericht Mikroskopie

Bancroft J. D., A. Stevens
Theory and practice of histological techniques.
Churchill Livingstone, Edinbourgh/London/New York 1982

Pearse, A. G. E.
Histochemistry.
Churchill Livingstone, London 1968

Romeis B.
Mikroskopische Technik.
Oldenbourg, München/Wien 1968

Claims

1. Flexible, dauerhaltbar gemachte, biologische Materialien, erhältlich durch direkte molekulare Substitution von Gewebswasser und eventuell vorhandenen Konservierungsmitteln gegen Polyäthylenglykol im Vakuum.

2. Biologische Materialien nach Anspruch 1, deren Oberflächen anschließend versiegelt wurden.