EP1468285A1 - Method for detecting the biocompatibility of polymers - Google Patents

Method for detecting the biocompatibility of polymers

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EP1468285A1
EP1468285A1 EP03702524A EP03702524A EP1468285A1 EP 1468285 A1 EP1468285 A1 EP 1468285A1 EP 03702524 A EP03702524 A EP 03702524A EP 03702524 A EP03702524 A EP 03702524A EP 1468285 A1 EP1468285 A1 EP 1468285A1
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EP
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cells
polymers
biocompatibility
detecting
mitogenicity
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Withdrawn
Application number
EP03702524A
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Ulrich Zimmermann
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Original Assignee
Individual
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
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    • G01N33/5008Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells for testing or evaluating the effect of chemical or biological compounds, e.g. drugs, cosmetics
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    • G01N33/5011Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells for testing or evaluating the effect of chemical or biological compounds, e.g. drugs, cosmetics for testing antineoplastic activity
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    • G01N33/5044Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells for testing or evaluating the effect of chemical or biological compounds, e.g. drugs, cosmetics involving specific cell types
    • G01N33/5047Cells of the immune system
    • G01N33/505Cells of the immune system involving T-cells

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting the biocompatibility of polymers. This method is particularly applicable in transplant medicine.
  • the alginate encapsulation material is absolutely biocompatible in order to avoid rejection reactions.
  • Such reactions include, for example, the typical immune rejection reactions that lead to fibrotic overgrowth of the graft.
  • the present invention relates to a method for detecting the biocompatibility of polymers by measuring the apoptosis rate of cells and detecting the mitogenicity of the cells in the presence of the polymers.
  • the method according to the invention is particularly suitable for distinguishing between non-immunologically active polymers (biocompatible) and immunologically active polymers. This means that a simple, combined detection method without animal testing can be used to determine whether or not the polymer to be tested for biocompatibility would lead to rejection reactions. It is therefore no longer necessary to carry out animal experiments and, in the interests of animal protection, no more animals are being killed for biomedical compatibility studies to the previous extent.
  • FIGS. 2A and 2B recordings of histological sections through the marginal region of a rat kidney
  • biopolymers and synthetic polymers which are suitable for biological purposes, such as transplantations, before their use, e.g. in clinical studies, tested for biocompatibility in vitro.
  • the biopolymers include, for example, polysaccharides and their derivatives. Alginates are very particularly preferred.
  • the biocompatibility of the polymers is demonstrated on a laboratory scale by measuring the apoptosis rate of cells and demonstrating the mitogenicity of the cells in the presence of the polymers.
  • Eukaryotic cells for example, can be used for the detection.
  • Jurkat T lymphocytes are used in the method according to the invention for measuring the apoptosis rate.
  • Apoptosis the "programmed cell death"
  • This suicide program is genetically designed for the organisms and is vital.
  • apoptosis is also very important for the body's defenses. It causes infected or damaged cells to commit suicide, protecting the body. The cells can recognize themselves when they no longer function properly.
  • the basic idea of the present invention is to evaluate the apoptosis rate of cells and the detection of mitogenicity as an indication of whether the polymer to be tested in animal experiments for biocompatibility has immunogenic effects.
  • Apoptosis and mitogenicity are determined in vitro, ie cells are cultivated in the presence of the polymers and the apoptosis rate is determined by measuring the apoptotic cells and the mitogenicity is determined by the stimulation rate of certain cells. If the samples to be examined show an increased mitogenicity and / or an increased apoptosis rate compared to a control sample (cultivation of the cells without the polymer to be tested), it can be assumed that the material to be tested is not biocompatible. Only when both detection methods have no elevated values compared to the control group can it be assumed that the polymer to be tested is biocompatible.
  • Mitogenicity can be determined using the following procedure. Living cells, such as human lymphocytes (cell lines) or mouse lymphocytes, are kept in culture with the polymers for a few days. If mouse lymphocytes are used, it is necessary to sacrifice animals in this case too, but a spleen preparation is sufficient to carry out several hundred mitogenicity tests. This is in no comparison to the biocompatibility studies in the animal model, in which several animals are required per batch. If the polymers have an immunogenic effect, the cells enlarge and the number of cells increases (in order to clarify this effect, additional stimulants, for example LPS or PHA, can be added to the culture).
  • additional stimulants for example LPS or PHA
  • the cell size and the cell number can be determined with the help of the CASY1 Cell Analyzer (Model TTC, Sharpness Technology, Reutlingen, Germany), which works according to the Coulter principle.
  • CASY1 Cell Analyzer Model TTC, Sharpness Technology, Reutlingen, Germany
  • This device enables fast, precise detection (size, size distribution and number of cells) of several thousand cells per measurement. No significant cell enlargement and increase in cell number after incubation can be measured with mitogen-free polymers, whereas with mitogenic polymers a significant cell enlargement and an increased cell number can be demonstrated.
  • FIG. 1 shows the result of this process for different alginate batches. It can be seen that commercially available alginates (top peaks at about 9.5 ⁇ m in diameter), in contrast to the control group (bottom peak at about 9.5 ⁇ m in diameter), which was not cultivated with the alginate to be tested, significantly increased the number of cells in the Effect area of stimulated cells. This means that they contain a high proportion of mitogenic substances and are therefore not biocompatible.
  • the fact that commercial alginates cause fibrotic reactions in the animal model has been described in numerous publications (Klöck et al. In "Biomaterials", Vol. 18, 1997, pp. 707-713; Klöck et al. In “Applied Microbiology and Biotechnology” , Vol. 40, 1994, pp. 638-643; Zimmermann et al. In “Bio Techniques", Vol. 29, 2000, pp. 564-581). In contrast, alginates A and B, which are highly purified products, show no significant increased mitogenicity compared to the control.
  • the apoptotic cell rate is measured on a laboratory scale. First, suitable cells, such as human Jurkat T lymphocytes, are grown. The harvested cells are then cultivated in the presence of the polymers. If necessary, a check for cell vitality and cell cycle can then be carried out. Finally, the cells incubated in the presence of the polymers are subjected to apoptosis after a determined period, usually after ten and fifty hours, preferably after 16 and 40 hours.
  • the measurement of the apoptotic cells can be used by any known method for the determination of apoptotic cells.
  • the measurement based on a fluorescent dye reaction has proven to be particularly suitable.
  • the fluorescence detection reaction takes advantage of the mitochondral transmembrane potential of the cells.
  • the destruction of the mitochondral transmembrane potential is known to be one of the earliest intracellular events that follows after apoptosis induction.
  • the fluorescence detection method is based on the fact that a distinction is made between healthy and apoptotic cells by detecting the changes in the mitochondrial transmembrane potential.
  • the fluorescent dye In healthy cells, the fluorescent dye accumulates and aggregates in the mitochondria, resulting in a broad red fluorescence.
  • the fluorescent dye cannot aggregate in the mitochondria, which is due to the changed mitochondral transmembrane potential. Therefore, it remains in the cytoplasm in its monomeric form and fluoresces green.
  • the fluorescence signals can easily be detected by fluorescence microscopy using an appropriate bandpass filter or in a flow cytometer.
  • any fluorescent dye suitable for detection can be used as the fluorescent dye.
  • An example of such a dye is 5, 5 ', 6, 6' tetrachloro-1, 1 ', tetraethylbenzimidazolylcarbocyanine iodide.
  • the method according to the invention is meaningful and indicates the incompatibility of the tested material even at low apoptosis rates.
  • the apoptosis rate of the cells that are cultivated with the polymer to be tested is compared with the apoptosis rate of the control cells (same cell lot) that are not cultivated with the polymer to be tested. Normally it can be assumed that an apoptosis rate that is greater than 2% higher is a critical value for the cells cultivated with the polymer in comparison with the cells cultivated without the polymer.
  • the following table shows a summary of the results with different alginate batches, which were both pre-tested with the method according to the invention and later examined in animal experiments.
  • the animal experiments were carried out as described in DE-OS 198 36 960. Camptothecin, which is an apoptosis-inducing detergent, was used as a positive control.
  • Camptothecin therefore causes a significantly increased apoptosis rate compared to the control group.
  • the batches of commercial alginates with high mitogenicity and low biocompatibility (swo) show that no mitogenic impurities are found in the substances to be tested with this method; here the apoptosis rates are even slightly below those of the control. Reference is made to the following Table 1. Table 1
  • batch A shows a low apoptosis rate (less than 2% increased compared to the control) in the area of the control and batch B shows a significantly increased rate
  • Apoptosis rate (more than 2% increased compared to the control). This means that only Charge A is biocompatible and would not cause fibrosis in the animal model.
  • the alginates of batch B were found to be very immunogenic on average, since strong fibrosis sometimes appeared in the animals tested. In contrast, only a slight fibrosis occurred in the batch A alginates used.
  • FIG. 2 shows an example of the histological sections on which these data are based.
  • Alginate capsules cross-linked with Ba 2+ were implanted under the kidney capsule of the spontaneously diabetic, immune-sensitive BB / OK rats. After three weeks, the kidneys were explained and histological examinations were performed.
  • FIG. 2A shows a histological section through the edge region of a rat kidney, in which the capsules from the alginate of batch A were implanted. Since the cut was drained for fixation, the alginate is only visible in fragments. However, the space that the capsules have occupied is clearly visible. There is no or only a very slight formation of fibrosis around this room.
  • FIG. 2B (same section preparation as in FIG.
  • FIG. 2A shows a histological section through the edge region of a rat kidney, in which the capsule from the alginate of batch B was implanted.
  • a strong fibrosis is clearly visible around the capsule. Similar and sometimes stronger fibrotic reactions can be observed when looking at implants of capsules from commercial or mitogen-containing alginates (Klöck et al. in "Biomaterials” Vol. 18, 1997, pp. 707-713; Klöck et al. in "Applied Microbiology and Biotechnology", Vol. 40, 1994, S 638-643; Zimmermann et al. In BioTechniques ", Vol. 29, 2000, pp. 564-581).
  • the method according to the invention is an ideal exclusion method. It is used to check the biocompatibility of polymers and biomaterials without animal testing and to provide or exclude these materials for their use in transplant medicine. This procedure can be carried out quickly and inexpensively on the laboratory measuring stick. It can be easily standardized. These materials can be alginate materials, for example, which are usually used to encase the graft in a capsule. Furthermore, other polymer materials can also be tested in advance for this purpose.
  • Human Jurkat T lymphocytes (ACC 282, DSMZ, Heidelberg) were cultured in T25 or T75 culture bottles (TPP, Switzerland) in RPMI 1640 complete growth edium (CGM) with phenol red (5 mg / ml).
  • CGM fetal calf serum
  • FCS fetal calf serum
  • FCS 2mM L-glutamine
  • PAA penicillin streptomycin
  • Jurkat cells were harvested in the exponential growth phase and centrifuged (10 min, 180 xg). A living cell number of 0.17 x 10 6 / ml was then set (living cell number at the beginning of the exponential growth phase).
  • Camptothecin (0.75 ⁇ g / ml cell suspension; stock solution 5 mg / ml in 1 N NaOH, stored at 4 ° C), a topoisomerase I inhibitor and thus detergent that triggers apoptosis was added to the positive control (Amstad et al., 2000; Bortner et al., 1995). The cells stimulated in this way were then incubated at 37 ° C., enriched with 5% CO 2 .
  • the intactness and vitality of the cells were checked before and during the experiment by the staining methods.
  • the cells were treated with a lipophilic, cationic fluorochrome (5, 5 ', 6, 6' tetrachloro-1, 1 ', 3, 3' - tetraethylbenzimidazolylcarbocyanine iodide [JC-1]; (staining solution: 0, 5 ⁇ l / ml in incubation buffer) (test kit MitoCapture Mitochondrial Apoptosis Detection Kit, BioCat, Heidelberg, Germany) for 20 min at 37 ° C, 5% C0 2 (1 x 10 6 cells / ml staining solution) Incubation was centrifuged again, the supernatant discarded, the cell pellets taken up in 1 ml PBS (PAA) and resuspended, and the fluorescence-labeled cells were measured immediately afterwards on a flow cytometer (Coulter) (10,000 events / sample) Fluorescence shift from red to green to (Kroe

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Abstract

Disclosed is a method for detecting the biocompatibility of polymers, according to which the apoptosis rate and mitogenicity of cells are measured in the presence of the polymers.

Description

Verfahren zum Nachweis der Biokompatibilität von Polymeren Method for demonstrating the biocompatibility of polymers
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachweis der Biokompatibilität von Polymeren. Dieses Verfahren ist insbesondere anwendbar in der Transplantationsmedizin.The invention relates to a method for detecting the biocompatibility of polymers. This method is particularly applicable in transplant medicine.
Polymere, insbesondere Biopolymere haben in den letzten Jahren in der Transplantationsmedizin zunehmend an Bedeutung gewonnen. So ist bekannt, Transplantate zu dessen Immunisolierung zu verkapseln. Für die Verkapselung allogenen oder xenogenen, endokrinen Gewebes haben sich sphärische Alginatkapseln als vorteilhaft erwiesen (siehe z.B. T. Zerkon et al. in "Acta Di- abetol.", Bd. 29, 1992, S. 41-52, P. DE Vos et al. in "Biomaterials", Bd. 18, 1997, S. 273-278, C Hasse et al . in "Exp. Clin. Endocrinol. Diabetes", Bd. 105, 1997, S. 52-56 und in "J. Microencapsulation", Bd. 14, 1997, S. 617-626).Polymers, especially biopolymers, have become increasingly important in transplantation medicine in recent years. It is known to encapsulate grafts for their immune isolation. Spherical alginate capsules have proven to be advantageous for encapsulating allogeneic or xenogeneic, endocrine tissue (see, for example, T. Zerkon et al. In "Acta Diabetol.", Vol. 29, 1992, pp. 41-52, P. DE Vos et al. in "Biomaterials", vol. 18, 1997, pp. 273-278, C Hasse et al. in "Exp. Clin. Endocrinol. Diabetes", vol. 105, 1997, pp. 52-56 and in " J. Microencapsulation ", Vol. 14, 1997, pp. 617-626).
Dieses setzt allerdings voraus, dass das Alginat- Verkapselungsmaterial absolut bioverträglich ist, um Abstoßungsreaktionen zu vermeiden. Zu solchen Reaktionen zählen beispielsweise die typischen Immunabstoßungsreaktionen, die zu einem fibrotischen Überwachsen des Transplantates führen.However, this presupposes that the alginate encapsulation material is absolutely biocompatible in order to avoid rejection reactions. Such reactions include, for example, the typical immune rejection reactions that lead to fibrotic overgrowth of the graft.
Die Verwendung von ungereinigten oder ungenügend aufgereinigten Alginatmaterialien in Form von Alginatkapseln führt im Tiermodell zu unterschiedlich starken fibrotischen Reaktionen. Die Ursache hierfür ist unter anderem eine Verunreinigung von Alginatchargen mit mitogenen Substanzen (Zimmermann et al. in "Electrophoresis", Bd. 13, 269-274) . In der DE-OS 198 36 960 ist ein Verfahren zur Herstellung von hochgereinigten Algina- ten beschrieben. Der Mitogenitätsnachweistest (Zimmermann et al. in "Biotechnology", Bd. 10, S. 547-571) ergab, dass sich keine nachweisbaren mitogenen Verunreinigungen in dem nach diesem Verfahren gereinigten Produkt mehr befinden. Das gerei- nigte Produkt wurde in Tierversuchen auf seine Gewebeverträglichkeit geprüft. Es hat sich gezeigt, dass mit diesen Algina- ten eine wesentlich höhere Gewebeverträglichkeit gegenüber anderweitig aufgereinigten Alginaten erreicht werden kann, aber in Abhängigkeit vom Ausgangsmaterial durchaus unterschiedliche, wenn auch geringe Fibroseerscheinungen auftreten können. Daraus ergibt sich, dass ein itogenitätsnachweistest allein die Ergebnisse im Tierversuch nicht vorhersagen kann, sondern dass auch andere, nicht auf mitogene Eigenschaften zurückzuführende Effekte für diese Reaktion verantwortlich sind. Es ist daher wünschenswert, diesen Mitogenitätstest zu verbessern, gerade im Hinblick darauf, auf Tierversuche völlig verzichten zu können.The use of unpurified or insufficiently purified alginate materials in the form of alginate capsules leads to differently strong fibrotic reactions in the animal model. The reason for this is, among other things, contamination of alginate batches with mitogenic substances (Zimmermann et al. In "Electrophoresis", Vol. 13, 269-274). DE-OS 198 36 960 describes a process for the production of highly purified alginates. The mitogenicity test (Zimmermann et al. In "Biotechnology", vol. 10, pp. 547-571) showed that there are no detectable mitogenic impurities in the product purified by this method. The traveled The product was tested for tissue tolerance in animal experiments. It has been shown that with these alginates a significantly higher tissue tolerance can be achieved compared to other purified alginates, but depending on the starting material, different, albeit minor, fibrosis symptoms can occur. This means that an itogenicity test alone cannot predict the results in animal experiments, but that other effects that are not due to mitogenic properties are also responsible for this reaction. It is therefore desirable to improve this mitogenicity test, especially with a view to completely avoiding animal testing.
Bisher ist es unerlässlich, schließlich auch aufgrund gesetzlicher Bestimmungen, dass die für die Transplantation und Implantation bestimmten Materialien im Tierversuch auf ihre Biokompatibilität getestet werden. Es ist bekannt, das selbst geringfügige qualitative oder quantitative Änderungen der Algi- natzusammensetzung bei der Anwendung in der Verkapselungstech- nologie zu Unverträglichkeiten führen. Das hat zur Folge, dass praktisch jede Charge im Tierversuch getestet werden muss. Das bringt aber zwangsläufig eine große Anzahl von Tieren hervor, die bei den Tierversuchen geopfert werden muss. Hinzu kommt, dass sich nicht jedes Tiermodell für das Vorhersagen des Verhaltens im humanen Organismus eignet. Spezielle, teure und aufwendig zu pflegende Tiermodelle mit einem überzüchteten Immunsystem sind hierfür nötig. Außerdem weisen Tierversuche eine hohe Variabilität auf, was zur Folge hat, dass eine zu testende Charge in sehr vielen Tieren untersucht werden muss, um verlässliche Aussagen darüber zu erhalten. Bis zum heutigen Tag gibt es keine Alternative zu Tierversuchen. Ziel der Wissenschaft und der Industrie ist es aber, zeitraubende und kostenintensive Tierversuche zu ersetzen. Das setzt aber voraus, dass spezielle empfindliche, möglichst mit geringem Aufwand durchzuführende Nachweisverfahren zur Verfügung stehen.So far it has been indispensable, finally due to legal regulations, that the materials intended for transplantation and implantation are tested for their biocompatibility in animal experiments. It is known that even minor qualitative or quantitative changes in the alginate composition when used in encapsulation technology lead to incompatibilities. As a result, practically every batch has to be tested in animal experiments. However, this inevitably produces a large number of animals that must be sacrificed in animal experiments. In addition, not every animal model is suitable for predicting behavior in the human organism. Special, expensive and difficult to maintain animal models with an overbred immune system are required for this. In addition, animal experiments are highly variable, which means that a batch to be tested must be examined in a large number of animals in order to obtain reliable information about it. To date, there is no alternative to animal testing. However, the goal of science and industry is to replace time-consuming and costly animal experiments. However, this presupposes that special sensitive detection methods are available that can be carried out with as little effort as possible.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Weg anzugeben, auf einfache Weise Substanzen und Materialien auf ihre Biokompatibilität zu testen, um Tierversuche zu ersetzen und damit einen Beitrag zum Tierschutz zu leisten.It is therefore an object of the present invention to provide a way of simply testing substances and materials for their biocompatibility in order to replace animal experiments and thus to contribute to animal protection.
Diese Aufgabe wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelöst.This object is achieved with the method according to the invention.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachweis der Biokompatibilität von Polymeren durch Messen der Apoptose- rate von Zellen und Nachweis der Mitogenität der Zellen in Gegenwart der Polymere.The present invention relates to a method for detecting the biocompatibility of polymers by measuring the apoptosis rate of cells and detecting the mitogenicity of the cells in the presence of the polymers.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere dafür geeignet, zwischen nicht immunologisch aktiven Polymeren (biokompatibel) und immunologisch aktiven Polymeren zu unterscheiden. Das bedeutet, dass mit einem einfachen kombinierten Nachweisverfahren ohne Tierversuch bestimmt werden kann, ob das auf Biokompatibilität zu prüfende Polymer zu Abstoßungsreaktionen führen würde oder nicht. Damit ist die Durchführung von Tierversuchen nicht mehr notwendig und es werden im Sinne des Tierschutzes keine Tiere mehr für biomedizinische Verträglichkeitsstudien im bisherigen Umfang getötet.The method according to the invention is particularly suitable for distinguishing between non-immunologically active polymers (biocompatible) and immunologically active polymers. This means that a simple, combined detection method without animal testing can be used to determine whether or not the polymer to be tested for biocompatibility would lead to rejection reactions. It is therefore no longer necessary to carry out animal experiments and, in the interests of animal protection, no more animals are being killed for biomedical compatibility studies to the previous extent.
Die Figuren dienen zur Erläuterung der Erfindung. Es zeigen: Figur 1 eine grafische Darstellung zum Mitogeni- tätsnachweis und Figuren 2A und 2B Aufnahmen von histologischen Schnitten durch den Randbereich einer RattenniereThe figures serve to explain the invention. Show it: 1 shows a graphical representation for the detection of mitogenicity and FIGS. 2A and 2B recordings of histological sections through the marginal region of a rat kidney
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden bevorzugt Biopolymere und synthetische Polymere, die für biologische Zwecke, wie Transplantationen, geeignet sind, vor ihrer Anwendung, z.B. in klinischen Studien, auf Biokompatibilität in vitro getestet. Zu den Biopolymeren zählen beispielsweise Polysaccha- ride, sowie deren Derivate. Ganz besonders bevorzugt sind Al- ginate.With the method according to the invention, preference is given to biopolymers and synthetic polymers which are suitable for biological purposes, such as transplantations, before their use, e.g. in clinical studies, tested for biocompatibility in vitro. The biopolymers include, for example, polysaccharides and their derivatives. Alginates are very particularly preferred.
Der Nachweis der Biokompatibilität der Polymere erfolgt erfindungsgemäß im Labormaßstab durch Messen der Apoptoserate von Zellen und Nachweis der Mitogenität der Zellen in Gegenwart der Polymere. Für den Nachweis können beispielsweise eukaryo- tische Zellen verwendet werden. Geeigneterweise werden im erfindungsgemäßen Verfahren für die Messung der Apoptoserate Jurkat T-Lymphozyten eingesetzt.According to the invention, the biocompatibility of the polymers is demonstrated on a laboratory scale by measuring the apoptosis rate of cells and demonstrating the mitogenicity of the cells in the presence of the polymers. Eukaryotic cells, for example, can be used for the detection. Suitably, Jurkat T lymphocytes are used in the method according to the invention for measuring the apoptosis rate.
Das Phänomen der Apoptose wird bereits seit vielen Jahren intensiv untersucht. Die Apoptose, der "programmierte Zelltod", ist ein natürlicher Mechanismus zur Selbstzerstörung von Zellen. Sie funktioniert bei Menschen, Tieren und Pflanzen gleichermaßen. Dieses Selbsttötungsprogramm ist bei den Organismen genetisch angelegt und lebensnotwendig. So ist beispielsweise die Apoptose auch sehr wichtig für die körpereigene Abwehr. Sie bewirkt, dass infizierte oder beschädigte Zellen Selbstmord begehen und so den Körper schützen. Die Zellen können dabei selbst erkennen, wenn sie nicht mehr richtig funktionieren. Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Apoptoserate von Zellen und den Mitogenitätsnachweis als Indiz dafür zu werten, ob das im Tierversuch auf Biokompatibilität zu prüfende Polymer immunogene Wirkungen aufweist. Die Apoptose und die Mitogenität werden in vitro bestimmt, d.h. Zellen werden in Gegenwart der Polymere kultiviert und die Apoptoserate durch Messen der apoptotischen Zellen und die Mitogenität durch die Stimulationsrate von bestimmten Zellen ermittelt. Sollten bei den zu untersuchenden Proben eine gegenüber einer Kontrollprobe (Kultivierung der Zellen ohne zu testendes Polymer) erhöhte Mitogenität und/oder eine erhöhte Apoptoserate nachweisbar sein, ist davon auszugehen, dass das zu testende Material nicht biokompatibel ist. Erst wenn beide Nachweisverfahren keine erhöhten Werte gegenüber der Kontrollgruppe aufweisen, ist davon auszugehen, dass das zu testende Polymer biokompatibel ist.The phenomenon of apoptosis has been studied intensively for many years. Apoptosis, the "programmed cell death", is a natural mechanism for the self-destruction of cells. It works equally well in humans, animals and plants. This suicide program is genetically designed for the organisms and is vital. For example, apoptosis is also very important for the body's defenses. It causes infected or damaged cells to commit suicide, protecting the body. The cells can recognize themselves when they no longer function properly. The basic idea of the present invention is to evaluate the apoptosis rate of cells and the detection of mitogenicity as an indication of whether the polymer to be tested in animal experiments for biocompatibility has immunogenic effects. Apoptosis and mitogenicity are determined in vitro, ie cells are cultivated in the presence of the polymers and the apoptosis rate is determined by measuring the apoptotic cells and the mitogenicity is determined by the stimulation rate of certain cells. If the samples to be examined show an increased mitogenicity and / or an increased apoptosis rate compared to a control sample (cultivation of the cells without the polymer to be tested), it can be assumed that the material to be tested is not biocompatible. Only when both detection methods have no elevated values compared to the control group can it be assumed that the polymer to be tested is biocompatible.
Die Bestimmung der Mitogenität kann mit folgendem Verfahren durchgeführt werden. Lebende Zellen, wie Human- Lymphozyte (Zelllinien) oder Mauslymphozyten werden für einige Tage mit den Polymeren in Kultur gehalten. Sollten Mauslymphozyten verwendet werden, ist es zwar notwendig, auch in diesem Fall Tiere zu opfern, aber ein Milzpräparat reicht aus, um mehrere hundert Mitogenitätstests durchzuführen. Dies steht in keinem Vergleich zu den Biokompatibilitätsstudien im Tiermodell, bei denen pro Charge mehrere Tiere benötigt werden. Weisen die Polymere eine immunogene Wirkung auf, so vergrößern sich die Zellen und die Anzahl der Zelen erhöht sich (um diesen Effekt zu verdeutlichen, können zusätzliche Stimulanzien, z.B. LPS oder PHA in die Kultur gegeben werden). Die Zellgröße und die Zellzahl können mit Hilfe des CASY1 Cell Analyser (Model TTC, Schärfe Technology, Reutlingen, Deutschland) , der nach dem Coulter Prinzip arbeitet, ermittelt werden. Ein sol- ches Gerät erlaubt die schnelle genaue Erfassung (Größe, Größenverteilung und Zellzahlk) mehrerer tausend Zellen pro Messung. Bei mitogenfreien Polymeren lässt sich keine signifikante Zellvergrößerung und Erhöhung der Zellzahl nach Inkubation messen, wohingegen bei mitogenen Polymeren eine deutliche Zellvergrößerung und eine erhöhte Zellzahl nachweisbar ist.Mitogenicity can be determined using the following procedure. Living cells, such as human lymphocytes (cell lines) or mouse lymphocytes, are kept in culture with the polymers for a few days. If mouse lymphocytes are used, it is necessary to sacrifice animals in this case too, but a spleen preparation is sufficient to carry out several hundred mitogenicity tests. This is in no comparison to the biocompatibility studies in the animal model, in which several animals are required per batch. If the polymers have an immunogenic effect, the cells enlarge and the number of cells increases (in order to clarify this effect, additional stimulants, for example LPS or PHA, can be added to the culture). The cell size and the cell number can be determined with the help of the CASY1 Cell Analyzer (Model TTC, Sharpness Technology, Reutlingen, Germany), which works according to the Coulter principle. Such a This device enables fast, precise detection (size, size distribution and number of cells) of several thousand cells per measurement. No significant cell enlargement and increase in cell number after incubation can be measured with mitogen-free polymers, whereas with mitogenic polymers a significant cell enlargement and an increased cell number can be demonstrated.
In Figur 1 ist das Ergebnis dieses Verfahrens für verschiedene Alginatchargen zusammengestellt. Man erkennt, dass kommerziell erhältliche Alginate (oberste Peaks bei etwa 9,5 μ Durchmesser) im Gegensatz zur Kontrollgruppe (unterster Peak bei etwa 9,5 μm Durchmesser), die nicht mit dem zu testenden Alginat kultiviert wurde, eine deutliche Erhöhung der Zellzahl im Bereich der stimulierten Zellen bewirken. Dies bedeutet, dass sie einen hohen Anteil an mitogenen Substanzen beinhalten und daher nicht biokompatibel sind. Die Tatsache, dass kommerzielle Alginate im Tiermodell fibrotische Reaktionen hervorrufen, ist in zahlreichen Publikationen beschrieben (Klöck et al. in "Biomaterials", Bd. 18, 1997, S. 707-713; Klöck et al. in "Applied Microbiology and Biotechnology", Bd. 40, 1994, S. 638- 643; Zimmermann et al. in "Bio Techniques", Bd. 29, 2000, S 564-581) . Im Gegensatz zeigen die Alginate A und B, die stark aufgereinigte Produkte sind, keine signifikante erhöhte Mitogenität gegenüber der Kontrolle.FIG. 1 shows the result of this process for different alginate batches. It can be seen that commercially available alginates (top peaks at about 9.5 μm in diameter), in contrast to the control group (bottom peak at about 9.5 μm in diameter), which was not cultivated with the alginate to be tested, significantly increased the number of cells in the Effect area of stimulated cells. This means that they contain a high proportion of mitogenic substances and are therefore not biocompatible. The fact that commercial alginates cause fibrotic reactions in the animal model has been described in numerous publications (Klöck et al. In "Biomaterials", Vol. 18, 1997, pp. 707-713; Klöck et al. In "Applied Microbiology and Biotechnology" , Vol. 40, 1994, pp. 638-643; Zimmermann et al. In "Bio Techniques", Vol. 29, 2000, pp. 564-581). In contrast, alginates A and B, which are highly purified products, show no significant increased mitogenicity compared to the control.
Die Messung der apoptotischen Zellrate erfolgt im Labormaßstab. Zunächst werden geeignete Zellen, z.B. humane Jurkat T- Lymphozyten wachsen gelassen. Anschließend werden die geernteten Zellen in Gegenwart der Polymere kultiviert. Gegebenenfalls kann dann eine Überprüfung auf Zellvitalität und Zell- zyklus durchgeführt werden. Schließlich werden die in Gegenwart der Polymere inkubierten Zellen auf Apoptose nach einem bestimmten Zeitraum, normalerweise nach zehn und fünfzig Stunden, bevorzugt nach 16 und 40 Stunden, überprüft.The apoptotic cell rate is measured on a laboratory scale. First, suitable cells, such as human Jurkat T lymphocytes, are grown. The harvested cells are then cultivated in the presence of the polymers. If necessary, a check for cell vitality and cell cycle can then be carried out. Finally, the cells incubated in the presence of the polymers are subjected to apoptosis after a determined period, usually after ten and fifty hours, preferably after 16 and 40 hours.
Die Messung der apoptotischen Zellen kann nach jedem bekannten Verfahren für die Ermittlung apoptotischer Zellen angewendet werden. Als besonders geeignet hat sich die Messung anhand einer Fluoreszenzfarbstoffreaktion erwiesen.The measurement of the apoptotic cells can be used by any known method for the determination of apoptotic cells. The measurement based on a fluorescent dye reaction has proven to be particularly suitable.
Die Fluoreszenznachweisreaktion macht sich das mitochondrale Transmembranpotential der Zellen zu Nutze. Die Zerstörung des mitochondralen Transmembranpotentials ist bekannterweise eines der frühesten intrazellulären Ereignisse, das nach der Apopto- seinduktion folgt. Das Fluoreszenznachweisverfahren beruht darauf, dass zwischen gesunden und apoptotischen Zellen unterschieden wird, indem die Veränderungen im mitochondrialen Transmembranpotential nachgewiesen werden. In gesunden Zellen akkumuliert und aggregiert der Fluoreszenzfarbstoff in den Mi- tochondrien, was eine breite rote Fluoreszenz ergibt. In apoptotischen Zellen dagegen kann der Fluoreszenzfarbstoff nicht in den Mitochondrien aggregieren, was auf das veränderte mitochondrale Transmembranpotential durchzuführen ist. Daher verbleibt er im Zytoplasma in seiner monomeren Form und fluoresziert grün.The fluorescence detection reaction takes advantage of the mitochondral transmembrane potential of the cells. The destruction of the mitochondral transmembrane potential is known to be one of the earliest intracellular events that follows after apoptosis induction. The fluorescence detection method is based on the fact that a distinction is made between healthy and apoptotic cells by detecting the changes in the mitochondrial transmembrane potential. In healthy cells, the fluorescent dye accumulates and aggregates in the mitochondria, resulting in a broad red fluorescence. In apoptotic cells, on the other hand, the fluorescent dye cannot aggregate in the mitochondria, which is due to the changed mitochondral transmembrane potential. Therefore, it remains in the cytoplasm in its monomeric form and fluoresces green.
Die Fluoreszenzsignale können einfach durch Fluoreszenzmikroskopie unter Verwendung eines entsprechenden Bandpassfilters nachgewiesen werden oder in einem Durchflusscytometer . Als Fluoreszenzfarbstoff kann praktisch jeder für den Nachweis geeignete Fluoreszenzfarbstoff verwendet werden. Ein Beispiel für einen solchen Farbstoff ist 5, 5 ' , 6, 6 ' -Tetrachlor-1, 1 ' , tetraethylbenzimidazolylcarbocyaniniodid. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aussagekräftig und indiziert bereits schon bei geringen Apoptoseraten die Unverträglichkeit des getesteten Materials. Die Apoptoserate der Zellen, die mit dem zu testenden Polymer kultiviert werden, wird verglichen mit der Apoptoserate der Kontrollzellen (gleiche Zellcharge) , die nicht mit dem zu testenden Polymer kultiviert werden. Normalerweise ist davon auszugehen, dass eine um größer als 2% höhere Apoptoserate bei den mit dem Polymer kultivierten Zellen im Vergleich zu den ohne Polymer kultivierten Zellen ein kritischer Wert ist.The fluorescence signals can easily be detected by fluorescence microscopy using an appropriate bandpass filter or in a flow cytometer. Virtually any fluorescent dye suitable for detection can be used as the fluorescent dye. An example of such a dye is 5, 5 ', 6, 6' tetrachloro-1, 1 ', tetraethylbenzimidazolylcarbocyanine iodide. The method according to the invention is meaningful and indicates the incompatibility of the tested material even at low apoptosis rates. The apoptosis rate of the cells that are cultivated with the polymer to be tested is compared with the apoptosis rate of the control cells (same cell lot) that are not cultivated with the polymer to be tested. Normally it can be assumed that an apoptosis rate that is greater than 2% higher is a critical value for the cells cultivated with the polymer in comparison with the cells cultivated without the polymer.
Die folgende Tabelle zeigt eine Zusammenfassung der Ergebnisse mit verschiedenen Alginatchargen, die sowohl mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgetestet wurden als auch später im Tierversuch untersucht wurden. Die Tierversuche wurden wie in der DE-OS 198 36 960 beschrieben durchgeführt. Als Positivkontrolle wurde Camptothecin genommen, das ein apoptoseauslösen- des Detergenz ist.The following table shows a summary of the results with different alginate batches, which were both pre-tested with the method according to the invention and later examined in animal experiments. The animal experiments were carried out as described in DE-OS 198 36 960. Camptothecin, which is an apoptosis-inducing detergent, was used as a positive control.
Daher bewirkt Camptothecin eine deutlich erhöhte Apoptoserate gegenüber der Kontrollgruppe. Dass mit diesem Verfahren keine mitogenen Verunreinigungen in den zu testenden Substanzen ermittelt werden, zeigen die Chargen aus kommerziellen Alginaten mit hoher Mitogenitätswirkung und geringer Bioverstäglichkeit (s.w.o.), hier liegen die Apoptoseraten sogar geringfügig unter denen der Kontrolle. Hierzu wird auf die folgende Tabelle 1 verwiesen. Tabelle 1Camptothecin therefore causes a significantly increased apoptosis rate compared to the control group. The batches of commercial alginates with high mitogenicity and low biocompatibility (swo) show that no mitogenic impurities are found in the substances to be tested with this method; here the apoptosis rates are even slightly below those of the control. Reference is made to the following Table 1. Table 1
Bei den mitogenfreien Alginaten zeigt Charge A eine geringe Apoptoserate (weniger als 2% im Vergleich zur Kontrolle erhöht) im Bereich der Kontrolle und Charge B eine deutlich erhöhteIn the case of mitogen-free alginates, batch A shows a low apoptosis rate (less than 2% increased compared to the control) in the area of the control and batch B shows a significantly increased rate
Apoptoserate (mehr als 2% im Vergleich zur Kontrolle erhöht) . Dies bedeutet, dass nur Charge A biokompatibel ist und im Tiermodell keine Fibröse verursachen würde.Apoptosis rate (more than 2% increased compared to the control). This means that only Charge A is biocompatible and would not cause fibrosis in the animal model.
Die Aussagen dieses erfindungsgemäßen Verfahrens wurden in einem sensitiven Tiermodell (spontandiabetische BB/OK-Ratte) ü- berprüft. Die Tierversuche wurden wie in der DE-OS 198 36 960 beschsrieben durchgeführt. In der folgenden Tabelle 2 sind die Ergebnisse der Fibrosebildung zusammengefasst . Man erkennt bei dieser Darstellung die Variabilität von Tierversuchen. Mehrere Tiere sind zu untersuchen, um verlässliche, durchschnittliche Aussagen zu erhalten. Tabelle 2The statements of this method according to the invention were checked in a sensitive animal model (spontaneously diabetic BB / OK rat). The animal experiments were carried out as described in DE-OS 198 36 960. The results of fibrosis formation are summarized in Table 2 below. This shows the variability of animal experiments. Several animals must be examined in order to obtain reliable, average statements. Table 2
(- = keine Fibröse, + sehr leichte Fibröse; +++++ sehr star- ke Fibröse)(- = no fibrous, + very light fibrous; +++++ very strong fibrous)
Bei den Fibroseuntersuchungen erwiesen sich die Alginate der Charge B im Durchschnitt sehr immunogen, da bei den getesteten Tieren zum Teil starke Fibrösen auftraten. Im Gegensatz dazu trat bei den verwendeten Alginaten der Charge A nur eine leichte Fibröse auf.In the fibrosis examinations, the alginates of batch B were found to be very immunogenic on average, since strong fibrosis sometimes appeared in the animals tested. In contrast, only a slight fibrosis occurred in the batch A alginates used.
Figur 2 zeigt ein Beispiel der histologischen Schnitte, die diesen Daten zugrunde liegen. Mit Ba2+ vernetzte Alginatkapseln wurden unter die Nierenkapsel der spontandiabetischen, immunsensitiven BB/OK-Ratten implantiert. Nach drei Wochen wurden die Nieren explaniert und histologischen Untersuchungen unterzogen. In Figur 2A ist ein histologischer Schnitt durch den Randbereich einer Rattenniere dargestellt, in dem die Kapseln aus dem Alginat der Charge A implantiert wurden. Da der Schnitt zum Fixieren entwässert wurde, ist das Alginat nur noch fragmentartig erkennbar. Deutlich sichtbar ist aber der Raum, den die Kapseln eingenommen haben. Um diesen Raum herum erkennt man keine oder nur eine sehr leichte Fibrosebildung. In Figur 2B (gleiche Schnittpräparation wie in Figur 2A) ist ein histologischer Schnitt durch den Randbereich einer Rattenniere dargestellt, in dem die Kapsel aus dem Alginat der Charge B implantiert wurden. Deutlich ist um die Kapsel herum eine starke Fibröse erkennbar. Ähnliche und zum Teil noch stärkere fibrotische Reaktionen sind zu beobachten, wenn man Implantate von Kapseln aus kommerziellen bzw. mitogenhaltigen Alginaten untersucht (Klöck et al. in "Biomaterials" Bd. 18, 1997, S. 707-713; Klöck et al . in "Applied Microbiology and Biotechnol- gy", Bd. 40, 1994, S 638-643; Zimmermann et al. in BioTechni- ques", Bd. 29, 2000, S. 564-581).Figure 2 shows an example of the histological sections on which these data are based. Alginate capsules cross-linked with Ba 2+ were implanted under the kidney capsule of the spontaneously diabetic, immune-sensitive BB / OK rats. After three weeks, the kidneys were explained and histological examinations were performed. FIG. 2A shows a histological section through the edge region of a rat kidney, in which the capsules from the alginate of batch A were implanted. Since the cut was drained for fixation, the alginate is only visible in fragments. However, the space that the capsules have occupied is clearly visible. There is no or only a very slight formation of fibrosis around this room. FIG. 2B (same section preparation as in FIG. 2A) shows a histological section through the edge region of a rat kidney, in which the capsule from the alginate of batch B was implanted. A strong fibrosis is clearly visible around the capsule. Similar and sometimes stronger fibrotic reactions can be observed when looking at implants of capsules from commercial or mitogen-containing alginates (Klöck et al. in "Biomaterials" Vol. 18, 1997, pp. 707-713; Klöck et al. in "Applied Microbiology and Biotechnology", Vol. 40, 1994, S 638-643; Zimmermann et al. In BioTechniques ", Vol. 29, 2000, pp. 564-581).
Die dargestellten Untersuchungen belegen, dass das erfindungsgemäße Verfahren verlässlich die Tierexperimente vorausgesagt hat. Nur die Alginate der Charge A haben sowohl eine geringe Mitogenität als auch eine geringe Apoptoserate in den Testsystemen gezeigt. Daher ist eine hohe Biokompatibilität dieser Chargen als Schlussfolgerung festzustellen. Diese Behauptung wird durch die Tierexperimente belegt.The investigations shown prove that the method according to the invention reliably predicted the animal experiments. Only the alginates of batch A showed both a low mitogenicity and a low apoptosis rate in the test systems. Therefore a high biocompatibility of these batches can be concluded. This claim is supported by animal experiments.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ein ideales Ausschlussverfahren. Es dient dazu, Polymere und Biomaterialien ohne Tierversuche auf ihre Bioverträglichkeit zu überprüfen und diese Materialien für ihre Verwendung in der Transplantationsmedizin bereitzustellen oder auszuschließen. Dieses Verfahren ist schnell und kostengünstig im Labormessstab durchzuführen. Es lässt sich ohne weiteres standardisieren. Bei diesen Materialien kann es sich beispielsweise um Alginatmaterialien handeln, die in der Regel dazu verwendet werden, das Transplantat in eine Kapsel einzuhüllen. Des Weiteren können durchaus auch andere Polymermaterialien für diesen Zweck im Vorfeld ausgetestet werden.The method according to the invention is an ideal exclusion method. It is used to check the biocompatibility of polymers and biomaterials without animal testing and to provide or exclude these materials for their use in transplant medicine. This procedure can be carried out quickly and inexpensively on the laboratory measuring stick. It can be easily standardized. These materials can be alginate materials, for example, which are usually used to encase the graft in a capsule. Furthermore, other polymer materials can also be tested in advance for this purpose.
Im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens gibt es keine Einschränkung im Hinblick auf die Reihenfolge der beiden Nachweise. Aus Kostengründen ist es sinnvoll, den Mitogenitätstest als erstes durchzuführen. Sollten hier bereits die Polymere eine erhöhte Mitogenität aufweisen, dann könnte von dem teureren Apoptosetest abgesehen werden. Im Prinzip wäre es auch möglich, beide Tests mit den gleichen Zellen durchzuführen. Allerdings gibt es nachweisbar eindeutigere Ergebnisse im Mitogenitätstest, wenn Mauslymphozyten verwendet werden.In the sense of the method according to the invention, there is no restriction with regard to the order of the two verifications. For cost reasons, it makes sense to carry out the mitogenicity test first. If the polymers already show increased mitogenicity, then the more expensive apoptosis test could be dispensed with. In principle, it would also be possible to carry out both tests with the same cells. However, there are demonstrably clearer results in the mitogenicity test when mouse lymphocytes are used.
Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The following examples serve to explain the method according to the invention.
BeispieleExamples
Beispiel 1example 1
Zellen- und KulturbedingungenCell and culture conditions
Humane Jurkat T-Lymphozyten (ACC 282, DSMZ, Heidelberg) wurden in T25 bzw. T75 Kulturflaschen (TPP, Schweiz) in RPMI 1640 complete growth edium (CGM) mit Phenolrot (5mg/ml) kultiviert. Das Medium wurde ergänzt mit fötalem Kälberserum (FCS, 10%) , 2mM L-Glutamin, 100 U/ml Penicillin-Streptomycin (alle PAA, Linz, Österreich). Die Kultivierung erfolgte bei 37°C, angereichert mit 5% C02. Die Suspensionszellen wurden regelmäßig alle 2 bis 3 Tage in neue T75 Kulturflaschen mit frischem CGM passagiert.Human Jurkat T lymphocytes (ACC 282, DSMZ, Heidelberg) were cultured in T25 or T75 culture bottles (TPP, Switzerland) in RPMI 1640 complete growth edium (CGM) with phenol red (5 mg / ml). The medium was supplemented with fetal calf serum (FCS, 10%), 2mM L-glutamine, 100 U / ml penicillin streptomycin (all PAA, Linz, Austria). The cultivation was carried out at 37 ° C, enriched with 5% CO 2 . The suspension cells were regularly passaged into new T75 culture bottles with fresh CGM every 2 to 3 days.
Beispiel 2Example 2
Zellstimulationcell stimulation
Jurkat-Zellen wurden in der exponentiellen Wachstumsphase geerntet und abzentrifugiert (10 Min, 180 x g) . Danach wurde eine Lebendzellzahl von 0,17 x 106/ml eingestellt (Lebendzellzahl zu Beginn der exponentiellen Wachstumsphase) . Für die Al- ginatstimulation wurden für jeden Ansatz alginathaltige CGM- Lösungen (Endkonzentration 0,1%) angesetzt (Alginat- Stammlösungen: 0,5% in 0,9% NaCl-Lösung) . Je Ansatz wurden 12 ml Zellsuspension angesetzt und auf drei Löcher ä 4 ml auf einer 12 Loch-Testplatte (TPP) aufgeteilt (n=3) Die Negativkontrolle wurde in normalem CGM aufgenommen. Der Positivkontrolle wurde Camptothecin (0,75 μg/ml Zellsuspension; Stammlösung 5mg/ml in 1 N NaOH, gelagert bei 4°C), ein Topoisomerase I Inhibitor und damit Apoptose auslösendes Detergenz, zugesetzt (Amstad et al.; 2000; Bortner et al . , 1995). Die so stimulierten Zellen wurden dann bei 37 °C, angereichert mit 5% C02, inkubiert.Jurkat cells were harvested in the exponential growth phase and centrifuged (10 min, 180 xg). A living cell number of 0.17 x 10 6 / ml was then set (living cell number at the beginning of the exponential growth phase). For alginate stimulation, alginate-containing CGM- Solutions (final concentration 0.1%) prepared (alginate stock solutions: 0.5% in 0.9% NaCl solution). 12 ml of cell suspension were prepared per batch and divided into three 4 ml wells on a 12-hole test plate (TPP) (n = 3). The negative control was recorded in normal CGM. Camptothecin (0.75 μg / ml cell suspension; stock solution 5 mg / ml in 1 N NaOH, stored at 4 ° C), a topoisomerase I inhibitor and thus detergent that triggers apoptosis was added to the positive control (Amstad et al., 2000; Bortner et al., 1995). The cells stimulated in this way were then incubated at 37 ° C., enriched with 5% CO 2 .
Beispiel 3Example 3
Zellvitalität und ZellzyklusCell vitality and cell cycle
Vor Versuchsbeginn (Tag 0), nach 16h (Tag 1) und 40 h (Tag 2) wurde die Zellzahl und Vitalität anhand der Trypanblau-Färbung (Biochrom, Berlin, Deutschland) mit einer Neubauerkammer bestimmt. Zusätzlich wurde jeweils vor Ansatz der Versuche (Tag 0) sowie bei der Negativkontrolle an Tag 1 und 2 eine Zellzyk- lusbestimmung durchgeführt. Dazu wurden 500 μl der nicht stimulierten Zellsuspension mit 0,2% Saponin (Stocklösung 5% in aqua dest) (Sigma, Deisenhofen, Deutschland) zur Permeabili- sierung der Membran und 25 μg/ml Propidium-Jodid zum Anfärben der DNA (PJ, Stocklösung 1 mg/ml in aqua dest., gelagert bei 4°C) (Sigma) versetzt. Nach einminütiger Inkubation erfolgte die Messung am Durchflusscytometer (488 nm Argonlaser, COUL- TER®EPICS®XL, Coulter, Krefeld, Deutschland) . Der DNA-Gehalt wurde durch Messung der PJ-Emission ermittelt (10.000 e- vents/Probe) (Djuzenova et al . , 1994). Die Analyse der Daten erfolgte mit den Software-Programmen System II™ Version 3.0 (Coulter) bzw. WinMDI (Windows Multiple Cocument Interface Version 2.8).Before the start of the experiment (day 0), after 16 h (day 1) and 40 h (day 2), the number of cells and vitality were determined using the trypan blue stain (biochrom, Berlin, Germany) with a Neubauer chamber. In addition, a cell cycle determination was carried out before starting the experiments (day 0) and in the case of the negative control on days 1 and 2. 500 μl of the non-stimulated cell suspension with 0.2% saponin (stock solution 5% in aqua dest) (Sigma, Deisenhofen, Germany) for permeabilization of the membrane and 25 μg / ml propidium iodide for staining the DNA (PJ, Stock solution 1 mg / ml in aqua dest., Stored at 4 ° C) (Sigma) added. After a one minute incubation, the measurement was carried out at flow cytometer (488 nm argon laser, Coulter EPICS ® ® XL, Coulter, Krefeld, Germany). The DNA content was determined by measuring the PJ emission (10,000 events / sample) (Djuzenova et al., 1994). The data were analyzed using the System II ™ Version 3.0 software programs (Coulter) or WinMDI (Windows Multiple Cocument Interface Version 2.8).
Durch die Anfärbemethoden wurde die Intaktheit und Vitalität der Zellen vor und während der Versuchsdurchführung überprüft.The intactness and vitality of the cells were checked before and during the experiment by the staining methods.
Beispiel 4Example 4
Fluoreszenzmarkierung und Messung apoptotischer ZellenFluorescence labeling and measurement of apoptotic cells
Zellen, vorinkubiert mit Alginat (0,1% in CGM), die Positiv- (ohne Alginat in CGM mit Camptothecin) und Negativkontrolle (ohne Alginat in CGM) wurden an Tag 1 und 2 auf Apoptose untersucht. Je Probe wurden täglich 2 ml Zellsuspension abgenommen und abzentrifugiert (10 Min, 180 x g) . Nach Verwerfen des Überstands wurden die Zellen mit einem lipophilen, kationischen Fluorochrom (5, 5 ' , 6, 6 ' -Tetrachlor-1, 1 ' , 3, 3 ' - tetraethylben-zimidazolylcarbocyaniniodid [JC-1] ; (Färbelösung: 0,5 μl/ml in Inkubationspuffer) (Testkit MitoCapture Mi- tochondrial Apoptosis Detection Kit, BioCat, Heidelberg, Deutschland) für 20 Min. bei 37°C, 5% C02 inkubiert (1 x 106 Zellen/ml Färbelösung) . Nach der Inkubation wurde erneut abzentrifugiert, der Überstand verworfen und die Zellpellets in je 1 ml PBS (PAA) aufgenommen und resuspendiert. Die fluoreszenzmarkierten Zellen wurden unmittelbar danach am Durchfluss- cytometer (Coulter) gemessen (10.000 events/Probe) . Bei apoptotischen Zellen trat dabei eine Fluoreszenzverschiebung von rot nach grün auf (Kroemer and Reed, 2000, Pigue et al., 2000; Samali et al., 1999). Dieser Effekt beruhte auf der Veränderung des (Trans) -Membranpoentials von Mitochondrien (ΔΨm, i- tochondrial membran potential MMP) (Kroemer et al., 1998; Ber- nardi et al . , 1999; Petit et al., 2001). Bei intakten Zellen trat durch Anhäufung und Aggregation des Fluorochroms in den Mitochondrien eine breite Rotfluoreszenz auf (Extinktion 488 nm, Emission 590 ± 42 nm, ähnlich PJ) . Apoptotische Zellen besaßen aufgrund eines abnehmenden ΔΨm diese Eigenschaft nicht mehr, so dass Monomer nicht mehr ag- gregieren konnte und daher im Grünbereich emittierte (530 ± 30 nm, ähnlich FITC) . Die Messung der Fluoreszenz für apoptotische Zellen erfolgte daher über den Grün-(FL1, wie FITC), für gesunde Zellen über den Rot-Fluoreszenz-Kanal (FL3, wie PJ) . Eine Unterscheidung anhand der Fluoreszenz-Mikroskopie wurde ebenfalls durchgeführt.Cells preincubated with alginate (0.1% in CGM), the positive (without alginate in CGM with camptothecin) and negative control (without alginate in CGM) were examined for apoptosis on days 1 and 2. 2 ml of cell suspension were removed from each sample and centrifuged (10 min, 180 xg). After discarding the supernatant, the cells were treated with a lipophilic, cationic fluorochrome (5, 5 ', 6, 6' tetrachloro-1, 1 ', 3, 3' - tetraethylbenzimidazolylcarbocyanine iodide [JC-1]; (staining solution: 0, 5 μl / ml in incubation buffer) (test kit MitoCapture Mitochondrial Apoptosis Detection Kit, BioCat, Heidelberg, Germany) for 20 min at 37 ° C, 5% C0 2 (1 x 10 6 cells / ml staining solution) Incubation was centrifuged again, the supernatant discarded, the cell pellets taken up in 1 ml PBS (PAA) and resuspended, and the fluorescence-labeled cells were measured immediately afterwards on a flow cytometer (Coulter) (10,000 events / sample) Fluorescence shift from red to green to (Kroemer and Reed, 2000, Pigue et al., 2000; Samali et al., 1999) This effect was based on the change in the (trans) membrane potential of mitochondria (ΔΨ m , i-tochondrial membrane potential MMP) (Kroemer et al. , 1998; Bernardi et al. , 1999; Petit et al., 2001). In intact cells, the accumulation and aggregation of the fluorochrome led to the Mitochondria show a broad red fluorescence (absorbance 488 nm, emission 590 ± 42 nm, similar to PJ). Apoptotic cells no longer had this property due to a decreasing ΔΨ m , so that monomer could no longer aggregate and therefore emitted in the green area (530 ± 30 nm, similar to FITC). The fluorescence for apoptotic cells was therefore measured via the green (FL1, such as FITC), for healthy cells via the red fluorescence channel (FL3, such as PJ). A distinction was also made using fluorescence microscopy.
Beispiel 5Example 5
MitogenitätsbestimmungMitogenitätsbestimmung
Eine Mauslymphozytensuspension (lx106 Zellen/ml in complete growth medium, bei der Verwendung von humanen Lymphozyten wird die gleiche Konzentration gewählt) wurde in der zu testenden Alginatlösung (Endkonzentration: 0,05%) versetzt und 3 Tage bei 5% C02 und 37 °C kultiviert. Danach wurde ein abzentrifu- giertes und in Inosit (oder PBS) aufgenommenes Aliquot (100 μl) der gut resuspendierten Lymphozytensuspension zweimal in isoosmolarer Inositollösung (290 mOsm/kg) gewaschen und in 10 ml PBS (phosphatgepufferte Salzlösung) aufgenommen und sofort im CASY 1 Cell Analyser (Model TTC, Schärfe Technology, Reutlingen, Deutschland) gemessen. Aus den entsprechenden Histogrammen kann der Anteil der großen, stimulierten Zellen an der Gesamtpopulation gemessen werden. A mouse lymphocyte suspension (1 x 10 6 cells / ml in complete growth medium, the same concentration is selected when using human lymphocytes) was added to the alginate solution to be tested (final concentration: 0.05%) and 3 days at 5% CO 2 and 37 ° C cultivated. An aliquot (100 μl) of the well resuspended lymphocyte suspension, which had been centrifuged off and taken up in inositol (or PBS), was washed twice in isoosmolar inositol solution (290 mOsm / kg) and taken up in 10 ml PBS (phosphate-buffered saline solution) and immediately in CASY 1 cell Analyzer (Model TTC, Sch Sharpness Technology, Reutlingen, Germany) measured. The proportion of large, stimulated cells in the total population can be measured from the corresponding histograms.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Nachweis der Biokompatibilität von Polymeren durch Messen der Apoptoserate von Zellen und Nachweis der Mitogenität der Zellen in Gegenwart der Polymere.1. Method for detecting the biocompatibility of polymers by measuring the apoptosis rate of cells and detecting the mitogenicity of the cells in the presence of the polymers.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Biokompatibilität von Biopolymeren und synthetischen Polymeren nachgewiesen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the biocompatibility of biopolymers and synthetic polymers is detected.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zu den Biopolymeren Polysaccharide und deren Derivate zählen.3. The method according to claim 2, characterized in that the biopolymers include polysaccharides and their derivatives.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Polysaccharide Alginate sind.4. The method according to claim 3, characterized in that the polysaccharides are alginates.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Zellen eukaryoti- sche Zellen verwendet werden.5. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that eukaryotic cells are used as cells.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eukaryotische Zellen humane Jurkat T-Lymphozyten sind.6. The method according to claim 5, characterized in that eukaryotic cells are human Jurkat T lymphocytes.
7. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Apoptoserate durch Messen der apoptotischen Zellen ermittelt wird.7. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the apoptosis rate is determined by measuring the apoptotic cells.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung mit einer Fluoreszenzfarbstoffreaktion durchgeführt wird. 8. The method according to claim 7, characterized in that the measurement is carried out with a fluorescent dye reaction.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Fluoreszenzfarbstoff 5, 5' 6, 6' -Tetrachlor-1, V , 3, 3' - tetraethylbenzimidazolylcarbocyaniniodid verwendet wird.9. The method according to claim 8, characterized in that 5, 5 '6, 6' tetrachloro-1, V, 3, 3 '- tetraethylbenzimidazolylcarbocyanine iodide is used as the fluorescent dye.
10. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Apoptoserate der Zellen mindestens 2 % höher ist als die der nicht mit dem zu testenden Polymer kultivierten Kontrollgruppe.10. The method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the apoptosis rate of the cells is at least 2% higher than that of the control group not cultured with the polymer to be tested.
11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachweis der Mitogenität von Zellen durch Messen der Stimulationsrate durchgeführt wird.11. The method according to at least one of claims 1 to 10, characterized in that the detection of the mitogenicity of cells is carried out by measuring the stimulation rate.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stimulation der verwendeten Zellen durch mitogene Substanzen durch Nachweis der erhöhten Stoffwechselaktivität erfolgt.12. The method according to claim 11, characterized in that the stimulation of the cells used by mitogenic substances takes place by detecting the increased metabolic activity.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stimulation der verwendeten Zellen durch mitogene Substanzen durch Nachweis von Zellvergrößerung und Erhöhung der Zellzahl erfolgt.13. The method according to claim 12, characterized in that the stimulation of the cells used by mitogenic substances by detecting cell enlargement and increasing the number of cells.
14. Verfahren nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche zum Biokompatibilitätnachweis von Polymermaterialien in der Transplantationsmedizin. 14. The method according to at least one of the preceding claims for the biocompatibility detection of polymer materials in transplantation medicine.
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