DE4243692C1

DE4243692C1 - Verfahren und Anordnung zum Aufschließen von biologischen Zellen

Info

Publication number: DE4243692C1
Application number: DE19924243692
Authority: DE
Inventors: Eberhard Friese; Gerd Dr Schneider; Horst Dr Luther
Original assignee: FZB BIOTECHNIK GmbH; MAGNETTECH GES fur MES und ST
Current assignee: FZB BIOTECHNIK GmbH; MAGNETTECH GES fur MES und ST
Priority date: 1992-12-18
Filing date: 1992-12-18
Publication date: 1993-11-25
Anticipated expiration: 2012-12-19

Description

Die Erfindung betrifft das in den Ansprüchen 1 bis 3 angegebene Verfahren zum Aufschließen von biologischen Zellen zum Zwecke der Isolierung der Zellinhalte, insbesondere zur Gewinnung von Enzymen, sowie eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 4 bis 7.

Für das Aufschließen von biologischen Zellen sind verschiedene Verfahren und Anordnungen bekannt geworden. Neben Ultraschallhomogenisatoren, bei denen die Zellmembranen durch Ultraschall aufgebrochen werden und Hochdruckhomogenisatoren, die unter hohem Druck arbeiten und bei denen die Zellwände durch plötzlichen Druckabfall aufgebrochen werden, sind als rein mechanische Anordnungen Kugelmühlen bekannt. Bei diesen wird Biomasse zusammen mit Metallkugeln in einen Behälter der Mühle gebracht. Durch Bewegen des Behälters, z. B. durch Drehen oder Schütteln, werden die Kugeln ebenfalls bewegt und dabei werden die Zellen zwischen den Kugeln zerquetscht.

Der Nachteil dieser Anordnungen besteht darin, daß die Zellen soweit zerstört werden, daß eine nachfolgende Abtrennung des Zellinhaltes von den Zellwandbruchstücken erschwert ist. Bei Kugelmühlen ist außerdem kein kontinuierlicher Zellaufschluß möglich.

Aus der EP-A 01 91 941 ist eine Homogenisier-Anordnung bekannt, mit der Zellmembranen aufgebrochen werden sollen, um Zellinhalte zu isolieren. Diese Anordnung besteht hauptsächlich aus einem zylindrischen Behälter, in dem ein Kolben rotiert, der wie bei einem Mörser das Zellgewebe im Zusammenwirken mit der Behälterwand zerquetscht und dabei die Zellwände aufbricht. Der Kolben hat Führungsnuten für das zu behandelnde Zellgewebe. Die Nuten verlaufen von oben zur Mitte des Kolbens diagonal und nehmen dabei in ihrer Tiefe von einigen Millimetern auf Null in der Mitte des Kolbens ab.

Diese Anordnung hat den Nachteil, daß sie für die Erzielung einer hohen Ausbeute und für den Aufschluß der Zellen unter sterilen Bedingungen eine hohe mechanische Präzision sowie eine Prozeßsteuerung erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufschluß von biologischen Zellen auf einfache Weise so zu gestalten, daß eine hohe Ausbeute an Zellinhalt erzielt werden kann und eine kontinuierliche Arbeitsweise möglich ist.

Erfindungsgemäß wird das durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.

Bei einem Verfahren zum Aufschließen von biologischen Zellen unter Verwendung von sich bewegenden mechanischen Teilen zum Aufbrechen der Zellwände werden erfindungsgemäß als mechanische Teile solche aus magnetisierbarem Material verwendet, die zusammen mit den aufzuschließenden biologischen Zellen zwei sich kreuzenden Magnetfeldern ausgesetzt werden, wobei mindestens eines dieser Magnetfelder ein Wechselfeld ist.

Vorzugsweise werden die mechanischen Teile einem magnetischen Gleichfeld und einem um 90° versetzt dazu wirkenden magnetischen Wechselfeld ausgesetzt.

Weiterhin ist es zweckmäßig, daß die mechanischen Teile nadelförmig sind.

Bei diesem Verfahren werden die nadelförmigen mechanischen Teile aus magnetisierbarem Material durch die auf sie einwirkenden Magnetfelder bewegt und durch diese Bewegung werden die Zellwände aufgerissen. Dabei besteht der Vorteil, das die Zellwände nur soweit zerstört werden, daß einerseits zwar der Zellinhalt ausfließen kann, daß aber andererseits die Zelle an sich weitestgehend erhalten bleibt, also nicht in kleinere Stücke zerschlagen wird. Dadurch ist eine leichte Trennung von Zellinhalt und Zellwänden möglich, d. h. ein gutes Absetzverhalten, und es wird ein hoher Aufschlußgrad erreicht. Zwar ist bei der Kugelmühle der Aufschlußgrad noch höher, d. h. es werden in der gleichen Zeit mehr Zellen zerstört. Wegen des hohen Zerstörungsgrades der Zellwände lassen sich jedoch die Zellwandbruchstücke und der Zellinhalt unvollkommener trennen, so daß das Absetzverhalten schlechter ist als bei dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens hat erfindungsgemäß mindestens einen Permanentmagneten und winkelversetzt dazu angeordnet mindestens einen Elektromagneten mit zugehöriger Steuerung zur Erzeugung eines Wechselfeldes. Im Kreuzungsbereich der durch diese Magneten erzeugten Magnetfelder ist ein Behälter für die Aufnahme der magnetisierbaren mechanischen Teile und der aufzuschließenden biologischen Zellen angeordnet.

Vorzugsweise sind der Permanentmagnet bzw. die Permanentmagnete einerseits und der Elektromagnet bzw. die Elektromagnete andererseits um 90° zueinander versetzt angeordnet.

Der Behälter zur Aufnahme der Zellen und der magnetisierbaren mechanischen Teile ist auswechselbar im Bereich der Magneten angeordnet und ist vorzugsweise ein handelsüblicher sterilisierbarer Behälter aus zellphysiologisch unbedenklischem Kunststoff. Durch die Auswechselbarkeit der Behälter ist es möglich, quasi kontinuierlich Zellmaterial aufzuschließen. In den aus der Anordnung entnommenen Behältern kann das aufgeschlossene Zellmaterial steril aufbewahrt werden, während in weiteren Behältern in der Anordnung Zellmaterial aufgeschlossen wird.

Zur Durchführung eines kontinuierlichen Zellaufschlusses kann im Bereich der Magnete auch ein Durchflußbehälter angeordnet sein. Das ist möglich, weil die mechanischen Teile durch die Magnetfelder zwar einerseits bewegt werden, andererseits aber in deren Bereich gehalten werden.

Die Erfindung soll in Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Anordnung

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit auswechselbarem Probenbehälter

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einer Durchflußküvette als Probenbehälter.

In der Anordnung der Fig. 1 sind zwei Permanentmagnete 1 und 2 zur Erzeugung eines magnetischen Gleichfeldes B₁ und 90° versetzt zu den Permanentmagneten zwei Elektromagnete 3 und 4 zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes B₂ angeordnet. Im Kreuzungsbereich der durch diese Magnete erzeugten Magnetfelder ist ein Probenbehälter 5 angeordnet, in dem sich das aufzuschließende Zellmaterial 6 und magnetisierbare Teile 7 befinden. Die Teile 7 bewegen sich unter dem Einfluß der Magnetfelder und reißen dabei die Zellwände auf, ohne daß sie diese völlig zerstören.

In der Fig. 2 ist eine Anordnung mit einem herausnehmbaren Probenbehälter 5 schematisch im Schnitt dargestellt. Dort sind nur die Elektromagnete 3 und 4 sichtbar. Um die Kühlung der Spulen der Elektromagneten und des Probengefäßes zu ermöglichen, sind nicht dargestellte Kühlrohre vorgesehen, die über Anschlußstutzen 8 und 9 an einen Wasser-Kühlkreislauf angeschlossen werden können. Die Kühlung des Probenbehälters ist dann erforderlich, wenn wärmeempfindliche Zellen aufgeschlossen werden.

Das magnetische Wechselfeld kann über ein Steuergerät 10 beeinflußt werden. Es ist sowohl ein Dauerbetrieb als auch ein Intervallbetrieb, d. h. ein Betrieb, bei dem das Wechselfeld für einen bestimmten Zeitraum abgeschaltet ist, möglich.

Da der Probenbehälter 5 bei diesem erfindungsgemäßen Verfahren während der Behandlung des Zellmaterials 6 durch die magnetisierbaren Teile 7 hermetisch gegenüber der Umgebung abgeschlossen ist, bleibt die durch eine vorher durchgeführte Behandlung erzielte Sterilität erhalten.

Bei der Anordnung der Fig. 3 ist der Probenbehälter 5 eine Durchflußküvette. Mit dieser Anordnung ist ein kontinuierlicher Aufschluß von Zellmaterial möglich. Das aufzuschließende Zellmaterial gelangt aus einem Vorratsbehälter 11 über ein Ventil 12 in die Durchflußküvette, wo es während des Durchlaufes von den in der Fig. 3 nicht dargestellten magnetisierbaren Teilen 7 aufgeschlossen wird. Über ein weiteres Ventil 13 wird das aufgeschlossene Zellmaterial einem Auffangbehälter 14 zugeführt. Mit den Ventilen 12, 13, die vom Steuergerät 10 gesteuert werden, läßt sich der Durchfluß durch die Durchflußküvette verändern.

Auch bei diesem kontinuierlichen Aufschluß bleibt die Sterilität des Zellmaterials während des Durchlaufs durch die Anordnung erhalten, da deren Baugruppen 11, 12, 5, 13, 14 und die zugehörigen Leitungen ein in sich geschlossenes System bilden.

Verwendete Bezugszeichen

1, 2 Permanentmagnete
3, 4 Elektromagnete
5 Probenbehälter
6 Zellmaterial
7 magnetisierbare Teile
8, 9 Anschlußstutzen
10 Steuergerät
11 Vorratsbehälter
12, 13 Ventile
14 Auffangbehälter
B₁ magnetisches Gleichfeld
B₂ magnetisches Wechselfeld

Claims

1. Verfahren zum Aufschließen von biologischen Zellen unter Verwendung von sich bewegenden mechanischen Teilen zum Aufbrechen der Zellwände, dadurch gekennzeichnet, daß als mechanische Teile solche aus magnetisierbarem Material verwendet werden, die zusammen mit den aufzuschließenden biologischen Zellen zwei sich kreuzenden Magnetfeldern ausgesetzt werden, wobei mindestens eines dieser Magnetfelder ein Wechselfeld ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisierbaren Teile (7) einem magnetischen Gleichfeld (B₁) und einem um 90° versetzt dazu wirkenden magnetischen Wechselfeld (B₂) ausgesetzt werden.

3. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisierbaren Teile (7) nadelförmig sind.

4. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Permanentmagnet (1, 2) und winkelversetzt dazu mindestens ein Elektromagnet (3, 4) mit zugehöriger Steuerung zur Erzeugung eines Wechselfeldes (B₂) angeordnet sind und daß im Kreuzungsbereich der durch diese Magneten erzeugten Magnetfelder (B₁, B₂) ein Probenbehälter (5) für die Aufnahme der magnetisierbaren mechanischen Teile (7) und des aufzuschließenden biologischen Zellmaterials (6) angeordnet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet bzw. die Permanentmagnete (1, 2) einerseits und der Elektromagnet bzw. die Elektromagnete (3, 4) andererseits um 90° zueinander versetzt angeordnet sind.

6. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenbehälter (5) zur Aufnahme des Zellmaterials (6) und der magnetisierbaren mechanischen Teile (7) auswechselbar angeordnet ist.

7. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Durchführung eines kontinuierlichen Zellaufschlusses eine Durchflußküvette als Probenbehälter (5) angeordnet ist.