DE4113683A1 - Organbad zur ermittlung der wirkung von medizinischen pruefsubstanzen auf organgewebe in vitro - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Organbad zur Ermittlung der Wirkung von medizinischen Prüfsubstanzen auf Organgewebe in vitro nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, Organgewebestreifen, zum Beispiel aus Bronchien oder aus Lungengewebe, in einem Organbad in einer speziellen Nährlösung, beispielsweise eine Krebs-Henseleit-Pufferlösung aufzuhängen, die Nährlösung und damit auch das Gewebe mit Carbogen, einer Mischung aus Sauerstoff und Kohlendioxyd, zu begasen und die durch beispielsweise elektrische oder Wirkstoffreize in der Nährlösung hervorgerufene Stimulation der Gewebeprobe über spezielle, an sich bekannte Kraftaufnahmevorrichtungen zu messen.

(De Jongste, J.C., Mons, H., Bonta, I.L., Kerrebÿn, K.F., J.AM.PHYS. SOC 63 (4) 1987, 1566-1558 ff.).

Insbesondere können hierbei Gewebekontraktionen isotonisch mittels hochempfindlichen Präzisionsmeßsystemen für isolierte Gewebe bestimmt werden. (Mellor, P.M.A., J.Pharmacol Methods 12, 1984, 259-264).

Die Länge der üblicherweise verwendeten Gewebeproben beträgt ca. 2 cm. Die bei der elektrischen Feldstimulation über beispielsweise Platinelektroden ausgeübten Maximalspannungen von 50 Volt bei einer kurzen Pulsdauer von ca. 0,3 msec provozierten Längenänderungen des Gewebes bei nicht-isometrischer Betriebsweise liegen im Bereich von ca. 250 µm, betragen also nur ca. 1% der Gesamtlänge.

Entsprechend gering sind auch die zu messenden Kraftdifferenzen bei isometrischer Betriebsweise.

Um diese geringen Differenzen zuverlässig messen zu können, bedarf es eines hohen Aufwandes zur Konditionierung und Konstanthaltung der äußeren Versuchsparameter. So ist es möglich über geeignete Thermostatisiervorrichtungen die Temperatur der Nährlösung konstant zu halten.

Ebenso muß hohe Sorgfalt auf die Reproduzierbarkeit der Nährlösungsgehalte, sowie auf die gewünschten physiologischen Bedingungen verwendet werden.

Dabei ist es beispielsweise nötig, die Nährlösung zur Aufnahme der Gewebeprobe ständig mit Carbogen zu begasen. Durch die Gasblasen jedoch werden Turbulenzen erzeugt, die die Ruhelage der Gewebeprobe und damit auch die Grundlinie einer Kontraktions-bzw. Relaxationsmessung ungünstig beeinflussen oder verfälschen können.

Weiterhin muß gewährleistet sein, daß das Gewebestück über die Gesamtversuchsdauer, die zwischen Minuten und Stunden liegen kann, nicht altert. Dazu muß das Gewebe ständig von frischer Nährlösung umspült werden. Allerdings ist auch hier die üblicherweise vorteilhafte große Strömung bei der Messung der Kraftaufnahme nachteilig. Eine mit diesen Nachteilen behaftete Vorrichtung ist aus Vangale et.al. Labormedizin, 7, (1984), S. 106-108 bekannt.

Weiterhin nicht unwichtig ist das Gesamtvolumen der Meßzelle. Da die Nährlösung mitunter sehr kostspielige und nur in geringen Mengen verfügbare Wirkstoffe enthalten kann, sind große Lösungsmengen, wie sie in den Organbädern nach dem Stand der Technik zur Zeit eingesetzt werden, zusätzlich nachteilig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Organbad so weiterzubilden, daß unter Vermeidung von Meßstörungen Materialeinsparungen hinsichtlich der kostspieligen Prüfsubstanzen ermöglicht werden, wobei die Genauigkeit der Messung erhalten bleiben soll.

Gelöst wird das Problem durch ein Organbad mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Dadurch, daß neben einer das Organgewebe aufnehmenden Organkammer eine Begasungskammer angeordnet ist, die von der Organkammer getrennt ist und in der die Nährstofflösung begast wird, vermeidet man das Auftreten von Meßstörungen durch Strömung und Begasungsunruhen am Gewebe, bzw. an der Meßvorrichtung.

Um eine Umspülung des zu untersuchenden Gewebes mit frisch begaster Lösung zu ermöglichen, steht die Begasungskammer über mindestens zwei Bohrungen mit der Organkammer in Verbindung. Die Lage der Verbindungsbohrungen befindet sich bevorzugt an solchen Stellen, die nicht auf dem Niveau der Gewebeprobe bzw. der Halterung für die Probe liegen, um Probe und Halterung nicht einer direkten Anströmung auszusetzen. Da sich das Organbad in einem temperierten Wasserbad befindet, erfolgt eine Umwälzung der Nährstofflösung aufgrund der Konvektion. Da zusätzlich in der Begasungskammer durch die Begasung Bläschen aufsteigen, wird in der Begasungskammer eine Vorzugsrichtung für die Konvektion erzeugt. Die Nährlösung steigt in der Begasungskammer hoch und tritt durch die oberen Verbindungsbohrungen in die Organkammer über. Als besonders günstig für das Überströmen hat sich herausgestellt, die obere oder die oberen, vorzugsweise zwei Verbindungsbohrungen schräg zur Organkammer hin ansteigend auszubilden. In der Organkammer sinkt die Nährlösung ab und tritt durch die untere Verbindungsbohrung wieder in die Begasungskammer über. Auf diese Weise wird eine schonende, die Messung nicht beeinflussende Umspülung der Gewebeprobe erreicht.

Um weitgehend Turbulenzen in der Organkammer durch Teile der Halte-und Befestigungsvorrichtung für die Organprobe zu vermeiden, ist die Anordnung einer Führungskammer neben der das Organgewebe aufnehmenden Organkammer und der Begasungskammer vorgesehen. Diese Führungskammer dient zur Aufnahme von mindestens Teilen der Befestigungsvorrichtung, mit der beispielsweise das Organgewebe teilweise befestigt oder eingespannt werden kann. Die Befestigungsvorrichtung kann vorteilhaft in ihrer Höhe relativ zur Längsachse der Kammern an einem in Längsrichtung verschiebbaren Führungsschaft angebracht sein, wobei der Führungsschaft vollständig in der Führungskammer untergebracht ist und über geeignete Vorrichtungen in der Höhe arretierbar ist.

Da die Führungskammer mit der Organkammer über eine schmale, schlitzförmige Verbindungsöffnung in Verbindung steht, füllt sich auch die Führungskammer mit Nährlösung, die jedoch in der Führungskammer nicht benötigt wird. Da die Nährlösung oft relativ teure Substanzen enthält, wird angestrebt, möglichst wenig Nährlösung zu verwenden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Durchmesser des Führungsschaftes etwa dem Innendurchmesser der Führungskammer entspricht, so daß diese überwiegend vom Führungsschaft und nicht von Nährlösung ausgefüllt ist.

Die Kammern sind in der Draufsicht vorzugsweise von im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt, es sind aber auch alle andere Querschnitte denkbar. Als besonders vorteilhaft und kostengünstig haben sich Acrylglasröhrchen herausgestellt, die zunächst mit Schlitzen und Bohrungen versehen werden und anschließend beispielsweise verklebt oder verschweißt werden.

Vorteilhaft findet der, beispielsweise hakenförmige in die erste Kammer greifende, untere Befestigungsteil der Befestigungsvorrichtung seinen Widerpart in einer Organklemme, die direkt von oben in die erste Kammer eingreifen kann und beispielsweise hängend gelagert und direkt mit einem Kraftaufnehmer außerhalb des Organbads verbunden sein kann.

Die Aufhängung, bzw. Einspannung der Gewebeproben wird somit besonders durch das Zusammenspiel von Organklemme und Haken einfach und zeitsparend möglich.

In der Organkammer kann weiterhin besonders vorteilhaft die Anbringung von Elektroden zur Erzeugung eines elektrischen Feldes im Bereich des Organgewebes vorgesehen sein. Diese Elektroden können z. B. aus Platin oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sein und über spezielle Vorrichtungen mit einem außen befindlichen Spannungsgeber verbunden sein.

Um eine möglichst feine Verteilung des zur Begasung verwendeten Gasgemisches zu gewährleisten und dadurch eine gleichbleibende Sättigung der Nährlösung mit Gas aufrechtzuerhalten, wird das im üblicherweise einzusetzende Carbogengemisch durch eine spezielle Fritte eingeleitet. Diese Fritte gestattet die Erzeugung feinster Gasperlen, ohne daß Nährlösung auslaufen kann. Die Fritte ist am Boden der Begasungskammer in einer Sockelplatte angeordnet und wird durch einen in die Sockelplatte einschraubbaren Stopfen gehalten. Der Gaszufuhrkanal in der Sockelplatte endet am Stopfen, der mit einem Gaskanal versehen ist, so daß eine Verbindung zur Fritte hergestellt wird.

Um einen sich unter Umständen aufbauenden Überdruck oder auch ein anfänglich zu hoch eingefülltes, überschüssiges, physiologisches Nährlösungsvolumen zu entfernen, ist die Begasungskammer günstigerweise mit einer von oben, also an dem der Fritte gegenüberliegenden Ende, angeordneten Vakuumabsaugvorrichtung versehen. Dadurch gelingt die bequeme Füllstandshöhenregulierung der Nährstofflösung, so daß auch bei mehreren Versuchsreihen das Nährlösungsvolumen konstant gehalten werden kann. Besonders bevorzugt weist die Evakuierungsvorrichtung in der Begasungskammer ein höhenverstellbares, mit einer Saugpumpe verbundenes Saugrohr auf, wodurch verschiedene, bzw. variable Füllstandshöhen zwischen oder auch während einer Messung realisiert werden können.

Die Zufuhr der Nährlösung kann prinzipiell an jeder Kammer geschehen, aus strömungstechnischen Überlegungen ist es jedoch bevorzugt, die Füllung mit Nährstofflösung, bzw. die Zufuhr von Nährstofflösung durch eine in der Organkammer angeordnete Zuführung vorzunehmen.

Durch die Anordnung der Zuführung im unteren Bereich der Organkammer erreicht man in Verbindung mit der Anordnung der Bohrungen zwischen der Organ- und der Begasungskammer eine weitere Minderung der Turbulenzen, hält aber doch eine hohe Durchmischungsrate bei insgesamt kleinem Volumen aufrecht.

Um Versuche und Versuchsserien in rationeller Weise ausführen zu können, ist es weiterhin vorteilhaft, mehrere Organbäder zu einem Mehrfachorganbad, das beispielsweise acht Organbäder mit gemeinsamer Versorgungseinrichtung aufweist, anzuordnen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Mehrfachorganbades mit mehreren nebeneinander angeordneten Organbädern mit teilweise gemeinsamen Versorgungseinrichtungen,

Fig. 2 eine teilweise weggeschnittene, perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform des Organbades,

Fig. 3 die perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform des Organbades In Fig. 1 ist die Anordnung einer Mehrzahl von Organbädern 1 nebeneinander dargestellt. Durch die platz- und lösungsparende Anordnung mehrerer Bäder 1 wird die Ausführung größerer Versuchsserien erleichtert.

Im Einzelnen sind vier Organbäder 1 dargestellt, es ist jedoch die Anordnung von bis zu acht Einzelbädern 1 oder mehr möglich.

Man kann erkennen, daß zu jedem Organbad 1 ein über der Organkammer 3 angebrachter Kraftaufnehmer 9 vorgesehen ist, an dem die Aufhängung 19 der oberen Organbefestigung 18 (siehe Fig. 2) befestigt ist.

Der Kraftaufnehmer 9 ist in der Vertikalen über einen Feinantrieb 10 regulierbar. Die Gasversorgung der Begasungsvorrichtung geschieht über eine zentrale Gaszufuhrleitung 20, wobei die Begasung durch die auswechselbaren Fritten 7 (siehe Fig. 2) für jedes Organbad einzeln über Feinregulierventile 8 einstellbar ist. Die Befüllung der Organbäder mit Nährlösung geschieht ebenfalls zentral in einem über Magnetventile 11 automatisierbaren Vorgang.

Die in Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen eines einzelnen Organbades 1 weisen ein System röhrenförmiger Kammern 3, 4 und 5 auf, die das Organbadsystem bilden, welches im Bereich seiner Stirnseiten, sowohl oben als auch unten von einer Trägerplatte 16a, einem Adapter 23 und einer Sockelplatte 16b gehalten wird.

Die Kammern 3, 4 und 5 sind in Form eines Rohrbündels angeordnet. Die Wand der Kammer 3 geht in die Wand der Kammer 5 über, wobei über die gesamte axiale Länge eine Öffnung zwischen den beiden Kammern 3, 5 vorgesehen ist. Die Wand der Organkammer 3 grenzt weiterhin unmittelbar an die Wand der Begasungskammer 4 an. Beide Kammern 3 und 4 stehen über eine untere Verbindungsbohrung 22 und über zwei obere Verbindungsbohrungen 21a, 21b in Verbindung, wobei die oberen Verbindungsbohrungen 21a, 21b schräg angeordnet sind.

Die aus Edelstahl, Glas oder Kunststoff oder einem anderen geeigneten Material bestehenden Rohrkörper sind oben und unten offen. Im Bereich der oberen Stirnseite des Kammersystems werden die Kammern von der Trägerplatte 16a aufgenommen, das eine Aussparung aufweist, die sich im wesentlichen exakt dem Außenumfang des Rohrbündels in der Nähe des oberen Endes anpaßt. Die Kammern 3, 4, 5, die oben offen sind, bleiben hierbei von oben frei und zugänglich.

Im unteren Bereich lagern die Stirnseiten der Kammern 3, 4, 5 auf der Oberfläche einer speziellen Sockelplatte 16b. Dieses weist axial und in Verlängerung zur Begasungskammer 4 eine Durchgangsbohrung 17 auf, die mit der Kammer 4 in Verbindung steht. Innerhalb dieser Bohrung 17 ist eine Erweiterung zur Aufnahme einer Fritte 7 angebracht, an die sich in axialer Richtung nach unten ein Innengewinde 27 in der Sockelplatte 16b zum Eingriff eines mit Gewinde versehenen Schraubstopfens 24 anschließt. Die Sockelplatte 16b weist ferner einen Begasungskanal 13 auf, der über den in den Stopfen 24 eingebrachten Kanal 26 mit der Fritte 7 in Verbindung steht.

Die Organkammer 3 weist in ihrer der Kammer 4 abgekehrten Wandung quer zur Längsachse des Kammersystems nahe zum unteren Stirnseitenbereich des Rohres eine nach außen gehende Bohrung auf, die als Zuführung 12 für die Nährlösung ausgebildet ist.

Insgesamt ist also das Kammersystem im unteren Bereich bis auf die Zuführung 12 für Nährlösung und die Durchgangsbohrung 17 zur Gaseinleitung im wesentlichen geschlossen.

In die Organkammer 3 reicht von oben eine Organklemme 18, die an einer Aufhängung 19 höhenverstellbar montiert ist, zur Ausbildung eines oberen Organbefestigungspunktes. Die Aufhängung 19 kann extern über eine spezielle, in Fig. 2 nicht näher dargestellte, Kraftaufnahmevorrichtung befestigbar sein. Der untere Organaufhängungspunkt wird durch einen in der Höhe einstellbaren aus der Führungskammer 5 in die Organkammer 3 durch den gemeinsamen Verbindungsschlitz reichenden Haken 2 definiert. Der Haken 2 ist Teil einer unteren Organbefestigungsvorrichtung 14, die im wesentlichen aus einem beweglichen, arretierbaren in der Führungskammer 5 geführten Schaft 15 besteht, an dessen unterem Ende der Haken 2 angebracht ist.

In die Begasungskammer 4 reicht von oben eine Vakuumabsaugung mit einem Saugrohr 6, die in ihrer Höhe einstellbar sein kann, hinein. Das untere Ende des Saugrohres endet im Bereich der oberen Verbindungsbohrung 21a.

In der Fig. 3 ist ein Organbad 1 gemäß der Fig. 2 dargestellt, wobei zusätzlich Elektroden 28, 29 eingezeichnet sind, die in der Organkammer 3 im Bereich des zu untersuchenden Gewebes (nicht dargestellt) angeordnet sind.

Die vorteilhafte Wirkungsweise der Einzelteile des Mehrfachorganbades wird im folgenden anhand einer Beschreibung einer typischen Meßserie erläutert.

Die beispielsweise zur Wirkstoffindung im Bereich der Antihypertensiver, Tromboxanantagonisten und zur Aufklärung von peripheren Wirkmechanismen dienenden Gewebeproben in Streifenform werden nach ihrer Präparation mit einem Ende an den Haken 2, der sich in seiner maximal obersten Position befindet, bzw. ganz aus der Organkammer 3 herausgezogen ist, angebracht und das andere Ende des Gewebestreifens wird an der ebenfalls, allerdings aus der Kammer 3 herausgezogenen oberen Organklemme 18 angebracht. In die bereits über Zuleitung und Magnetventile 11 mit physiologischer Nährstofflösung gefüllten Organbäder 1, die als solche in ihrer Gesamtheit in einem Thermostat angeordnet sein können, so daß eine bestimmte physiologisch sinnvolle Temperatur einstellbar und wählbar ist, werden nun die befestigten Organteile langsam und vorsichtig abgesenkt, so daß sie ganz von temperierter Nährlösung umgeben sind. Der obere Organbefestigungspunkt ist über die Klemme 18 und die Aufhängung 19 mit dem Kraftaufnehmer 9 verbunden. Dieser dient beispielsweise zur Messung der isometrischen Kraftentfaltung der Organproben. Nachdem der untere Organbefestigungspunkt über den Haken 2 und die verschiebende Einstellung des Führungsschafts 15 fixiert ist, wird über den Feintrieb 10 durch vertikale Einstellung der Klemme 18 eine Grundspannung am Organ angelegt.

Gleichzeitig wird indessen die über die Zuführung 12 eingefüllte Lösung über die Begasungskanal 13 mit Carbogen versorgt, wobei die Gaszufuhr über Feinregulierventile 8 einstellbar ist. Die Gasmenge tritt durch den Kanal 13 und die Fritte 7 hindurch, die eventuelle Verunreinigungen aus dem Gasgemisch zurückhält. Durch die Bohrung 17 in der Sockelplatte 16b gelangt das Gas in die mit Flüssigkeit gefüllte Begasungskammer 4. Die Nährlösung wird hier durch die feinverteilten Gasperlen mit Gas gesättigt. Überschüssiges Gas entweicht nach oben. Weiterhin umspült die gesättigte Lösung aufgrund der vorhandenen Bohrungen 21a, 21b, 22 zwischen den Kammern 3 und 4 auch die in der Organkammer 3 angeordnete Gewebeprobe. Über das Saugrohr 6 kann außerdem überschüssige Nährlösung abgesaugt werden.

Will man nun die Wirkstoffkonzentration oder andere Parameter variieren, kann man die Organe auswaschen und die Nährlösung beispielsweise mittels einer Magnetventile 11 ansteuernde Automatik austauschen.

Insgesamt wird durch die spezielle integrierte Kammerausführung mit Begasungskammer 4, Organkammer 3 und besonders vorteilhaft mit Teile der Organbefestigung aufnehmenden, gesonderten Führungskammer 3 und durch die Ausbildung von Verbindungsbohrungen 21a, 21b, 22 zwischen den Kammern 3 und 4 eine hohe Durchmischungsrate der Nährlösung bei gleichzeitiger Einsparung an Nährlösung und Vermeidung von Begasungsunruhen am Organgewebe und am Kraftaufnehmer erreicht.

Bezugszeichenliste

 1 Organbad
 2 Haken
 3 Organkammer
 4 Begasungskammer
 5 Führungskammer
 6 Saugrohr
 7 Fritte
 8 Feinregulierventile
 9 Kraftaufnehmer
10 Feinantrieb
11 Magnetventile
12 Zuführung
13 Begasungskanal
14 Organbefestigungsvorrichtung
15 Schaft
16a Trägerplatte
16b Sockelplatte
17 Durchgangsbohrung
18 Organklemme
19 Aufhängung
20 Zentrale Gaszufuhrleitung
21a, b obere Verbindungsbohrung
22 untere Verbindungsbohrung
23 Adapter
24 Stopfen
25 Dichtung
26 Kanal
27 Gewinde
28 erste Elektrode
29 zweite Elektrode

Claims (11)

1. Organbad zur Ermittlung der Wirkung von medizinischen Prüfsubstanzen auf Organgewebe in vitro, bei dem das in einer Kammer an einer Befestigungsvorrichtung gehaltene Organgewebe von einer begasten, die Prüfsubstanz enthaltende Nährstofflösung umspülbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß neben der das Organgewebe aufnehmenden Organkammer (3) eine Begasungskammer (4) angeordnet ist, in der die Nährstofflösung begast wird und welche mit der Organkammer (3) über mindestens eine obere und eine untere Verbindungsbohrung (21a, b, 22) kommuniziert.

2. Organbad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Verbindungsbohrungen (21a, 21b) zur Organkammer (3) hin ansteigend ausgebildet sind.

3. Organbad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß neben der Organkammer (3) eine Führungskammer (5) angeordnet ist, in der zumindest Teile (2) der Befestigungsvorrichtung (14) an einem Führungsschaft (15) verschieblich geführt sind, wobei die Organkammer (3) mit der Führungskammer (5) derart in Verbindung steht, daß Teile (2) der Befestigungsvorrichtung (14) in die Organkammer (3) greifen.

4. Organbad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungsvorrichtung (14) einen am Führungsschaft (15) befestigten Haken (2) sowie eine Organklemme (18) umfaßt, welche in die Organkammer (3) hängend gelagert ist und direkt mit einem Kraftaufnehmer (9) verbunden ist.

5. Organbad nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Führungsschaftes (15) im wesentlichen dem Innendurchmesser der Führungskammer (5) entspricht.

6. Organbad nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Begasungskammer (4) an ihrem unteren Ende mit einer Fritte (7) abgeschlossen ist, durch welche Gas in die Nährstofflösung geleitet werden kann.

7. Organbad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fritte (7) von einem einschraubbaren Stopfen (24) mit Zuführkanal (26) gehalten ist.

8. Organbad nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Begasungskammer (4) mit einer Evakuiereinrichtung zur Füllstandshöhenregulierung der Nährstofflösung verbunden ist.

9. Organbad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Evakuierungseinrichtung aus einem in das obere Ende der Begasungskammer (4) ragende, mit einer Saugpumpe verbundenen Saugrohr (6) besteht, dessen Eintauchtiefe in die Begasungskammer (4) einstellbar ist.

10. Organbad nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß es über einen an der Organkammer (3) vorgesehene Zuführung (12) mit Nährstofflösung befüllbar ist.

11. Organbad nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Organkammer (3) Elektroden (28, 29) zur Erzeugung eines elektrischen Feldes im Bereich zwischen Haken (2) und Organklemme (18) angeordnet sind.