DE69204288T2 - Deckel zur aufnahme von vorsprüngen zur doppelseitigen und einseitigen simulierung von thrombosentstehung in teilweise verschlossenen blutgefässen. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschriebenen Deckplättchenträger zur Simulation von invivo-Blutströmungsbedingungen in verschlossenen Blutgefäßen. Die Erfindung bezieht sich auch auf die zugehörige, den Deckplättchenträger einschließende Parallelplatten-Perfusionskammer. Bei einer bevorzugten Ausführung der Perfusionskammer ist diese mit einer Mischeinrichtung zum Vermischen in vitro zugefügter Lösungen mit dem Blutstrom vor Erreichen der Parallelplatten-Perfusionskammer verbunden.
• Der Deckplättchenträger gemäß der vorliegenden Erfindung wird in die Parallelplatten-Perfusionskammer eingesetzt, so daß die Unterseite des Knopfes die Decke/den Boden einer Meßkammer bildet und in der Unterseite des Knopfes eine unterschiedliche Anzahl von Objektträgern oder Deckplättchen, die aus Kunststoff oder Glas oder irgendeinem anderen Material hergestellt sind, in speziell geschaffenen Rillen angebracht ist. Diese Deckplättchen können/können nicht mit einem biologischen/synthetischen Material bedeckt werden, und das Oberflächenniveau der Deckplättchen kann/kann nicht im Verhältnis zueinander und zur Decke/zum Boden der Meßkammer variieren, um eine sich ändernde, einseitige Einschnürung der Querschnittsfläche des Strömungsspaltes zu erzeugen. Bei einer speziellen Ausführung kann durch Anheben eines Bodenbereichs der Meßkammer, der den Deckplättchen des Deckplättchenträgers gegenüberliegt, eine zweiseitige Einschnürung des Strömungsquerschnittsbereichs erreicht werden. Mindestens 20 mm stromaufwärts vom Blutstromeinlaß der Parallelplatten-Perfusionskammer kann in dem Strömungskanal vorzugsweise eine nach dem Venturi-Prinzip wirkende Mischeinrichtung eingebaut sein.
• Eine Vorrichtung, bei der Blut Stoffen ausgesetzt ist, die die Thromboseentstehung unter die Blutströmung in menschlichen Blutgefäßen simulierenden Bedingungen erleichtern, ist im medizinischen Bereich sowohl für die Forschung als auch die Industrie von Nutzen. Durch Einstechen einer menschlichen Vene und Einführen eines Venenkatheters, der über Kunststoffrohre mit einer Parallelplatten-Perfusionskammer und einer stromabwärts von der Parallelplatten-Perfusionskammer angeordneten Pumpe verbunden wird, ist es möglich, ex vivo (d.h. eine Anti-Koagulation bzw. Gerinnungshemmung wird nicht angewendet) eine Blutströmung durch eine Perfusionskammer aufrechtzuerhalten. In diesem Zusammenhang wurde bereits eine ringförmige Perfusionskammer entwickelt, bei der das strömende Blut in engen Kontakt mit menschlichem Subendothelium gebracht wurde, digeriert mit a-Chymotrypsin, das eine an kollagenen Fibrillen reiche Oberfläche erzeugt (Baumgartner, H.R., Microvasc. Res. 5:167, 1973). Kollagene Fibrillen haben sich als aktiv für die Beschleunigung der Aggregation von Blutplättchen in strömendem Blut erwiesen (Baumgartner, H.R., Thromb. Haemost. 37: 1, 1977). In jüngerer Zeit wurden Perfusionskammern mit rechteckigem Querschnitt des Blutströmungsschlitzes entwickelt, bei denen ein handelsüblicher Objektträger (Glasschieber) oder ein Kunststoffdeckplättchen in einer speziell gefertigten, 90º zur Strömungsrichtung angeordneten Rille angebracht ist. Dieser Objektträger oder dieses Kunststoff-Deckplättchen, dessen Oberfläche auf der gleichen Höhe wie die der Decke der Kammer ist, wurde mit biologischem Material (Endothelialzellen, Bindegewebe aus Endothelialzellen und Kollagen) zur Unterstützung der Thromboseentstehung bedeckt (Sakariassen, K.S., Aarts, P.A.M.M., de Groot, P.G., Houdijk, W.P.M., Sixma, J.J.J., Lab. Clin. Med. 102: 522, 1983). Diese Perfusionskammer weist einen Strömungskanal auf, in dem der Querschnitt von der Kreisform in dem Zuführungsrohr in eine Rechteckform in der Meßkammer und wieder zur Kreisform geändert wird, was gewöhnlich mit einem geänderten Querschnittsbereich in Verbindung steht. Derartige Änderungen können zu labilen Strömungsbedingungen oder zur Strömungstrennung in der Meßkammer führen. Die Perfusionskammer wurde daher so modifiziert, daß ein glatter Übergang von der kreisförmigen zur rechteckigen Dimensionierung des Strömungskanals erzielt wurde. Es wurde errechnet, daß die Verringerung des Druckgradienten in diesem System wegen der geringeren kinetischen Energie weniger als 5% der wirksamen Flüssigkeitskraft betrug. Das weist auflaminare Strömungsbedingungen in der Perfusionskammer hin (Sakariassen, K.S., Joss, R., Muggli, R., Kuhn, H., Tschopp, T.B., Sage, H., Baumgartner, H.R., Arteriosclerosis, 10: 276-284, 1990).
• Die erwähnte modifizierte Perfusionskammer macht ein ex vivo- Prüfsystem zur Simulation von in vivo-Blutströmungsbedingungen unter Verwendung von nicht gerinnungsgehemmtem Blut möglich. Eine Aktivierung der Blutplättchen und die Gerinnung in der Nähe der Perfusionskaznmer ist gering und liegt innerhalb eines normalen Bereichs. Die Perfusionskammer hat eine gut abgegrenzte thrombogene Oberfläche, die die Thrombusbildung einleitet. Dementsprechend ist das System für die Untersuchung von Medikamenten und Stoffverbindungen, die Thromboseentstehungsvorgänge erleichtern/hemmen, sehr gut geeignet.
• Die erwähnte Perfusionskammer bietet jedoch keine Möglichkeit zur Untersuchung der genannten Stoffzusammensetzungen unter Blutströmungsbedingungen, die teilweise verschlossene Blutgefäße simulieren, die in vivo bei Atheromatose und atherosklerotischen Blutgefäßen in Erscheinung treten und die eine wichtige Ursache für die Thromboseentstehung sind. In ähnlicher Weise führt die Zugabe von Lösungen zu einem Blutströmungsrohr vor der Perfusionskammer aufgrund der laminaren Strömungsverhältnisse sehr oft zu einer unvollständigen Vermischung. Die Simulation von Blutströmungsbedingungen in teilweise verschlossenen Blutgefäßen kann jedoch mit der vorliegenden Erfindung durch Profilierung des Bodens des Deckplättchenträgers in mindestens zwei verschiedenen Höhen erreicht werden, so daß eine örtliche Veränderung des Querschnittsbereichs in der Meßkammer auftritt. Deckplättchen, die an der Oberfläche mit biologischem/synthetischem Material beschichtet sind, können am Boden des Deckplättchenträgers, der die Einschnürung des Strömungskanals bewirkt, und außerdem unmittelbar proximal oder distal zu der Einschnürung angebracht werden. Somit wird es möglich, die Thromboseentstehung in der Nähe, auf und entfernt von der Einschnürung auf Deckplättchen mit Oberflächen zu untersuchen, die nicht beschichtet sind, die mit biologischen, die Gerinnung aktivierenden Stoffen beschichtet sind (prokoagulante Oberflächen) oder die mit die Gerinnung nicht aktivierendem biologischem Material überzogen sind (nicht-prokoagulante Oberflächen) oder die mit natürlichen polymeren chemischen Verbindungen bedeckt sind, und zwar zusätzlich zu der Wirkung von Medikamenten.
• Die normale in vivo-Blutzirkulation ist durch laminare Blutströmungsbedingungen gekennzeichnet. Thrombotische Prozesse werden häufig in eingeschnürten Gefäßbereichen angetroffen. Derartige Bedingungen stören die laminare Blutströmung. Der Strömungskanal in der vorliegenden Perfusionskammer weist einen glatten, allmählichen Übergang von kreisförmigen zu rechteckigen Dimensionen des Strömungsspaltes auf, wobei der Zweck dafür darin besteht, die laminaren Blutströmungsverhältnisse auf dem gesamten Weg bis zur zentralen Meßkammer aufrechtzuerhalten. Das ist von Bedeutung, da eine gestörte Blutströmung die Blutplättchen und Gerinnungsfaktoren in der Nähe der zentralen Meßkammer aktivieren kann. In der zentralen oder Hauptmeßkammer, die geschaffen wird, wenn der Deckplättchenträger in den Schacht der Perfusionskammer eingesetzt ist, sind die Decke und/oder der Boden profiliert, um den die laminare Blutströmung störenden Strömungsquerschnittsbereich einzuschnüren. Damit wird der Zustand einer in vivo-Stenose simuliert. Außerdem können die Deckplättchen proximal an und distal zu der Einschnürung beschichtet oder auch unbeschichtet sein, und zwar mit einem Material, das die Gerinnung aktiviert oder nicht aktiviert, um somit in vivo- Gefäßwandveränderungen zu simulieren.
• Um die Wirkung von beispielsweise Versuchs-Antithrombotika auf die Thromboseentstehung zu untersuchen, die dem Blutstrom in der Nähe der Perfusionskammer zugeführt werden, wird vorzugsweise eine Mischeinrichtung eingebaut. Diese Vorrichtung gewährleistet eine homogene Vermischung des dem Blutstrom zugeführten Stoffes vor dem Eintreten in die Perfusionskammer. Um zu gewährleisten, daß der Blutstrom beim Eintritt in die Perfusionskammer laminar ist, sollte die Mischeinrichtung in einem Abstand von mindestens 20 mm stromaufwärts von der Perfusionskammer eingebaut sein. Die Mischeinrichtung umfaßt ein T-Rohr, in dem das Querrohr den Hauptströmungskanal bildet, und die Zugabe von Stoffen wird über das Seitenrohr vorgenommen. Der Durchmesser des Strömungskanals wird dann allmählich eingeschnürt und danach plötzlich erweitert. Diese Form des Strömungskanals bewirkt turbulente Strömungsbedingungen, die das Vermischen der dem Blutstrom über das Seitenrohr stromaufwärts von der Einschnürung zugeführten Lösungen erleichtert und ein homogenes Vermischen des zugeführten Materials im Blut gewährleistet.
• Die Parallelplatten-Perfusionskammer mit dem Deckplättchenträger und möglicherweise in Verbindung mit der Mischeinrichtung sind gemäß der Erfindung durch die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale gekennzeichnet.
• Ex vivo-Untersuchung bedeutet auch, daß normale venöse und arterielle Strömungsbedingungen simuliert werden können. Es wird nachgewiesen, daß das Wand-Geschwindigkeitsgefälle in der Nähe der Wand oder des Deckplättchens der Perfusionskammer für die Ablagerung der Blutplättchen und für die Aktivierung der Gerinnung von Bedeutung ist (Sakariassen, K.S., Joss, R., Muggli, R., Kuhn, H., Tschopp, T.B., Sage, H., Baumgartner, H.R., Arteriosclerosis, 10: 276-284, 1990, Sakariassen, K.S., Weiss, H., Baumgartner, H.R., Thromb. Haemostas, 65: 596-600, 1991). Das Wand-Geschwindigkeitsgefälle in Strömungskanälen mit rechteckigem Strömungsquerschnitt kann durch die Gleichung I
• γWand = 1,03 6Q/a.b² I
• ausgedrückt werden, in der
• -Wand das Wand-Geschwindigkeitsgefälle (sec&supmin;¹),
• Q den Blutdurchsatz in ml/s,
• a die Breite (cm) des rechteckigen Strömungskanals, und
• b die Höhe (cm) des rechteckigen Strömungskanals darstellt.
• Durch Änderung dieser Größen des Strömungskanals kann jeweils das arterielle bzw. venöse Geschwindigkeitsgefälle in der Perfusionskammer simuliert werden.
• Die Entwicklung einer Stenose in vivo kann exzentrisch voranschreiten, wenn sie sich unter atheromatischen Bedingungen in der Gef äßwand entwickelt. Eine Simulation derartiger Bedingungen kann gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine exzentrische Einschnürung des Strömungskanals durch Profilierung des Bodens des Deckplättchenträgers in Richtung der Blutströmung erhalten werden.
• Die Zeichnungen zeigen eine bevorzugte Ausführungsform des Deckplättchenträgers gemäß der Erfindung mit drei Deckplättchen und der Anordnung des Deckplättchenträgers in der Perfusionskammer.
• Fig. 1 zeigt die Perfusionskammer 1 mit einem Strömungseinlaß-Verbindungsstück 2 in Standardausführung zur Verbindung mit einer Armvene über eine Infusionsausrüstung sowie ein entsprechendes Strömungsauslaß-Verbindungsstück 3 zum Anschluß der Perfusionskammer an eine Pumpeinrichtung. Der Strömungskanal 4 verbindet das Einlaß-Verbindungsstück mit dem Auslaß-Verbindungsstück und durchläuft einen gebohrten, elliptischen Schacht 5, in den der Deckplättchenträger 6 gemäß der Erfindung eingesetzt ist.
• Fig. 2 zeigt den Deckplättchenträger 6 gemäß der Erfindung in einem Schnitt 90º (oder senkrecht) zur Strömungsrichtung < längs der Linie I-I in Fig. 1), bei dem der Boden die Decke der Meßkammer 7 bildet, wenn der Deckplättchenträger in die Perfusionskammer eingesetzt ist, sowie einen 0-Ring 10 zu Abdichtungszwecken. Das Einsetzen des Deckplättchenträgers 6 in die Perfusionskammer 1 (punktierte Darstellung) ist gezeigt.
• Fig. 2A zeigt eine Einzelheit einer speziellen Ausführungsform der Erfindung, bei der eine zweiseitige Einschnürung des Strömungskanals durch Erhöhung des Bodens der Meßkammer 20, die den Deckplättchen am Boden des Deckplättchenträgers gegenüberliegt, erhalten wird.
• Fig. 3 zeigt den Deckplättchenträger 6 gemäß der Erfindung in einem Schnitt längs des Strömungskanals (längs der Linie II- II in Fig. 2) mit an handelsübliche Kunststoffdeckplättchen angepaßten Rillen 11, 12, 13-1. Die Figuren 3A bis 3C zeigen drei Beispiele der sinusförmigen Wand der Erhöhung des Deckplättchenträgers, die die Einschnürung des Strömungsquerschnittsbereichs in der Meßkammer bewirkt.
• Fig. 4 zeigt den erfindungsgemäßen Deckplättchenträger 6 in einer Draufsicht, mit drei Deckplättchen 14, 15, 16-1, die in den Rillen 11, 12, 13-1 im Boden des Deckplättchenträgers angeordnet sind.
• Fig. 5 zeigt eine Mischeinrichtung 21 zum homogenen Vermischen der dem Blutstrom zugeführten Lösungen.
• Fig. 6 zeigt das Thrombusvolumen (um³/um²) als Funktion der Perfusionszeit in einer Meßkammer, und zwar ohne Anheben des Bodens des Deckplättchenträgers in den Strömungskanal (ohne Stenose) und in einer Meßkammer gemäß der Erfindung mit profiliertem Boden des Deckplättchenträgers (mit Stenose). Die Volumina der Thromben sind als Mittelwerte angegeben +/- S.E.M. und n = 5-7
• Fig. 7 zeigt die prozentuale Verteilung der Radioaktivität in vier parallelen, gleichen Teil- oder Unterströmungen der Hauptströmung (10 ml/min) von zitriertem Blut nach der Injektion oder dem Einpumpen (0,1-1 ml/min) einer Lösung, die &sup5;¹CrO&sub4; in physiologischer Salzlösung enthält, über das Seitenrohr 23 in der Mischeinrichtung (Feld A). Die untersuchten, gleichen Teilströmungen werden stromabwärts von der Mischeinrichtung verbunden. Feld B zeigt eine ähnliche Prüfung ohne Verwendung der erf indungsgemäßen Mischeinrichtung. Die Ergebnisse sind als Mittelwerte +/- S.D., nA = 6 (mit der Mischeinrichtung), nb = 3 (ohne Mischeinrichtung) ausgedrückt.
• Der Deckplättchenträger 6 gemäß der vorliegenden Erfindung wird in Schacht 5 in die Perfusionskammer 1 in einem Abstand von dem Perfusionskammer-Einlaß eingesetzt, der zur Erzeugung laminarer Blutströmungsverhältnisse in der Nähe des Deckplättchens 14, das stromabwärts von der Einschnürung des Strömungskanals angeordnet ist, notwendig ist. Dieser Abstand beträgt mindestens 50 mm, vorzugsweise 70 mm. Die Parallelplatten-Perfusionskammer wird aus einem festen Kunststoffmaterial (zum Beispiel Polymethylacrylat) hergestellt und umfaßt, wie Fig. 1 zeigt, zwei aneinandergrenzend angeordnete und durch Schrauben befestigte Platten. Der elliptische Schacht 5 ist als ein Loch in der oberen Platte ausgebildet. In der unteren Platte ist eine Rille vorgesehen, die bei zueinander benachbart angeordneten Platten den Strömungskanal 4 bildet. Die Meßkammer 7 wird als der Teil des Strömungskanals definiert, der durch die Wände des elliptischen Schachts 5 begrenzt ist. An der Stelle der Erhöhung des Bodens des Deckplättchenträgers 6, die die Einschnürung des Strömungskanals bewirkt, ist der Boden des Deckplättchenträgers 6 als eine quer angeordnete (im Vergleich zur Fließrichtung), gekrümmte Erhöhung ausgebildet, die an eine entsprechend gewölbte, in die untere Platte der Parallelplatten-Perfusionskammer geschnittene Vertiefung angepapt ist. Die Abmessungen des Strömungskanals (a, b) werden unter Anwendung der Gleichung I in Übereinstimmung mit dem Geschwindigkeitsabfall und den Strömungsverhältnissen, die zur Erzielung der gewünschten simulierten Verhältnisse erforderlich sind, ausgewählt.
• Der Deckplättchenträger 6 wird aus dem gleichen Material wie die Parallelplatten-Perfusionskammer hergestellt und besteht aus einem Korpus, der beispielsweise als Zylinder mit einem elliptischen Querschnitt 9 entsprechend dem Schacht 5 in der Perfusionskammer (Fig. 2) ausgebildet ist. Im oberen Teil des Zylinders kann durch Vergrößerung des Querschnitts des Korpus ein Griff 8 in der gleichen Form wie der elliptische Zylinder 8 vorgesehen sein, der derart angeordnet ist, daß die Höhe des Zylinders 9 gleich der Stärke der oberen Platte in der Parallelplatten-Perfusionskammer ist. Ein 0-Ring 10 geeigneter Abmessung ist um den Zylinder 9 herum angebracht, um ein mögliches Austreten von Blut aus der Meßkammer zu verhindern.
• Ein teilweise exzentrischer Verschluß eines Blutgefäßes wird durch Profilierung des Bodens des Deckplättchenträgers 6 in der Strömungsrichtung simuliert. 90º zur Strömungsrichtung werden im Boden des Deckplättchenträgers Deckplättchenrillen 11, 12, 13-1 erzeugt. Die Tiefe dieser Rillen 11, 12, 13-1 ist gleich der Stärke der Deckplättchen, und der Abstand zwischen den Rillen beträgt 0,5 mm. Die Deckplättchen sind in den Rillen mit geeigneten Befestigungsmitteln angebracht. Die Deckplättchenrillen können auch dauerhaft mit einer Masse einer Materialart mit der gleichen Stärke wie die Deckplättchen gefüllt werden, wobei in diesem Fall die Thromboseentstehung auf einer Unterlage initiiert wird, die für eine Untersuchung nicht von dem Deckplättchenträger entfernt werden kann. Das proximale Deckplättchen 14 in der Decke der Meßkammer befindet sich auf einer Höhe mit der Decke des Strömungskanals 4 in der Perfusionskammer 1. Die Unterlage der Rille 12 des zweiten Deckplättchens 15 stromabwärts ist im Verhältnis zur Decke des Strömungskanals 4 über gerade oder (zum Beispiel sinusförmig) gekrümmte Wände 17, 18, 19 angehoben, und zwar in der Weise, daß der Querschnittsbereich der Meßkammer im Verhältnis zum Querschnittsbereich des Strömungskanals eingeschnürt wird. Der Höhenunterschied zwischen dem proximalen (14) und dem mittleren (15) Deckplättchen kann derart variieren, daß der Querschnittsbereich der Meßkammer an dieser Stelle bis zu 95% des Querschnittsbereichs des Strömungskanals 4 verschlossen werden kann. Die Rillen für die distalen Deckplättchen 16-1 bis 16-4 (in Fig. 3 ist nur 16-1 dargestellt) können beispielsweise in der Höhe der proximalen Deckplättchenrille 11 verlaufen, oder die Höhe kann im Verhältnis zu der ersten Deckplättchenrille 11 geändert werden. Die Größe des Deckplättchenträgers 6 wird entsprechend der gewünschten Anzahl der Deckplättchen eingestellt, die mindestens 1 beträgt und vorzugsweise zwischen 1 und 6 liegt.
• Ein teilweise konzentrischer Verschluß eines Blutgefäßes wird durch Anheben des Bodens 20 der Mepkammer 7 in der Perfusionskammer in die Meßkammer 7 simuliert, und zwar derart, daß der Querschnittsbereich des Strömungskanals zweiseitig, sowohl von der Decke als auch vom Boden der Meßkammer her, eingeschnürt wird.
• Die Oberfläche der Deckplättchen kann unbeschichtet sein oder mit biologischem Material oder chemischen Verbindungen beschichtet sein, die für die Untersuchung wünschenswert sind.
• Biologische Stoffe, die erwähnt werden können, sind lebende, vorzugsweise stimulierte oder nichtstimulierte Zellen. Nichtprokoagulantes Material kann kollagene Fibrillen, nicht-stimulierte Kulturen menschlicher endothelialer Zellen und extrazelluläres Bindegewebe, das von den erwähnten endothelialen Zellen oder deren Komponenten abgeschieden wird, umfassen. Prokoagulantes Material kann menschliche Endothelialzellen, die zum Beispiel mit Endotoxin oder Zytokinen behandelt sind, und von den behandelten Endothelialzellen und deren Bestandteilen abgeschiedenes Bindegewebe umfassen. Außerdem kann das biologische Material Verbindungen umfassen, die nach der rekombinanten DNA-Technologie erzeugt werden. Synthetische chemische Verbindungen, die Thromboseprozesse verändern oder nicht verändern, stellen ebenfalls mögliche Bedeckungen oder Schichten auf den exponierten Oberflächen der Deckplättchen dar. Somit werden alle Beläge aus biologischem Material, rekombinantem Material und synthetischen Verbindungen (Medikamente) mit oder ohne Wirkung auf die Thrombosevorgänge als sich innerhalb des Gedankens und des Bereichs der Erfindung befindend betrachtet. Die Verfahren zu Beschichtung der Deckplättchen sind aus der Literatur bekannt.
• Ein typischer Perfusionsversuch dauert beispielsweise 5 Minuten und erfordert 50 ml (10 ml/min) von dem Blutspender. Auf die Blutperfusion folgt unmittelbar eine 20 s dauernde Perfusion (10 ml/min) mit einer physiologischen Pufferlösung, die das Blut in der Perfusionskammer auswäscht, und danach folgt eine 40 s dauernde Perfusion (10 ml/min) mit einer Lösung, die die thrombotischen Ablagerungen auf der reaktiven Fläche in der Perfusionskammer bindet. Die reaktive Fläche mit dem fixierten thrombotischen Material wird anschließend aus der Perfusionskammer entfernt und in Kunststoff (Epon) eingebettet. Aus dem Gußmaterial werden 1um dünne Abschnitte erzeugt, gefärbt und morphologisch unter Anwendung der Lichtmikroskopie und eines Schliffbildanalysesystems ausgewertet. Die Größe des Thrombus auf der reaktiven Fläche wird als Thrombusvolumen pro Flächeneinheit ausgedrückt.
• Wenn die Perfusionskammer 1 mit dem Deckplättchenträger 6 zur Untersuchung der Wirkung dem Blut in vitro zugeführter Substanzen angewendet wird, wird die in den Strömungskanal zwischen der Vene und der Perfusionskammer 1 eingebaute Mischeinrichtung 21 benutzt. Die Mischeinrichtung 21 umfaßt ein modifiziertes T-Rohr, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, bei dem das mit einem Standard-Verbindungsstück 27 ausgerüstete Seitenrohr 23 das Hineinpumpen oder Injizieren geeigneter Lösungen in das durch das an beiden Enden mit einem Standard- Verbindungsstück 27 ausgerüstete Hauptrohr 22 strömende Blut erlaubt. Der Innendurchmesser des Hauptrohres oder Blutströmungsrohres 22 und des Seitenrohres 23 kann vorzugsweise 2,0 mm betragen oder an die vorhandenen Versuchsverhältnisse angepaßt sein. In einem geeigneten Abstand stromabwärts vom Seitenrohr 23, zum Beispiel 12 mm, wird das Blutströmungsrohr über eine geeignete Distanz 24, beispielsweise 12 mm, bis zu einem Punkt 25 mit einem Innendurchmesser von beispielsweise 0,5 mm allmählich eingeschnürt, und danach wird das Rohr über eine wesentlich kürzere Länge 26, zum Beispiel 5 mm, bis zu einem Durchmesser, der erheblich größer ist als der des Blutströmungsrohres 22, beispielsweise 4,0 mm, erweitert. Durch Zugabe einer Lösung über das Seitenrohr 23 bleibt die Blutströmung bis zum kleinsten Durchmesser des Rohres 25 laminar, und das Vermischen der zugeführten Lösungen wird unzulänglich sein, wonach die plötzliche Vergrößerung des Durchmessers über die kurze Ausdehnung des Rohres 26 turbulente Strömungsverhältnisse schafft, die für eine homogene Vermischung der dem Blutstrom zugeführten Lösungen sorgen.
• Im Gegensatz zu der erwähnten allmählichen E rweiterung über eine erheblich kürzere Distanz 26, die ein gekrümmtes Muster beschreibt, erfolgt diese Erweiterung bei einer bevorzugten Ausführungsform plötzlich, und das Rohr erreicht seinen neuen Durchmesser in einer senkrecht zur Fließrichtung verlaufenden Form, wobei sich optimale Mischströmungsverhältnisse ergeben.
• Um zu gewährleisten, daß die laminaren Strömungsverhältnisse wiederhergestellt werden, bevor das Blut in die Perfusionskammer 1 fließt, wird die Mischeinrichtung 21 mindestens 20 mm stromaufwärts von dem Einlaßverbindungsstück 2 in der Perfusionskammer 1 angeordnet.
• Die nachfolgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung.
BEISPIEL 1
• Nicht in der Gerinnung gehemmtes menschliches Blut wurde direkt von der antikubitalen Vene über drei Deckplättchen gezogen. Gereinigtes menschliches Kollagen wurde auf das Deckplättchen 15 aufgebracht, und die Deckplättchen 14 und 16-1 auf dem Deckplättchenträger 6 in der Meßkammer 7 wurden mit Endothelialzellen beschichtet. Die antikubitale Vene wurde mit einer "Butterfly"-Infusionsnadel punktiert, und das Blut wurde mittels einer distal in der Perfusionskammer angeordneten Pumpe über den Blutströmungskanal 4 zur Meßkammer 7 gezogen. Der Blutstrom betrug 10 ml/min, und die Perfusion dauerte 1 bis 15 Minuten. Die Thromben auf dem Deckplättchen mit Kollagen an der Einschnürung des Strömungskanals in der Meßkammer versperrten nach drei Minuten teilweise die Blutströmung durch die Kammer, wenn die Verstopfung den Blutströmungskanal am Anfang mit > 80% einschnürte. Eine Verstopfung des Blutkanals von < 60% erzeugte kleinere Thromben. Alle verstopften Kammern bewirkten eine signifikante Thromboseentstehung innerhalb einer Minute.
• Die Perfusionskammer wurde sofort nach der Blutperfusion 20 s lang von einer physiologischen Pufferlösung durchströmt, gefolgt von einer 40 sec dauernden Perfusion mit einer Glutaraldehyd-Lösung, um den Thrombus zu binden. Alle Perfusionen wurden mittels eines T-Rohres und ohne Unterbrechung der Pumpe bei kontinuierlicher Durchströmung der Kammer durchgeführt.
BEISPIEL 2
• Dieses Beispiel bezieht sich auf einen Vergleich der Thromboseentstehung in einer Meßkammer ohne profilierten Boden des Deckplättchenträgers mit der Thromboseentstehung in einer Meßkammer gemäß der vorliegenden Erfindung, in der der Boden des Deckplättchenträgers erhöht ist, um eine arterielle Stenose mit Geschwindigkeitsgefällen gleich 2600 s&supmin;¹ zu simulieren.
• Nicht in der Gerinnung gehemmtes Blut aus der antikubitalen Vene wurde durch die Perfusionskammer mit dem Deckplättchenträger gemäß der Erfindung gepumpt, und zwar, wie im Beispiel 1 beschrieben, mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 10 ml/min. Die Anhebung des Bodens in dem Deckplättchenträger verschloß 50% des Querschnittsbereiches des Strömungskanals und führte zu einer einseitigen Stenose. Ein Deckplättchen an der Einschnürung war mit reinem menschlichem Kollagen beschichtet. Das Geschwindigkeitsgefälle an der Oberfläche dieses Deckplättchens betrug 2600 s&supmin;¹ Das gleicht dem Geschwindigkeitsgefälle, das bei einer Koronararterie durchschnittlicher Größe mit einer 50 % verschließenden Stenose beobachtet werden kann. Die Meßkammer ohne Deckplättchenträger wurde zur Schaffung eines Geschwindigkeitsgefälles von 2600 s&supmin;¹ in der Meßkammer dimensioniert.
• Wie in Fig. 6 gezeigt ist, war das mit einem Bildanalyseverfahren gemessene Volumen des Thrombus in der verschlossenen Meßkammer gemäß der Erfindung im Vergleich mit dem Thrombusvolumen in der Meßkammer ohne Verschluß bereits nach einer Perfusion von 3 min signifikant größer und nach 5 min verdoppelt. Das verdeutlicht die Wirkung eines Ausgangsverschlusses in der Meßkammer, um die Entwicklung der Thromboseentstehung in in vivo-Gefäßsystemem mit Stenose zu simulieren. BEISPIEL 3 Prüfung der Wirksamkeit der Mischeinrichtung
• Die Prüfeinrichtung umfaßte die Mischeinrichtung 21 (Fig. 5), die mit einer 20 mm-Rohrleitung gleicher Abmessung verbunden ist, die an vier gleich lange, parallele Rohre mit gleichen Strömungsquerschnittsbereichen (1/4 des Strömungsquerschnittsbereiches der Hauptströmung) angeschlossen war. Diese Anordnung bewirkte, daß sich ein Blutstrom durch die Mischeinrichtung in vier gleiche Ströme trennt. Zitriertes Blut wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, durch die Mischeinrichtung (10 ml/min) gepumpt, während eine physiologische Salzlö- Sung, die &sup5;¹CrO&sub4; enthielt, kontinuierlich über das Seitenrohr 23 zugeführt wurde (0,1-1 ml/min). Die vier Teilströmungen wurden zusammengeführt, und es wurde die Radioaktivität gemessen.
• Um die Mischwirkung ohne die Mischeinrichtung zu prüfen, wurde diese durch ein T-Rohr ohne Einschnürung und die folgende Erweiterung, aber mit den gleichen Abmessungen und der Länge der Mischeinrichtung, ersetzt.
• Fig. 7 zeigt bei der Prüfung, bei der die Mischeinrichtung 21 angewendet wurde (A), keinen signifikanten Unterschied in der prozentualen Radioaktivität (% der injizierten Radioaktivität in dem Seitenrohr) in den vier Teilströmen. Wenn eine &sup5;¹CrO&sub4; enthaltende physiologische Salzlösung in den Hauptstrom injiziert wurde und dieser Strom nicht durch die Mischeinrichtung geführt wurde, zeigten sich beträchtliche Unterschiede in der prozentualen Radioaktivität, die sich aus den vier Teilströmen ergab (B). Das zeigt, daß die Mischeinrichtung eine homogene Vermischung der Radioaktivität in dem Blutstrom erzeugt. Das geschah bei Abwesenheit der Mischeinrichtung nicht.

Claims (11)

1. Deckplättchenträger (6) zum Einsetzen in eine aus zwei Kunststoffplatten bestehende Perfusionskammer (1) mit einem durchgehenden Strömungskanal (4), der einen glatten, allmählichen Übergang von einem kreisförmigen Querschnitt in einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wobei der Deckplättchenträger einen Korpus mit einem O- Ring (10) zu Abdichtungszwecken umfaßt, der einer Bohrung gleichen Querschnitts in der Perfusionskammer (1) angepaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des Deckplättchenträgers 900 zur Fließrichtung querverlaufende Rillen (11, 12, 13-1) zur Anbringung abnehmbarer Deckplättchen (14, 15, 16-1) aufweist, die Tiefe der Rillen gleich der Stärke der Deckplättchen ist und der erwähnte Boden des Deckplättchenträgers in der Fließrichtung in der Weise profiliert ist, daß sich bei Anbringen des Deckplättchenträgers in der Perfusionskammer (1) die Oberfläche des ersten Deckplättchens (14) auf gleicher Höhe mit der Decke des Strömungskanals (4) befindet, die Oberfläche des zweiten Deckplättchens (15) im Vergleich zur Oberfläche des ersten Deckplättchens (14) erhöht ist, die Seitenwände der erwähnten Erhöhung gerade oder in unterschiedlicher Ausführung vorgesehen sind, so daß die Querschnittsfläche der Meßkammer (7) einseitig eingeschnürt ist, oder mit einer Erhöhung (20) im Boden der Meßkammer (7), der Erhöhung des Bodens des Deckplättchenträgers zugewandt, zweiseitig eingeschnürt ist, und daß die auf das zweite Deckplättchen (15) folgenden Deckplättchen am Boden des Deckplättchenträgers in einer durch die Form des Deckplättchenträgers begrenzten Anzahl höhengleich mit der Oberfläche des ersten Deckplättchens (14) sind und/oder im Vergleich zu dieser Oberfläche - in gegenseitig unabhängiger Variation - erhöht sind, und daß die Oberfläche eines oder mehrerer Deckplättchen mit biologischem Material, recombinantem Material und/oder synthetisch-chemischen Verbindungen beschichtet ist oder unbeschichtet ist.

2. Deckplättchenträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem Zylinder (9) mit elliptischem Querschnitt besteht.

3. Deckplättchenträger nach den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des zweiten Deckplättchens im Vergleich mit der Oberfläche des ersten Deckplättchens erhöht ist, um den Querschnittsbereich der Meßkammer von mehr als 0% bis 95% des Querschnittsbereichs des Strömungskanals einseitig zu verschließen.

4. Deckplättchenträger nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhöhung am Boden, die die Einschnürung des Querschnittsbereichs der Meßkammer bewirkt, 90º zur Strömungsrichtung sinusförmige Wände (17, 18, 19) aufweist.

5. Deckplättchenträger nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Deckplättchen mindestens eins und - nach oben durch die Form des Deckplättchenträgers begrenzt - vorzugsweise eins bis sechs ist.

6. Deckplättchenträger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Oberflächen der Deckplättchenträger mit einem biologischen, recombinanten und/oder synthetischen chemischen Material beschichtet ist, das die Thromboseentstehung beeinflußt oder nicht beeinflußt.

7. Deckplättchenträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Hartplastik, vorzugsweise transparenter Plastik, hergestellt ist.

8. Deckplättchenträger nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckplättchen gegen ein bleibendes, nicht entfernbares Material mit der gleichen Stärke wie die erwähnten Deckplättchen ausgewechselt werden.

9. Perfusionskammer (1) zur Anwendung mit dem Deckplättchenträger (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Bodens der Meßkammer (7), der der Erhöhung des Bodens des Deckplättchenträgers in Relation zu der Meßkammerdecke gegenüberliegt, in die Meßkammer in einem solchen Grad erhöht ist, daß der Querschnittsbereich der Meßkammer zweiseitig um mehr als 0% und weniger als 95% des Querschnittsbereichs des Strömungskanals (4) eingeschnürt ist.

10. Perfusionskammer (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Meßkammer höhengleich mit dem Boden des Strömungskanals (4) ist und der Querschnittsbereich der Meßkainmer einseitig um mehr als 0% und weniger als 95% des Querschnittsbereichs des Strömungskanals (4) eingeschnürt ist.

11. Perfusionskammer nach Anspruch 9 und 10, die einen Deckplättchenträger nach Anspruch 1 einschließt und wahlweise mit einer Mischeinrichtung angewendet wird, die ein mit einem Seitenrohr (23) versehenes Hauptrohr (22) umfaßt, dessen Durchmesser sich allmählich auf einen wesentlich kleineren Wert verjüngt, gefolgt von einer plötzlichen Vergrößerung auf einen Durchmeser, der erheblich größer als der Durchmesser des Hauptrohres ist.