EP3262399A1 - Vorrichtung und verfahren zur überprüfung eines materials für eine transplantation - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur überprüfung eines materials für eine transplantation

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Publication number
EP3262399A1
EP3262399A1 EP16706840.2A EP16706840A EP3262399A1 EP 3262399 A1 EP3262399 A1 EP 3262399A1 EP 16706840 A EP16706840 A EP 16706840A EP 3262399 A1 EP3262399 A1 EP 3262399A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cells
raman
raman spectrum
evaluation device
electronic evaluation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP16706840.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Karin SCHÜTZE
Raimund SCHÜTZE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Microphotonx GmbH
Original Assignee
CELLTOOL GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CELLTOOL GmbH filed Critical CELLTOOL GmbH
Publication of EP3262399A1 publication Critical patent/EP3262399A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65—Raman scattering
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
    • G01J3/28—Investigating the spectrum
    • G01J3/44—Raman spectrometry; Scattering spectrometry ; Fluorescence spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483—Physical analysis of biological material
    • G01N33/4833—Physical analysis of biological material of solid biological material, e.g. tissue samples, cell cultures

Definitions

  • Embodiments of the invention relate to devices and methods for inspecting material for a transplant.
  • Embodiments of the invention relate in particular to devices and methods with which it can be checked whether the material is suitable for use as a transplant.
  • Skin wounds or skin diseases may require the performance of a skin graft.
  • a skin graft can be taken at a body site and transplanted to another body site.
  • Such techniques can not be satisfactory, especially if there are relatively large-area skin wounds or skin diseases.
  • Examples of such skin lesions may include burns with large and deep skin lesions, giant birthmarks or chronic wounds.
  • cultured skin can be used to treat the skin lesions.
  • Skin cells can be biopsied and applied to or embedded in a matrix. In the matrix, the skin cells can grow to the dermis and epidermis. In this way, so-called skin grafts can be bred.
  • tissue engineering T. Biedermann et al., Tissue engineering of skin for wound coverage.
  • the suitability of the material for use in skin grafting depends, for example, on the number of cells and / or on a ratio of the number of cells of different cell types. In addition, the suitability of the material for use in skin grafting may also depend on whether and to what extent cells are functionally impaired, for example, by apoptosis or necrosis.
  • Performing flow cytometry also requires that a large number of cells be pre-grown to allow for measurement. This is time-consuming and expensive (for example, with fluorescence labeling via antibodies). per-based markers). The cells are no longer available to the patient.
  • the flow cytometry provides no information about the final cell count, the ratio of the number of different cell types and / or the quality of the cells in a finished cultured graft.
  • DNA counf methods can be created on a part of the graft, but do not give any information about the cell types and / or the ratio of different cell types.
  • the material that is probed with the devices and methods may comprise cells or consist of cells.
  • the material may comprise a carrier material such as a matrix, for example a collagen matrix.
  • the devices and methods may be arranged to separately quality control the cells and the carrier material, for example the matrix.
  • the devices and methods may alternatively or additionally be adapted to quality control the cells and / or the support material, for example the matrix, in a tissue graft after culturing the cells.
  • a Raman spectroscopy is performed to examine a material.
  • One or more Raman spectra can be analyzed to see if the material is suitable for use in a transplant, using the Raman spectrum or multiple Raman spectra.
  • one or more Raman spectra may be analyzed to include a number of cells of a particular cell type in the material and / or a ratio of the number of cells of different cell types.
  • the material By evaluating one or more Raman spectra, the material can be examined objectively and quantitatively. A comparison can be made with reference spectra stored in a database to determine which cell types are present and to quantify the number of cells of one or more cell types. Alternatively or additionally, processing of the Raman spectra, for example by cluster analysis, may be performed to detect different cell types.
  • a device for testing a material for a transplant comprises a Raman spectroscopy system for performing Raman spectroscopy on the material to detect at least one Raman spectrum.
  • the device comprises an electronic evaluation device, which is set up to determine, depending on an evaluation of the at least one Raman spectrum, information on which a suitability of the material for use in the transplantation depends.
  • the material may be a material for autologous or allogeneic transplantation.
  • the material may be autologous or allogenic skin replacement.
  • the material may be an autologous or an allogenic cartilage replacement.
  • the material may be an autologous or an allogenic bone substitute
  • the material may include a skin graft.
  • the material may include artificial skin.
  • the material may comprise cultured cartilage tissue.
  • the material may comprise cultured bone tissue.
  • the material may include cells.
  • the device can be designed to prevent the cells from being applied to or inserted in a carrier material, for example a mattress. subject to Raman spectroscopy.
  • the apparatus may be arranged to automatically determine whether the cells are suitable for incorporation in a substrate, such as a matrix.
  • the device may be arranged to automatically determine which cell types are present and / or in what quantitative proportions different cell types are present.
  • the device may be configured to qualitatively or quantitatively detect contaminants and / or functional impairments of the cells from the at least one Raman spectrum.
  • the device may alternatively or additionally be arranged to subject the cells to a carrier material, for example a matrix, for Raman spectroscopy after they have been applied to or introduced into a carrier material.
  • the device may be configured to automatically determine whether the cells in the graft that comprise the cells are suitable for transplantation.
  • the device may be arranged to automatically determine which cell types are present and / or in what quantitative proportions different cell types are present.
  • the device can be set up to detect impurities and / or functional impairments of the cells in the carrier material, for example the matrix, qualitatively or quantitatively from the at least one Raman spectrum.
  • the material may comprise a carrier material, for example a matrix, into which the cells are applied or applied.
  • the matrix can be made of collagen or another material.
  • the device may be arranged to subject the carrier material, for example the matrix, to a Raman spectroscopy prior to placing or introducing the cells into a matrix.
  • the apparatus may be arranged to automatically determine whether the carrier material, for example the matrix, is suitable for introducing the cells.
  • the device may be configured to automatically determine whether the substrate, such as the matrix, is made of the desired material.
  • the device can be set up to detect impurities in the carrier material, for example the matrix, qualitatively or quantitatively from the at least one Raman spectrum.
  • the contaminants can be germs, bacteria or other foreign bodies.
  • the impurities may be contaminants of the cell population that should be present in the cultured tissue.
  • the device may alternatively or additionally be set up to subject the carrier material, for example the matrix, to Raman spectroscopy after the cells have been applied or inserted.
  • the device may be configured to automatically determine whether the carrier material, for example the matrix, in the graft comprising the matrix is suitable for transplantation.
  • the device can be set up to detect impurities and / or functional impairments of the matrix qualitatively or quantitatively from the at least one Raman spectrum.
  • the information on which the suitability of the material for use in transplantation depends can include a number of cells of a particular cell type per volume or per area.
  • the information may include the number of keratinocytes per volume or area.
  • the information may alternatively or additionally include the number of melanocytes per volume or per area.
  • the information may alternatively or additionally include the number of fibroblasts per volume or per area.
  • the information may indicate quantitatively or qualitatively whether and, if present, what impurities of the cell population are present with foreign cells.
  • the information may alternatively or additionally include the number of blood vessel cells per volume or area.
  • the information may alternatively or additionally include the number of hair follicle cells per volume or area.
  • the information may alternatively or additionally the functionality of hair follicle cells.
  • the information may alternatively or additionally include the number of corneocytes per volume or area.
  • the information may alternatively or additionally include the number of sebaceous gland cells per volume or per area.
  • the information may alternatively or additionally include the number of sweat gland cells per volume or per area.
  • the electronic evaluation device can be set up to detect, by evaluating the at least one Raman spectrum, at least one cell population of the material selected from the group consisting of: keratinocytes, melanocytes, fibroblasts, blood vessel cells, hair follicle cells, corneocytes, Sebaceous gland cells and sweat gland cells in skin grafts
  • the electronic evaluation device can be set up to detect, by evaluating the at least one Raman spectrum, at least two different cell populations of the material, each of which is selected from the group consisting of: keratinocytes, melanocytes, fibroblasts, blood vessel cells, hair follicle cells, corneocytes, sebaceous gland cells and sweat gland cells in skin grafts.
  • the electronic evaluation device can be set up to detect, by the evaluation of the at least one Raman spectrum, at least two different cell populations of the material, each of which is selected from the group consisting of: chondrocytes, chondroclasts and chondroblasts in cartilage transplants.
  • the electronic evaluation device can be set up to detect, by evaluating the at least one Raman spectrum, at least two different cell populations of the material, each of which is selected from the group consisting of: osteocytes, osteoclasts and osteoblasts in bone grafts.
  • the electronic evaluation device can be set up to detect, by evaluating the at least one Raman spectrum, at least two different cell populations of the material, each of which is selected from the group consisting of: keratinocytes, melanocytes and fibroblasts.
  • the electronic evaluation device can be set up to analyze at least two different cell types by evaluating the at least one Raman spectrum. To identify populations of the material, each of which is selected from the group consisting of: chondrocytes, chondroclasts and chondroblasts.
  • the electronic evaluation device can be set up to detect, by the evaluation of the at least one Raman spectrum, at least two different cell populations of the material, each of which is selected from the group consisting of: osteocytes, osteoclasts and osteoblasts.
  • the electronic evaluation device can be set up to determine a composition of the material in at least one area of the material.
  • the electronic evaluation device can be set up to detect the cell types present by evaluating the at least one Raman spectrum for at least one region of the material.
  • the electronic evaluation device can be set up to recognize, by evaluating the at least one Raman spectrum for at least one region of the material, in which quantitative ratio different cell types are present.
  • the different cell types may be keratinocytes, melanocytes and fibroblasts.
  • the Raman spectroscopy system may be arranged to evaluate multiple Raman spectra to perform a cluster analysis that detects relative proportions of different cell types.
  • the Raman spectroscopy system may be arranged to detect multiple Raman spectra in multiple depths of the material.
  • the electronic evaluation device can be set up to determine the composition of the material for each of the multiple depths from the respectively acquired Raman spectra.
  • the electronic evaluation device can be set up to carry out a cluster analysis of the at least one Raman spectrum.
  • the electronic evaluation device can be set up to perform a principal component analysis of the at least one Raman spectrum in order to differentiate between different cell types.
  • the electronic evaluation device can be set up to determine, depending on the cluster analysis, which proportion of keratinocytes, melanocytes, fibroblasts and / or endothelial cells is present in at least one area of the material.
  • the electronic evaluation device may comprise a memory in which information about the position of Raman peaks of different cell types of an autologous dermo-epidermal skin replacement are stored.
  • the electronic evaluation device can be set up to use a method of machine learning, in particular a method of supervised learning, in order to learn an assignment of Raman spectra and cell types.
  • the cell types may include keratinocytes, melanocytes, fibroblasts and / or endothelial cells.
  • the cell types may include keratinocytes, melanocytes, fibroblasts, blood vessel cells, hair follicle cells, corneocytes, sebaceous gland cells and sweat gland cells.
  • the cell types may include chondrocytes, chondroclasts and chondroblasts.
  • the cell types may include osteocytes, osteoclasts and osteoblasts.
  • the electronic evaluation device can be set up to determine a total number of cells in the material as a function of the evaluation of the at least one Raman spectrum. For this purpose, a spectral weight of at least one Raman peak can be determined. Alternatively or additionally, a number or weight of data points determined by principal component analysis or other cluster analysis of the at least one Raman spectrum may be determined to determine the total number of cells of one or more different cell types in the material ,
  • the electronic evaluation device can be set up to carry out functional changes depending on the evaluation of the at least one Raman spectrum, in particular to recognize apoptosis and / or necrosis, at least one cell population of the material.
  • the electronic evaluation device can be set up to output information on whether the cultivated tissue is suitable for transplantation after carrying out the evaluation of several Raman spectra with which the carrier material of a cultured tissue and / or the cells of the cultured tissue were evaluated.
  • This information may be binary information that defines in a "yes or no" manner whether the cultured tissue is useful as a graft.
  • the material may include a skin graft.
  • the material may include artificial skin.
  • the artificial skin can be bred skin.
  • the artificial skin may in particular be an autologous dermo-epidermal skin replacement.
  • the artificial skin may comprise a carrier material, in particular a biodegradable carrier material, and autologous cell material.
  • a method of assaying a material for a transplant includes detecting at least one Raman spectrum of the material and determining information on which suitability of the material for use in the transplantation depends by evaluating the at least one Raman spectrum.
  • the method may be performed by the device according to one embodiment.
  • the determination of the information on which the suitability of the material for use in transplantation depends can be done automatically by an electronic computing device.
  • the material tested in the procedure may be a material for autologous transplantation.
  • the material may comprise cells.
  • the method may comprise evaluating the at least one Raman spectrum prior to introducing the cells into a support material, for example a matrix, and / or after incorporation into the support material, for example the matrix, as described in connection with the device.
  • the material may comprise a carrier material, for example a matrix.
  • the method may comprise an evaluation of the at least one Raman spectrum of the carrier material, for example the matrix, before the cells are introduced, and / or after introduction into the carrier material, for example the matrix, as described in connection with the device ,
  • the material tested in the procedure may be an autologous dermo-epidermal dermal replacement.
  • the information on which the suitability of the material for use in the transplantation depends may include a number of cells of a particular cell type per volume or area.
  • the information may include the number of keratinocytes per volume or area.
  • the information may alternatively or additionally include the number of melanocytes per volume or per area.
  • the information may alternatively or additionally include the number of fibroblasts per volume or per area.
  • the information may alternatively or additionally include the number of blood vessel cells per volume or per area. In the method, the information may alternatively or additionally include the number of hair follicle cells per volume or area. In the method, the information may alternatively or additionally include the number of hair follicle cells per volume or area. In the method, the information may alternatively or additionally include the number of hair follicle cells per volume or area. In the method, the information may alternatively or additionally include the number of corneocytes per volume or per area. In the method, the information may alternatively or additionally include the number of sebaceous gland cells per volume or per area. In the method, the information may alternatively or additionally include the number of sweat gland cells per volume or per area.
  • At least one cell population of the material selected from the group consisting of: keratinocytes, melanocytes, fibroblasts, blood vessel cells, hair follicle cells, corneocytes, sebaceous gland cells and sweat gland cells can be detected.
  • At least two different cell populations of the material can be recognized, each of which is selected from the group consisting of: keratinocytes, melanocytes, fibroblasts, blood vessel cells, hair follicle cells, corneocytes, sebaceous gland cells and sweat gland cells ,
  • At least two different cell populations of the material can be recognized, each of which is selected from the group consisting of: keratinocytes, melanocytes and fibroblasts.
  • At least two different cell populations of the material can be recognized, each of which is selected from the group consisting of: chondrocytes, chondroclasts and chondroblasts.
  • the electronic evaluation device can determine a composition of the material in at least one region of the material from the at least one Raman spectrum.
  • the evaluation of the at least one Raman spectrum for at least one region of the material makes it possible to identify which cell types are present.
  • By evaluating the at least one Raman spectrum for at least one region of the material it can be recognized in which quantitative ratio different cell types are present.
  • the different cell types may be keratinocytes, melanocytes and fibroblasts.
  • the method can detect multiple Raman spectra in multiple depths of material.
  • the composition of the material can be determined for each of the several depths from the respectively acquired Raman spectra.
  • the evaluation of the at least one Raman spectrum in the method may comprise performing a cluster analysis of the at least one Raman spectrum.
  • the evaluation of the at least one Raman spectrum in the method may include performing a principal component analysis of the at least one Raman spectrum to distinguish different cell types.
  • the method depending on the cluster analysis, it can be determined what proportion of keratinocytes, melanocytes, fibroblasts and / or endothelial cells are present in at least one area of the material. In the method, depending on the cluster analysis, it may determine what proportion of chondrocytes, chondroclasts, chondroblasts are present in at least a portion of the material.
  • the method may determine which portion of osteocytes, osteoclasts or osteoblasts are present in at least a portion of the material, depending on the cluster analysis.
  • the evaluation of the at least one Raman spectrum may comprise a comparison with information stored in a memory about the position of Raman peaks of different cell types of an autologous dermo-epidermal dermal substitute.
  • the evaluation of the at least one Raman spectrum may comprise a comparison with information stored in a memory about the position of Raman peaks of different cell types of an autologous cartilage replacement and / or bone replacement.
  • the method may include the implementation of a method of machine learning, in particular a method of supervised learning, by the electronic evaluation device to learn an assignment of Raman spectra and cell types.
  • the cell types may include keratinocytes, melanocytes, fibroblasts and / or endothelial cells.
  • the cell types may include keratinocytes, melanocytes, fibroblasts, blood vessel cells, hair follicle cells, corneocytes, sebaceous gland cells and sweat gland cells.
  • the electronic evaluation device can determine a total number of cells in the material depending on the evaluation of the at least one Raman spectrum. For this purpose, a spectral weight of at least one Raman peak can be determined. Alternatively or additionally, in the method, a number or weight of data points determined by principal component analysis or other cluster analysis of the at least one Raman spectrum may be determined to total the number of cells of one or more different cell types in the material determine.
  • the method may include that, depending on the evaluation of the at least one Raman spectrum, functional changes, in particular apoptosis and / or necrosis, of at least one cell population of the material are detected.
  • the material tested in the procedure may include a graft.
  • the graft may comprise cultured tissue, such as cultured skin, cultured cartilage, or cultured bone tissue.
  • the material tested in the procedure may include artificial skin.
  • the artificial skin can be bred skin.
  • the artificial skin may in particular be an autologous dermo-epidermal skin replacement.
  • the artificial skin may comprise a carrier material, in particular a biodegradable carrier material, and autologous cell material.
  • the methods of embodiments may be performed remotely from the human or animal body.
  • the device of embodiments may be used for examination of the material, the examination being carried out remotely from the human or animal body.
  • the method may comprise generating the material, whereby autologous skin cells are introduced onto or into a carrier material, in particular a biodegradable matrix.
  • the methods of embodiments may be such that the recovery of the autologous skin material is not part of the claimed methods.
  • Devices and methods of embodiments allow rapid, marker-free and nondestructive testing of autologous dermo-epidermal dermal substitute or other material for its suitability for use in transplantation.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a device according to an embodiment.
  • Figure 2 shows a material which is an autologous dermo-epidermal dermal substitute that can be tested with devices and methods of embodiments.
  • FIG. 3 shows exemplary Raman spectra which are evaluated by a device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 4 illustrates a processing of acquired Raman spectra by a device according to an embodiment.
  • FIG. 5 shows exemplary Raman spectra which are evaluated by a device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 6 shows exemplary Raman spectra which are evaluated by a device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 7 illustrates the spatially resolved detection of Raman spectra according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 8 illustrates the spatially resolved detection of Raman spectra according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 9 illustrates Raman spectra acquired at different depths of the material.
  • FIG. 10 is a flowchart of a method according to an embodiment.
  • FIG. 11 is a flowchart of a method according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 12 is a flowchart of a method according to an embodiment.
  • FIG. 13 is a flowchart of a method according to an embodiment.
  • FIG. 14 shows exemplary Raman spectra which are detected and evaluated by a device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 15 illustrates processing of acquired Raman spectra by a device according to one embodiment.
  • FIG. 16 shows exemplary Raman spectra which are detected and evaluated by a device according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 17 illustrates a processing of detected Raman spectra by a device according to an embodiment.
  • FIG. 18 shows an exemplary Raman spectra which is detected and evaluated by a device according to an exemplary embodiment.
  • Devices and methods of embodiments may be used to examine a material to determine if the material is suitable for use in a transplant.
  • Devices and methods according to exemplary embodiments can be used for the automatic checking of an autologous cultivated graft.
  • devices and methods are described in the context of techniques for testing material for use as a skin graft, the embodiments are not limited thereto.
  • Devices and methods of embodiments may generally be used to screen different types of cultured tissue for use as a graft.
  • Other examples of such tissue include cartilage or bone tissue.
  • At least one Raman spectrum of a material is detected.
  • the material can be, for example, bred skin.
  • the material may be an autologous dermo-epidermal skin substitute, in particular an autologous dermo-epidermal skin graft.
  • the material may comprise a carrier material, for example a biodegradable matrix, and autologous skin cells.
  • the at least one Raman spectrum is evaluated to obtain information on which the suitability of the material for use in skin grafting depends.
  • the information may include the number of cells of one or more cell types and / or quotients of the number of multiple cell types.
  • Figure 1 is a schematic representation of a device 1 according to an embodiment.
  • the device 1 is set up to examine a material 9 with Raman spectroscopy and to determine information on the basis of one or more detected Raman spectra, on the basis of which the material 9 is suitable for use in a skin transplantation.
  • the corresponding check of the material 9 takes place on the basis of at least one Raman spectrum which the device 1 can detect and evaluate automatically.
  • the material 9 may be mounted on a support 19 to detect the at least one Raman spectrum.
  • the device 1 comprises a Raman spectroscopy system 10 and an evaluation device 20.
  • the Raman spectroscopy system 10 is set up to detect a Raman spectrum of the material 9.
  • the material 9 may be an autologous dermo-epidermal skin replacement, in particular an autologous dermo-epidermal skin graft.
  • the recovery of autologous skin cells is not the subject of the method of embodiments.
  • the Raman spectroscopy system 10 comprises a light source 11.
  • the light source 1 1 can be a laser.
  • the laser may have a cell-sparing laser wavelength.
  • the laser wavelength can be 785 nm.
  • the light source 1 1 is arranged to output an excitation beam 17.
  • a Raman spectrometer 14 receives light 18 scattered from the material 9 by Stokes processes and / or anti-Stokes processes.
  • the Raman spectrometer 14 may comprise a diffractive element 15 and an image sensor 16 to detect the Raman spectrum of the material 9 .
  • the Raman spectroscopy system 10 may comprise further elements in a manner known per se, for example focusing optical elements 12, 13, which may be designed as lenses, and / or diaphragms.
  • the device 1 comprises an evaluation device 20.
  • the evaluation device 20 may be a computer or may comprise a computer.
  • the evaluation device 20 is coupled to the Raman spectroscopy system 10.
  • the evaluation device 20 can control the detection of the Raman spectrum by the Raman spectroscopy system 10.
  • the evaluation device 20 can control the Raman spectroscopy system 10 such that Raman spectra are detected spatially resolved at a plurality of locations of the material 9.
  • the evaluation device 20 has an interface 21 in order to receive data from the image sensor 16 of the Raman spectroscopy system 10.
  • the evaluation device has a semiconductor integrated circuit 22, which may include a processor or controller and which is configured to evaluate the detected Raman spectrum.
  • the semiconductor integrated circuit 22 is set up to determine, based on the at least one Raman spectrum, information that has an influence on whether the material 9 is already or still suitable for use in skin grafting.
  • the evaluation device 20 can output information as to whether the cultured tissue is suitable for a transplantation. This information may be binary information that defines in a "yes or no" manner whether the cultured tissue is useful as a graft.
  • the semiconductor integrated circuit 22 may be configured to detect the presence or absence of certain Raman peaks or to determine the spectral weight of Raman peaks associated with different cell types of the autologous dermo epidermal skin replacement.
  • the integrated semiconductor circuit 22 can be set up, for example, to quantitatively determine, by evaluation of the at least one Raman spectrum, whether and in what number in a volume of the material 9 keratinocytes, melanocytes, fibroblasts and / or endothelial cells are present.
  • the material 9 may also include blood and / or lymphatic vessels.
  • the integrated semiconductor circuit 22 can be set up to quantitatively determine, by evaluation of the at least one Raman spectrum, whether and in what number in a volume of the material 9 blood vessel cells, hair follicle cells, corneocytes, sebaceous gland cells and / or sweat gland cells are present.
  • the semiconductor integrated circuit 22 may be configured to determine, for the material 9, local variations of Raman signals associated with different cell populations. In this way, the composition of the material 9 can be determined spatially resolved. The spatially resolved determination of the composition can be non-destructive.
  • the semiconductor integrated circuit 22 can detect different cell types, for example keratinocytes, melanocytes, fibroblasts and / or endothelial cells, based on the location of Raman peaks for the corresponding cells.
  • Information about the position and / or the spectral weight of different Raman peaks for the different cell types of an autologous dermo-epidermal dermal substitute can be stored non-volatilely in a memory of the device 1.
  • the information about the position and / or the spectral weight of different Raman peaks for the different cell types of an autologous dermis can be obtained.
  • Mo-epidermal dermal replacement can be detected by the device 1 through methods of supervised learning or other machine learning techniques
  • the semiconductor integrated circuit 22 can process acquired Raman spectra in a variety of ways, for example, statistical methods such as principal component analysis Additionally or alternatively, Raman spectra may be compared to reference data to determine which cell types are present and to determine ratios of different cell types.
  • the evaluation device 20 may include a memory 23, in which the reference data 24 are stored, which may use the integrated semiconductor circuit 22 in the evaluation of the Raman spectrum.
  • the evaluation device 20 may comprise an optical and / or acoustic output unit 25 via which, depending on the analysis of the at least one Raman spectrum, information is output which indicates whether the material 9 is suitable for use in skin grafting. Information about the total number of cells of at least one cell type and / or ratios of the number of cells of different cell types can be output.
  • FIG. 1 shows schematically a material 9, which can be examined with devices and methods according to embodiments.
  • the material 9 may be artificially bred skin.
  • the material 9 can be produced by removing skin cells and placing them in a matrix or other carrier material or be brought.
  • the matrix may comprise a hydrogel.
  • the matrix may include type 1 collagen.
  • the autologous skin cells can be increased.
  • the biopsy can be broken down into the individual cell types, multiplied and then reassembled using an extracellular framework.
  • pigment cells, blood vessels and / or lymphatic vessels may be inserted into the material 9.
  • Material 9 may or may not be autologous dermo-epidermal dermal substitute.
  • the material 9 may comprise an epidermis 31 and a dermis 32.
  • the epidermis 31 may include keratinocytes 33.
  • the epidermis may include melanocytes.
  • the dermis 32 may include fibroblasts 34. It should be understood that depending on the design of the material 9, the fibroblasts and / or various other constituents of the material 9 may be embedded in hydrogel or other matrix.
  • Figure 3 shows Raman spectra for cells of different cell types of a material 9 which is an autologous dermo-epidermal dermal substitute. Illustrated is part of a Raman spectrum 41 of keratinocytes and a Raman spectrum 42 of fibroblasts.
  • the Raman spectrum 41 of the keratinocytes and the Raman spectrum 42 of the fibroblasts differ in the position and / or the spectral weight of different Raman peaks. These differences can be used by the device 1 for the automatic differentiation of keratinocytes and fibroblasts.
  • the Raman spectrum 41 of the keratinocytes has a Raman peak 44 at a wavenumber in a wavenumber interval 47 of 1400 cm -1 to 1500 cm -1 .
  • An analysis of the Raman spectrum at wavenumber interval 47 allows a distinction between keratinocytes and fibroblasts.
  • other wave number intervals 46, 48 can be evaluated.
  • the intensity of the Raman signal for keratinocytes and fibroblasts is from 1600 cm “1 to 1670 cm -1, and the intensity of the Raman signal differs for keratinocytes and fibroblasts in a wavenumber interval 48 of 1100 cm -1 to 1390 cm -1 ,
  • Raman peaks 44,45 of a Raman spectrum can be evaluated to distinguish keratinocytes and fibroblasts. It is not necessary to compare the Raman spectrum detected on the material 9 or several Raman spectra recorded on the material 9 with information on reference spectra of keratinocytes, melanocytes, fibroblasts and / or endothelial cells.
  • the Raman spectrum or the Raman spectra can be further processed by the evaluation device 22 in order to distinguish different cell types.
  • the evaluation device 20 can, for example, carry out a cluster analysis, e.g. perform a principal component analysis of the acquired Raman spectra.
  • the result of cluster analysis can be used to distinguish keratinocytes, melanocytes, fibroblasts and / or other cells of material 9.
  • the result of the cluster analysis can be used to determine quantitative proportions of keratinocytes, melanocytes, fibroblasts and / or other cells of material 9.
  • the Raman spectrum of each cell on which the measurement is made may include a number N of intensities at different wavelengths.
  • the number N may be greater than one, in particular much greater than one.
  • each cell By comparing the spectra in each class with the spectra of already identified cells, for example from a pure culture of melanocytes or other relevant cells, each cell can be assigned a cell type.
  • the number of cells in each class can be used to quantify the proportions.
  • the number of cells in each class divided by the total number of spectra measured can then quantify the ratio of each cell type in the material.
  • FIG. 4 illustrates exemplary results of a cluster analysis performed by the evaluator 20 to determine which cell types are present in a region of the material 9.
  • the main component analysis is performed for one Raman spectrum or several Raman spectra detected on the material 9.
  • the data points are shown according to a pair of the different main components PC-1 and PC-2.
  • Figure 4 shows the data points 51 associated with keratinocytes and data points 52 associated with fibroblasts.
  • the result of the cluster analysis of the Raman spectrum acquired on the material 9 can be evaluated as to whether and how many data points lie in different regions 53, 54 of the coordinate system spanned by several principal components. For example, it can be determined how many data points lie in a region 53 that is associated with keratinocytes.
  • the evaluation device 20 can automatically determine, based on the principal component analysis of a Raman spectrum or several Raman spectra, which cell types are present and / or which portion of the cells belong to the different cell types.
  • Figure 5 shows Raman spectra for cells of different cell types of a material 9 which is an autologous dermo-epidermal dermal replacement. Illustrated as part of a Raman spectrum 61 of melanocytes and a Raman spectrum 62 of fibroblasts.
  • the Raman spectrum 61 of the melanocytes and the Raman spectrum 62 of the fibroblasts differ in the position and / or the spectral weight of different Raman peaks. These differences can be used by the device 1 for the automatic differentiation of melanocytes and fibroblasts.
  • the Raman spectrum 62 of the fibroblasts has a Raman peak at a wavenumber 63 in a wavenumber interval 66 of 1000 cm -1 to 1150 cm -1 .
  • An analysis of the Raman spectrum in wavenumber interval 66 allows a differentiation of melanocytes and fibroblasts.
  • other wavenumber intervals 67, 68 may be evaluated to distinguish melanocytes and fibroblasts from Raman peaks at different wavenumbers 64, 65.
  • the intensity of the Raman signal differs for melanocytes and fibroblasts.
  • a wavenumber interval 68 of 1575 cm -1 to 1640 cm -1 the intensity of the Raman signal differs for melanocytes and fibroblasts.
  • the device 1 can measure the ratio of the two different Raman Use peaks of measured intensities to infer the proportion of melanocytes and fibroblasts.
  • wavenumber intervals may be used to distinguish keratinocytes, melanocytes, fibroblasts, and / or other cells of material 9.
  • Figure 6 shows Raman spectra for cells of different cell types of a material 9 which is an autologous dermo-epidermal dermal substitute. Illustrated as part of a Raman spectrum 61 of melanocytes and a Raman spectrum 62 of fibroblasts.
  • the Raman spectrum 61 of the melanocytes has Raman peaks at wave numbers 73, 74 in a wavenumber interval of 2350 cm -1 to 2650 cm -1 , while the Raman spectrum 62 of the fibroblasts has no significant Raman peaks there.
  • the Raman spectrum 61 of the melanocyte Raman peaks at a wavenumber interval 75 of 2400 cm -1 to 2450 cm -1 may have a Raman peak at a wavenumber 73.
  • the Raman spectrum 61 of the melanocytes can have a Raman peak at a wavenumber interval 76 of 2500 cm -1 to 2560 cm -1 at a wavenumber of 74.
  • the Raman spectrum detected on the material 9 or for a plurality of Raman spectra acquired on the material 9 with information on reference spectra of keratinocytes, melanocytes, fibroblasts and / or endothelial cells can compare.
  • the Raman spectrum or the Raman spectra can be further processed by the evaluation device 22 in order to differentiate between different cell types.
  • the evaluation device 20 can, for example, perform a cluster analysis, for example a principal component analysis of the detected Raman spectrum.
  • the result of cluster analysis can be used to distinguish keratinocytes, melanocytes, fibroblasts and / or other cells of material 9.
  • the detection of Raman spectra can be carried out on the material 9 spatially resolved.
  • the detection can take place at a plurality of positions which are arranged on a surface of the material 9, for example on the epidermis layer.
  • Raman spectroscopy also permits detection at different depths of the material 9 without having to destroy the material 9 for this purpose.
  • the points at which one Raman spectrum or several Raman spectra are detected can define a regular or irregular lattice.
  • FIG. 7 shows a detection of Raman spectra at a plurality of regions 80. At the plurality of regions 80, which are shown as dots or filled circles 81 - 84, in each case at least one Raman spectrum can be detected. To improve the statistics, several Raman spectra can be acquired at each of the points.
  • the signal detection and relative movement between a specimen slide and optical components of the Raman spectroscopy system can be controlled automatically by the evaluation device 20.
  • Raman spectra can be detected at a plurality of separate small regions 81 -84. Although a regular arrangement of points is shown schematically in FIG. 7 at which the Raman spectra are detected, the detection can also take place on an irregular arrangement of points. Different patterns of points can be defined at which Raman spectroscopy should be performed. At least some of items 81-84 may be user definable.
  • the evaluation device 20 may include a corresponding input interface, with which a user-defined definition of those points is made possible, at each of which a Raman spectrum is to be detected.
  • the spatially resolved detection of the Raman spectra can be performed at longer intervals. According to embodiments, the spatially resolved detection of at least two Raman spectra but also on subcellular structures. At least two Raman spectra at different subcellular areas, For example, for cell nuclei and cytoplasm, detected in the material 9 and evaluated by the evaluation device 20.
  • the number of cells of one or more cell types can be quantified. For example, the keratinocytes, melanocytes and / or fibroblasts present per area can be counted.
  • FIG. 8 illustrates points 91, 92 at which the signal detection can be performed by Raman spectroscopy.
  • the signal detection by Raman spectroscopy allows the review of the material 9 at different depths 93, 94 of the material 9, without having to destroy the material 9 for this purpose.
  • the points 91, 92, at which one or more Raman spectra are detected may define a regular or irregular grid and may be arranged at different distances 93, 94 from the surface of the material 9.
  • Figure 9 shows Raman spectra 101 to 107 detected on a material 9 of fibroblasts at depths of different depths.
  • the Raman spectrum 101 was detected on the surface of a fibroblast material 9.
  • the Raman spectrum 102 was detected at a depth of 40 ⁇ m from the surface of the material 9.
  • the Raman spectrum 103 was detected at a depth of 130 ⁇ m from the surface of the material 9.
  • the Raman spectrum 104 was detected at a depth of 170 ⁇ from the surface of the material 9.
  • the Raman spectrum 105 was detected at a depth of 200 ⁇ m from the surface of the material 9.
  • the Raman spectrum 106 was detected at a depth of 220 ⁇ m from the surface of the material 9.
  • the Raman spectrum 107 was detected at a depth of 260 ⁇ from the surface of the material 9.
  • the characteristic structures of the Raman spectrum for fibroblasts can also be reliably identified at different depths 93, 94 of the material 9.
  • the determination of different cell populations ie the determination of the absolute or relative number of cells of different cell types using Raman spectroscopy, can be carried out not only on the surface but also in a three-dimensional material 9.
  • FIG. 10 is a flow chart of a method 110 according to an exemplary embodiment. The method 110 may be carried out by the device 1.
  • At step 1 1 1 at least one Raman spectrum of the material 9 is detected.
  • the light source 1 1 is controlled so that an excitation beam 17 is generated. It is also possible to record several Raman spectra. For example, several Raman spectra can be acquired at different positions of the same sample or on different samples in order to determine cell populations of different cell types.
  • the evaluation device 20 evaluates the detected Raman spectrum.
  • the evaluation device 20 can detect at least one Raman peak, which is characteristic of one of a plurality of different cell populations of the material 9.
  • the evaluation device 20 can detect at least one Raman peak that is characteristic of keratinocytes, melanocytes and / or fibroblasts.
  • the evaluation device 20 may alternatively or additionally detect at least one Raman peak that is characteristic of blood vessel cells, hair follicle cells, corneocytes, sebaceous gland cells and sweat gland cells.
  • the evaluation device 20 can perform a cluster analysis on acquired Raman spectra in order to determine which cell types are present and / or in which relative number of different cell types are present.
  • FIG. 11 is a flow chart of a method 120 according to one embodiment.
  • the method 120 may be performed by the device 1.
  • the method 120 may be used to determine information concerning the usability of the material 9 for transplantation.
  • the method 120 may include detecting at least one Raman spectrum, as explained for step 11.
  • the evaluator 20 may evaluate the at least one detected Raman spectrum to determine a total number of cells of one cell type or the total number of cells of different cell types in the material 9 or a portion of the material 9. For example, the number of fibroblasts, keratinocytes and / or melanocytes in a partial volume or surface of the material 9 can be determined by evaluating the Raman spectrum. Spatially resolved, several Raman spectra can be acquired to make a count of cells of different cell types. For counting, spectral weights, intensities and / or the position of data points in a cluster analysis can be evaluated to determine the total number of cells of one cell type or the total number of cells of different cell types in the material 9 or a subregion of the material 9.
  • the evaluator 20 may determine a ratio of a number of cells of a first cell type to cells of a second cell type.
  • the evaluation device can use spectral weights, intensities and / or the position of data points in a cluster analysis in order to obtain information about the relative size of different cell populations.
  • the different cell populations may be selected from a group consisting of keratinocytes, melanocytes, fibroblasts, blood vessel cells, hair follicle cells, corneocytes, sebaceous gland cells and sweat gland cells.
  • the evaluation device 20 can optionally determine from the Raman spectra whether cells of one or more cell populations undergo functional changes. conditions that reduce their suitability for transplantation. For example, the evaluation device 20 can determine whether cells of one or more cell populations, for example keratinocytes, melanocytes, fibroblasts, blood vessel cells, hair follicle cells, corneocytes, sebaceous gland cells and / or sweat gland cells, are impaired in their function by apoptosis or necrosis.
  • cells of one or more cell populations for example keratinocytes, melanocytes, fibroblasts, blood vessel cells, hair follicle cells, corneocytes, sebaceous gland cells and / or sweat gland cells.
  • Determination of such a functional change can be detected, for example, by shifting the data points obtained in a principal component analysis or another cluster analysis, compared to healthy, functional cells. Based on the proportion of data points that are outside the regions 53, 54 for functional cells, it can be determined whether keratinocytes, melanocytes, fibroblasts, blood vessel cells, hair follicle cells, corneocytes, sebaceous gland cells and / or sweat gland cells are subject to functional changes.
  • FIG. 12 is a flowchart of a method 130 according to one embodiment.
  • the method 130 may be performed by the device 1.
  • the method 130 may be used to determine information concerning the usability of the material 9 for transplantation.
  • the method 130 may include detecting at least one Raman spectrum, as explained for step 11.1.
  • the evaluation device 20 can evaluate the at least one detected Raman spectrum in order to determine a total number of fibroblasts in the material 9 or a subregion of the material 9. To count the number of fibroblasts, spectral weights, intensities and / or the location of data points in a cluster analysis can be evaluated to determine the total number of fibroblasts in the material 9 or a portion of the material 9.
  • the evaluator 20 may determine a ratio of a number of keratinocytes to a number of melanocytes.
  • the evaluation device can spectral weights, intensities and / or the location of data points in a Use cluster analysis to obtain information about the relative size of cell populations for keratinocytes and melanocytes.
  • Reference data, which the evaluation device 20 uses to evaluate the Raman spectra acquired at the material 9, may be stored non-volatile in the memory 23.
  • the device 1 may alternatively or additionally be adapted for machine learning techniques to learn the criteria by which different cell types can be distinguished based on Raman spectra, as described in greater detail with reference to FIG.
  • the examination of material for its suitability for transplantation can be carried out in different stages of a process for the production of autologous dermo-epidermal dermal replacement.
  • the check can be done several times sequentially.
  • the at least one Raman spectrum of cells can be detected before they are introduced or applied in a carrier material, for example a matrix.
  • a detection of different cell types a quantitative detection of relative proportions of different cell types and / or a detection of functional impairments of one or more cell types can be done.
  • the detected Raman spectrum can be compared with one or more reference spectra.
  • Analytical techniques such as cluster analysis may be used to perform detection of different cell types, quantitative detection of relative proportions of different cell types, and / or detection of functional impairments of one or more cell types.
  • a carrier material for example a matrix
  • the at least one Raman spectrum can be detected on the matrix before skin cells enter or leave skin be applied.
  • the acquired Raman spectrum can be compared with one or more reference spectra.
  • Analytical techniques such as cluster analysis, can be used to perform matrix material recognition, matrix density detection, and / or qualitative and / or quantitative contamination detection.
  • a skin replacement which is grown in a carrier material, such as a matrix, or applied cells, is suitable for transplantation.
  • a carrier material such as a matrix, or applied cells
  • different cell types can be detected. There may be a quantitative evaluation of the proportions of different cell types. It may be a recognition of functional impairments of cells of one or more different cell types.
  • the detected at least one Raman spectrum can for this purpose be compared with one or more reference spectra.
  • analysis techniques such as a cluster analysis can be used.
  • contaminations of the cell populations with foreign cells in the cultured tissue can be determined by evaluating the Raman spectra.
  • FIG. 13 is a flowchart of a method 140 according to one embodiment.
  • the method 140 may be performed by the device 1.
  • the method 140 may be used to determine information concerning the usability of the material 9 for transplantation.
  • Rules for judging the usability of the material 9 can be learned automatically by the device 1 by a method of machine learning, in particular by supervised learning.
  • the rules can be stored non-volatile in the memory 23.
  • multiple Raman spectra are acquired.
  • the multiple Raman spectra can be applied to keratinocytes, melanocytes, fibroblasts, blood vessel cells, Hair follicle cells, corneocytes, sebaceous gland cells and / or sweat gland cells are detected.
  • the multiple Raman spectra can be acquired on an autologous dermo-epidermal skin replacement of one or more patients.
  • a procedure of machine learning may be performed.
  • the procedure can be supervised learning.
  • the device 1 can receive a user input for different detected Raman spectra.
  • the user input may, for example, map Raman spectra, Raman peaks and / or clusters of a cluster analysis to different cellular constituents.
  • the device 1 may set one or more parameters of a rule set against which the device 1 evaluates Raman spectra to evaluate the suitability of the material 9 for use as a graft.
  • the evaluation device 20 can for example adapt one or more parameters of a support vector machine with which acquired Raman spectra are evaluated in order to determine information about the suitability of the material 9 for use as a transplant.
  • the learned rules for example the parameters of the support vector machine, can be stored by the device 1 in the memory 23.
  • Raman spectra may be acquired on a material 9 to be tested.
  • the stored rules may be applied to the acquired Raman spectra. This can be done, for example, as described with reference to FIG. 11 or FIG. Based on the rules, it can be determined from the acquired Raman spectra which cell types are present in the material 9. Based on the rules, it can be determined from the acquired Raman spectra in which relative number of cells of different cell types are present in the material 9. Based on the rules, it can be determined from the acquired Raman spectra whether cells of one or more cell types in the material 9 undergo functional changes compared to fully functional cells.
  • the devices and methods of embodiments can be used not only to study skin grafts but also to examine other tissues, such as cartilage and / or bone tissue, for their suitability for transplantation.
  • the evaluation device of a device can be set up to detect chondrocytes, chondroclasts and / or chondroblasts.
  • the evaluation device of a device according to one embodiment may be arranged to determine a number or density of chondrocytes, chondroclasts and / or chondroblasts in a spatially resolved manner in order to investigate the suitability of a material as a cartilaginous tissue transplant.
  • the evaluation device of a device can be designed to detect phenotypic changes of at least one cell selected from the group consisting of chondrocytes, chondroclasts and chondroblasts by evaluating the at least one Raman spectrum.
  • Figure 14 shows Raman spectra of fresh chondrocytes and chondrocytes after in vitro cultivation. A part of a Raman spectrum of fresh chondrocytes and a Raman spectrum 152 of chondrocytes after a several-day in vitro cultivation is shown as an example.
  • the Raman spectrum 151 of fresh chondrocytes and the Raman spectrum 152 of chondrocytes after several days of in vitro cultivation differ in the position and / or the spectral weight of different Raman peaks. These differences can be used by the device 1 for automatic discrimination of fresh chondrocytes and chondrocytes after several days of in vitro cultivation.
  • the Raman spectrum shows 151 fresh chondrocytes in one or more spectral regions 156, 157 has a different spectral weight than the Raman spectrum 152 of chondrocytes after a several-day in vitro cultivation.
  • Wavelength intervals 156, 157 may include one or more intervals, for example, a wavenumber interval of 900 cm -1 to 1000 cm -1 , a wavenumber interval of 950 cm -1 to 1000 cm -1 , a wavenumber interval of 1100 cm -1 to 1200 cm -1 or a wavenumber interval from 1 150 cm -1 to 1200 cm -1 .
  • Analysis of the Raman spectrum at one or more of the wavenumber intervals 156, 157 allows a decision as to whether the cultured chondrocytes are suitable for use as a graft.
  • the device 1 may use the ratio of the intensities measured at two different Raman peaks to examine cells or other material for suitability for use as a cartilage graft.
  • the Raman spectrum or the Raman spectra can be further processed by the evaluation device 22 in order to differentiate between different cell types.
  • the evaluation device 20 can, for example, perform a cluster analysis, for example a principal component analysis of the acquired Raman spectrum.
  • the result of the cluster analysis can be used to distinguish chondrocytes, chondroclasts and chondroblasts.
  • the result of cluster analysis can also be used to detect phenotypic changes in chondrocytes, chondroclasts, and chondroblasts.
  • FIG. 15 illustrates exemplary results of a cluster analysis performed by the evaluator 20 to detect phenotypic changes in chondrocytes.
  • the principal component analysis is carried out for one Raman spectrum or several Raman spectra which are generated on the material. were taken.
  • the data points are shown according to a pair of the different main components PC-1 and PC-2.
  • Figure 15 shows the data points 161 associated with fresh chondrocytes and data points 162 associated with chondrocytes having phenotypic changes.
  • the result of cluster analysis of the Raman spectrum acquired on the material can be evaluated as to whether and how many data points lie in different regions 163, 164 of the coordinate system spanned by several principal components. For example, it can be determined how many data points lie in a region 163 that is assigned to fresh chondrocytes. It can be determined how many data points lie in a region 164 associated with chondrocytes with phenotypic changes. It can be determined how many data points lie in further regions of the coordinate system spanned by a plurality of main components, which are assigned to other cellular components of the material 9, for example chondroclasts and / or chondroblasts.
  • the evaluation device 20 can automatically determine, based on the principal component analysis of a Raman spectrum or several Raman spectra, which cell types are present and / or which proportion of the cells undergoes changes.
  • Raman spectroscopy can also be used to detect disease-induced changes in cartilage cells to assess graft utility.
  • Figure 16 shows part of a Raman spectrum 171 of primary chondrocytes and part of a Raman spectrum 172 of cells derived from human chondrosarcoma cells (SW1353).
  • the Raman spectrum 171 of primary chondrocytes and the Raman spectrum 72 of cells derived from human chondrosarcoma cells (SW1353) differ in the intensity of different Raman peaks. These differences can be used by the device 1 to automatically distinguish, for example, disease-induced changes.
  • the Raman spectrum 171 of transplantable chondrocytes in one or more spectral regions 176, 177 may have a different intensity than the Raman spectrum 172 of cells undergoing disease-induced alterations.
  • the wavenumber intervals 176, 177 may include one or more intervals, for example, a wavenumber interval of 800 cm -1 to 1000 cm -1 , a wavenumber interval of 850 cm -1 to 950 cm -1 , a wavenumber interval of 1000 cm -1 to 1200 cm -1 or a wavenumber interval of 1050 cm -1 to 1 1500 cm -1 .
  • Analysis of the Raman spectrum in one or more of the wavenumber intervals 176, 177 allows a decision as to whether the cultured chondrocytes are suitable for use as a graft. It is possible, but not essential, to compare the Raman spectrum detected on the material or multiple Raman spectra acquired on the material with information about reference spectra of healthy chondrocytes, chondroclasts, and / or chondroblasts.
  • the Raman spectrum or the Raman spectra can be further processed by the evaluation device 22 in order to distinguish healthy cells from diseased cells.
  • the evaluation device 20 can, for example, perform a cluster analysis, for example a principal component analysis of the detected Raman spectrum. The result of the cluster analysis can be used to evaluate whether chondrocytes, chondroclasts and chondroblasts are subject to disease-related changes.
  • FIG. 17 illustrates exemplary results of a cluster analysis performed by the evaluation device 20 to detect disease-related changes in chondrocytes.
  • the data points are shown according to a pair of the different main components PC-1 and PC-2.
  • FIG. 17 shows data points 181 associated with chondrocytes suitable for transplantation and data points 182 associated with altered chondrocytes due to disease.
  • the result of the cluster analysis of the Raman spectrum acquired on the material can be evaluated as to whether and how many data points lie in different regions 183, 184 of the coordinate system spanned by a plurality of main components. For example, it can be determined how many data points lie in a region 183 which is assigned to chondrocytes suitable for transplantation. It can be determined how many data points lie in a region 184 that is associated with altered chondrocytes due to the disease. It can be determined how many data points lie in further regions of the coordinate system spanned by a plurality of main components, which are assigned to other cellular components of the material 9, for example chondroclasts and / or chondroblasts.
  • the evaluation device 20 can automatically determine, based on the principal component analysis of a Raman spectrum or several Raman spectra, which cell types are present and / or which fraction of the cells is subject to disease-related changes.
  • the evaluation device of a device may alternatively or additionally be set up to recognize osteocytes, osteoclasts and / or osteoblasts.
  • the evaluation device of a device may be configured to determine a number or density of osteocytes, osteoclasts and / or osteoblasts in a spatially resolved manner in order to investigate the suitability of a material as a bone graft.
  • the evaluation device of a device can be set up to examine, on the basis of the intensity and / or position of Raman peaks, whether bone tissue is suitable for a transplantation.
  • the evaluation device of a device can be set up to examine whether bone tissue is suitable for a transplantation on the basis of the intensity and / or position of Raman peaks for chemical groups in mineral and collagen phases.
  • the mineralization can be quantified.
  • Figure 18 shows part of a Raman spectrum 191 of bone tissue.
  • the Raman spectrum 191 has Raman peaks that can be assigned to mineral and collagen phases.
  • a Raman peak 192 can be identified, which can be assigned to v2 phosphate mineral.
  • the evaluation device may alternatively or additionally be set up to detect a Raman peak 193 by evaluation of the Raman spectrum 191, which can be assigned to v 4 -phosphate mineral.
  • the evaluation device may alternatively or additionally be set up to detect a Raman peak 194 by evaluation of the Raman spectrum 191, which may be assigned to the vi-phosphate mineral.
  • the evaluation device may alternatively or additionally be set up to detect one or more Raman peaks by evaluating the Raman spectrum 191, which collagen (eg amide III collagen, amide I collagen, proline ring collagen) are assigned can.
  • a relative ratio of cells selected from the group consisting of osteocytes, osteoclasts, and osteoblasts can be determined. Based on the relative intensities of one or more of these Raman peaks, disease-related changes of osteocytes, osteoclasts and / or osteoblasts can also be detected.
  • the devices and methods of embodiments may repeat the acquisition and evaluation of the Raman spectra. In this way it can be determined, for example, whether cultivated tissue has not yet reached a state in which it can be used as a graft or whether the cultivated tissue has already exceeded a state in which it can be used as a graft.
  • the devices and methods of embodiments may be used to screen a variety of different types of cultured tissue.
  • the devices and methods of embodiments may be used to determine information relevant to the utility of cultured cartilage, cultured esophageal tissue, gut tissue, or cultured gastric tissue as a graft.
  • Apparatuses and methods of embodiments may generally be used to quantitatively examine material to determine information relevant to the usability of the material 9 for transplantation.
  • the devices and methods can be used in particular for the examination of cultured transplants before they are transplanted to the patient.
  • Skin grafts are a field of application, however, the devices and methods are not limited thereto.

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Abstract

Zur Überprüfung eines Materials für eine Transplantation wird wenigstens ein Raman-Spektrums (41, 42) des Materials erfasst. Eine elektronische Auswerteeinrichtung bestimmt eine Information, von der eine Eignung des Materials zur Verwendung bei der Transplantation abhängt, durch Auswerten des wenigstens einen Raman-Spektrums (41, 42).

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Überprüfung
eines Materials für eine Transplantation
GEBIET DER ERFINDUNG
Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen Vorrichtungen und Verfahren zur Überprüfung von Material für eine Transplantation. Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen insbesondere Vorrichtungen und Verfahren, mit denen überprüft werden kann, ob das Material zur Verwendung als Transplantat geeignet ist.
HINTERGRUND
Transplantationen von gezüchtetem Gewebe finden weithin Anwendung. Hautwunden oder Hauterkrankungen können beispielsweise die Durchführung einer Hauttransplantation erforderlich machen. Hierzu kann ein Hauttransplantat an einer Körperstelle entnommen und an eine andere Körperstelle transplantiert werden. Derarti- ge Techniken können jedoch insbesondere dann nicht zufriedenstellend sein, wenn relativ großflächige Hautwunden oder Hauterkrankungen vorliegen. Beispiele für derartige Hautläsionen können Verbrennungen mit großflächigen und tiefen Hautverletzungen, Riesenmuttermale oder chronische Wunden beinhalten. Um derartige Probleme zu vermeiden, kann gezüchtete Haut verwendet werden, um die Hautläsionen zu behandeln. Hautzellen können in einer Biopsie entnommen und auf eine Matrix aufgetragen oder in sie eingebettet werden. In der Matrix können die Hautzellen zur Dermis und Epidermis wachsen. Auf diese Weise können so genannte Hautgrafts gezüchtet werden. Andere Techniken zur Durchführung eines„Tissue Engineering", mit dem Material für eine Hauttransplantation erzeugt werden kann, können verwendet werden. Beispielhafte Techniken zur Erzeugung von Hautsubstitu- ten durch„Tissue Engineering" sind beispielsweise beschrieben in T. Biedermann et al., "Tissue engineering of skin for wound coverage." European Journal of Pediatric Surgery, 23(05):375-382 (2013); L. Pontiggia et al., "Optimizing in vitro culture condi- tions leads to a significantly shorter production time of human dermo-epidermal skin Substitutes". Pediatric Surgery International, 29(3):249-256 (2013); oder D. Marino et al., "Bioengineering dermo-epidermal skin grafts with blood and lymphatic capillar- ies". Science Translational Medicine, 6(221 ):221 ra14 (2014).
Eine Herausforderung bei der Verwendung von gezüchteter Haut oder anderen Techniken zur Herstellung von Hautsubstituten besteht darin, das Material dahingehend zu überprüfen, ob es sich für die Verwendung bei der Transplantation eignet. Die Eignung des Materials zur Verwendung bei der Hauttransplantation hängt beispielsweise von der Anzahl der Zellen und/oder von einem Verhältnis der Zellanzahl unterschiedlicher Zelltypen ab. Die Eignung des Materials zur Verwendung bei der Hauttransplantation kann darüber hinaus auch davon abhängen, ob und in welchem Umfang Zellen funktionell beeinträchtigt sind, beispielsweise durch Apoptose oder Nekrose.
Ähnliche Herausforderungen bestehen bei der Verwendung anderer gezüchteter Gewebe als Transplantat, wie beispielsweise Knorpel- oder Knochenersatz. Zur Überprüfung des Materials auf seine Eignung für die Verwendung bei der Transplantation können beispielsweise vor dem Einbringen in die Matrix eine Sortierung der hochgezüchteten Zellpopulationen mit Durchflusszytometrie sein. Die so genannte„DNA counf'-Methoden wird verwendet, um die Anzahl der gesamten Zellen in der hochgezüchteten Matrix zu zählen. Derartige Techniken sind jedoch teuer und zeit- aufwändig. Je nach Implementierung können derartige Techniken auch eine teilweise Zerstörung des Materials, das auf seine Eignung zur Verwendung als Transplantat getestet werden soll, mit sich bringen. Darüber hinaus geben derartige Techniken auch nur beschränkte oder keine Auskunft über die Funktionalität und/oder Qualität der Zellen.
Die Durchführung der Durchflusszytometrie erfordert zudem, dass vorab eine große Anzahl von Zellen gezüchtet wird, um die Messung zu ermöglichen. Dies ist zeitauf- wändig und kostenintensiv (beispielsweise bei Fluoreszenzmarkierung über Antikör- per-basierte Marker). Die Zellen stehen dem Patienten nicht mehr zur Verfügung. Die Durchflusszytometrie liefert keine Aussage über die finale Zellzahl, das Verhältnis der Anzahl unterschiedlicher Zelltypen und/oder die Qualität der Zellen in einem fertig gezüchteten Transplantat.
„DNA counf'-Methoden können an einem Teil des Transplantats erstellt werden, geben jedoch keine Aussage über die Zelltypen und/oder das Verhältnis unterschiedlicher Zelltypen. ZUSAMMENFASSUNG
Es besteht ein Bedarf an Vorrichtungen und Verfahren zum Untersuchen von Material auf seine Eignung als Transplantat. Es besteht insbesondere ein Bedarf an derartigen Vorrichtungen und Verfahren, bei denen anhand quantitativer und/oder qualita- tiver Messwerte in objektiver Weise bestimmt werden kann, ob das Material eine o- der mehrere Eigenschaften aufweist, die es zur Verwendung bei einer Transplantation geeignet machen.
Das Material, das mit den Vorrichtungen und Verfahren untersucht wird, kann Zellen umfassen oder aus Zellen bestehen. Das Material kann eine Trägermaterial wie eine Matrix, beispielsweise eine Collagen-Matrix umfassen. Die Vorrichtungen und Verfahren können eingerichtet sein, um die Zellen und das Trägermaterial, beispielsweise die Matrix, jeweils separat einer Qualitätskontrolle zu unterziehen. Die Vorrichtungen und Verfahren können alternativ oder zusätzlich dazu eingerichtet sein, um die Zellen und/oder das Trägermaterial, beispielsweise die Matrix, in einem Gewebe- Transplantat nach Kultivierung der Zellen einer Qualitätskontrolle zu unterziehen.
Nach Ausführungsbeispielen der Erfindung wird zur Untersuchung eines Materials eine Raman-Spektroskopie ausgeführt. Ein oder mehrere Raman-Spektren können analysiert werden, um anhand des Raman-Spektrums oder anhand mehrerer Raman-Spektren zu erkennen, ob das Material zur Verwendung bei einer Transplantation geeignet ist. Beispielsweise können ein oder mehrere Raman-Spektren analysiert werden, um eine Anzahl von Zellen eines bestimmten Zelltyps in dem Material und/oder ein Verhältnis der Anzahl von Zellen unterschiedlicher Zelltypen bestimmt werden .
Durch die Auswertung eines oder mehrerer Raman-Spektren kann das Material ob- jektiv und quantitativ untersucht werden. Es kann ein Vergleich mit in einer Datenbank hinterlegten Referenzspektren vorgenommen werden, um zu bestimmen, welche Zelltypen vorhanden sind und um die Anzahl von Zellen eines oder mehreren Zelltypen zu quantifizieren. Alternativ oder zusätzlich kann eine Verarbeitung der Raman-Spektren, beispielsweise durch eine Clusteranalyse, vorgenommen werden, um unterschiedliche Zelltypen zu erkennen.
Nach einem Ausführungsbeispiel wird eine Vorrichtung zur Überprüfung eines Materials für eine Transplantation angegeben. Die Vorrichtung umfasst ein Raman- Spektroskopiesystem zur Durchführung einer Raman-Spektroskopie an dem Materi- al, um wenigstens ein Raman-Spektrum zu erfassen. Die Vorrichtung umfasst eine elektronische Auswerteeinrichtung, die eingerichtet ist, um abhängig von einer Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums eine Information, von der eine Eignung des Materials zur Verwendung bei der Transplantation abhängt, zu bestimmen.
Das Material kann ein Material für eine autologe oder eine allogene Transplantation sein.
Das Material kann ein autologer oder ein allogener Hautersatz sein. Das Material kann ein autologer oder ein allogener Knorpelersatz sein. Das Material kann ein autologer oder ein allogener Knochenersatz sein
Das Material kann ein Hauttransplantat umfassen. Das Material kann künstliche Haut umfassen. Das Material kann gezüchtetes Knorpelgewebe umfassen. Das Ma- terial kann gezüchtetes Knochengewebe umfassen.
Das Material kann Zellen umfassen. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, um die Zellen vor einem Auf- oder Einbringen in ein Trägermaterial, beispielsweise eine Mat- rix einer Raman-Spektroskopie zu unterziehen. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, um automatisch zu bestimmen, ob die Zellen zum Einbringen in ein Trägermaterial, beispielsweise eine Matrix, geeignet sind. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, um automatisch zu bestimmen, welche Zelltypen vorliegen und/oder in welchen mengenmäßigen Anteilen unterschiedliche Zelltypen vorliegen. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, um Verunreinigungen und/oder funktionelle Beeinträchtigungen der Zellen qualitativ oder quantitativ aus dem wenigstens einen Raman-Spektrum zu erfassen. Die Vorrichtung kann alternativ oder zusätzlich eingerichtet sein, um die Zellen nach einem Auf- oder Einbringen in ein Trägermaterial, beispielsweise eine Matrix, einer Raman-Spektroskopie zu unterziehen. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, um automatisch zu bestimmen, ob die Zellen in dem Transplantat, das die Zellen um- fasst, für die Transplantation geeignet sind. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, um automatisch zu bestimmen, welche Zelltypen vorliegen und/oder in welchen mengenmäßigen Anteilen unterschiedliche Zelltypen vorliegen. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, um Verunreinigungen und/oder funktionelle Beeinträchtigungen der Zellen in dem Trägermaterial, beispielsweise der Matrix, qualitativ oder quantitativ aus dem wenigstens einen Raman-Spektrum zu erfassen.
Das Material kann ein Trägermaterial, beispielsweise eine Matrix, umfassen, in die die Zellen ein- oder aufgebracht werden. Die Matrix kann aus Collagen oder einem anderen Material bestehen. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, um das Trägermaterial, beispielsweise die Matrix, vor einem Auf- oder Einbringen der Zellen in eine Matrix einer Raman-Spektroskopie zu unterziehen. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, um automatisch zu bestimmen, ob das Trägermaterial, beispielsweise die Matrix, zum Einbringen der Zellen geeignet ist. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, um automatisch zu bestimmen, ob das Trägermaterial, beispielsweise die Matrix, aus dem gewünschten Material besteht. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, um Ver- unreinigungen des Trägermaterials, beispielsweise der Matrix, qualitativ oder quantitativ aus dem wenigstens einen Raman-Spektrum zu erfassen. Die Verunreinigungen können Keime, Bakterien oder andere Fremdkörper sein. Die Verunreinigungen können Verunreinigungen der Zellpopulation sein, die in dem gezüchteten Gewebe vorhanden sein sollte.
Die Vorrichtung kann alternativ oder zusätzlich eingerichtet sein, um das Trägerma- terial, beispielsweise die Matrix, nach dem Auf- oder Einbringen der Zellen einer Raman-Spektroskopie zu unterziehen. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, um automatisch zu bestimmen, ob das Trägermaterial, beispielsweise die Matrix, in dem Transplantat, das die Matrix umfasst, für die Transplantation geeignet ist. Die Vorrichtung kann eingerichtet sein, um Verunreinigungen und/oder funktionelle Beein- trächtigungen der Matrix qualitativ oder quantitativ aus dem wenigstens einen Ra- man-Spektrum zu erfassen.
Die Information, von der die Eignung des Materials zur Verwendung bei der Transplantation abhängt, kann eine Anzahl von Zellen eines bestimmten Zelltyps pro Vo- lumen oder pro Fläche umfassen. Die Information kann die Anzahl von Keratinozyten pro Volumen oder pro Fläche umfassen. Die Information kann alternativ oder zusätzlich die Anzahl von Melanozyten pro Volumen oder pro Fläche umfassen. Die Information kann alternativ oder zusätzlich die Anzahl von Fibroblasten pro Volumen oder pro Fläche umfassen. Die Information kann quantitativ oder qualitativ angeben, ob und, falls vorhanden, welche Verunreinigungen der Zellpopulation mit Fremdzellen vorhanden ist.
Die Information kann alternativ oder zusätzlich die Anzahl von Blutgefäßzellen pro Volumen oder pro Fläche umfassen. Die Information kann alternativ oder zusätzlich die Anzahl von Haarfollikelzellen pro Volumen oder pro Fläche umfassen. Die Information kann alternativ oder zusätzlich die Funktionalität von Haarfollikelzellen. Die Information kann alternativ oder zusätzlich die Anzahl von Korneozyten pro Volumen oder pro Fläche umfassen. Die Information kann alternativ oder zusätzlich die Anzahl von Talgdrüsenzellen pro Volumen oder pro Fläche umfassen. Die Information kann alternativ oder zusätzlich die Anzahl von Schweißdrüsenzellen pro Volumen oder pro Fläche umfassen. Die elektronische Auswerteeinrichtung kann eingerichtet sein, um durch die Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums wenigstens eine Zellpopulation des Materials zu erkennen, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Kera- tinozyten, Melanozyten, Fibroblasten, Blutgefäßzellen, Haarfollikelzellen, Korneozy- ten, Talgdrüsenzellen und Schweißdrüsenzellen bei Hauttransplantaten
Die elektronische Auswerteeinrichtung kann eingerichtet sein, um durch die Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums wenigstens zwei verschiedene Zellpopulationen des Materials zu erkennen, von denen jede ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Keratinozyten, Melanozyten, Fibroblasten, Blutgefäßzellen, Haarfollikelzellen, Korneozyten, Talgdrüsenzellen und Schweißdrüsenzellen bei Hauttransplantaten.
Die elektronische Auswerteeinrichtung kann eingerichtet sein, um durch die Auswer- tung des wenigstens einen Raman-Spektrums wenigstens zwei verschiedene Zellpopulationen des Materials zu erkennen, von denen jede ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Chondrozyten, Chondroklasten und Chondroblasten bei Knorpeltransplantaten . Die elektronische Auswerteeinrichtung kann eingerichtet sein, um durch die Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums wenigstens zwei verschiedene Zellpopulationen des Materials zu erkennen, von denen jede ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Osteozyten, Osteoklasten und Osteoblasten bei Knochentransplantaten.
Die elektronische Auswerteeinrichtung kann eingerichtet sein, um durch die Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums wenigstens zwei verschiedene Zellpopulationen des Materials zu erkennen, von denen jede ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Keratinozyten, Melanozyten und Fibroblasten.
Die elektronische Auswerteeinrichtung kann eingerichtet sein, um durch die Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums wenigstens zwei verschiedene Zell- Populationen des Materials zu erkennen, von denen jede ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Chondrozyten, Chondroklasten und Chondroblasten.
Die elektronische Auswerteeinrichtung kann eingerichtet sein, um durch die Auswer- tung des wenigstens einen Raman-Spektrums wenigstens zwei verschiedene Zellpopulationen des Materials zu erkennen, von denen jede ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Osteozyten, Osteoklasten und Osteoblasten.
Die elektronische Auswerteeinrichtung kann eingerichtet ist, um eine Zusammenset- zung des Materials in wenigstens einem Bereich des Materials zu bestimmen. Die elektronische Auswerteeinrichtung kann eingerichtet sein, um durch die Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums für wenigstens einen Bereich des Materials zu erkennen, welche Zelltypen vorhanden sind. Die elektronische Auswerteeinrichtung kann eingerichtet sein, um durch die Auswertung des wenigstens einen Raman- Spektrums für wenigstens einen Bereich des Materials zu erkennen, in welchem quantitativen Verhältnis unterschiedliche Zelltypen vorhanden sind. Die unterschiedlichen Zelltypen können Keratinozyten, Melanozyten und Fibroblasten sein.
Das Raman-Spektroskopiesystem kann eingerichtet sein, um mehrere Raman- Spektren auszuwerten, um eine Clusteranalyse auszuführen, mit der relative Anteile unterschiedlicher Zelltypen erkannt werden.
Das Raman-Spektroskopiesystem kann eingerichtet sein, um mehrere Raman- Spektren in mehreren Tiefen des Materials zu erfassen. Die elektronische Auswerteeinrichtung kann eingerichtet sein, um die Zusammensetzung des Materials für jede der mehreren Tiefen aus den jeweils erfassten Raman-Spektren zu bestimmen.
Die elektronische Auswerteeinrichtung kann eingerichtet sein, um eine Clusteranaly- se des wenigstens eines Raman-Spektrums durchzuführen. Die elektronische Auswerteeinrichtung kann eingerichtet sein, um eine Hauptkomponentenanalyse des wenigstens eines Raman-Spektrums durchzuführen, um unterschiedliche Zelltypen zu unterscheiden. Die elektronische Auswerteeinrichtung kann eingerichtet sein, um abhängig von der Clusteranalyse zu bestimmen, welcher Anteil von Keratinozyten, Melanozyten, Fibroblasten und/oder Endothelzellen in wenigstens einem Bereich des Materials vor- handen ist.
Die elektronische Auswerteeinrichtung kann einen Speicher umfassen, in dem Information über die Lage von Raman-Peaks unterschiedlicher Zelltypen eines autologen dermo-epidermaler Hautersatzes abgelegt sind.
Alternativ oder zusätzlich kann die elektronische Auswerteeinrichtung eingerichtet sein, um eine Methode des maschinellen Lernens, insbesondere eine Methode des überwachten Lernens, anzuwenden, um eine Zuordnung von Raman-Spektren und Zelltypen zu erlernen. Die Zelltypen können Keratinozyten, Melanozyten, Fibroblas- ten und/oder Endothelzellen umfassen. Die Zelltypen können Keratinozyten, Melanozyten, Fibroblasten, Blutgefäßzellen, Haarfollikelzellen, Korneozyten, Talgdrüsenzellen und Schweißdrüsenzellen umfassen.
Die Zelltypen können Chondrozyten, Chondroklasten und Chondroblasten umfassen.
Die Zelltypen können Osteozyten, Osteoklasten und Osteoblasten umfassen.
Die elektronische Auswerteeinrichtung kann eingerichtet sein, um abhängig von der Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums eine Gesamtanzahl von Zellen in dem Material zu bestimmen. Dazu kann ein spektrales Gewicht wenigstens eines Raman-Peaks ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Anzahl oder ein Gewicht von Datenpunkten, die mit einer Hauptkomponentenanalyse oder einer anderen Clusteranalyse des wenigstens einen Raman-Spektrums ermittelt werden, bestimmt werden, um die Gesamtanzahl von Zellen eines Zelltyps oder mehrerer unter- schiedlicher Zelltypen in dem Material zu bestimmen.
Die elektronische Auswerteeinrichtung kann eingerichtet sein, um abhängig von der Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums funktionelle Veränderungen, insbesondere eine Apoptose und/oder Nekrose, wenigstens einer Zellpopulation des Materials zu erkennen.
Die elektronische Auswerteeinrichtung kann eingerichtet sein, um nach Ausführung der Auswertung mehrerer Raman-Spektren, mit der das Trägermaterial eines gezüchteten Gewebes und/oder die Zellen des gezüchteten Gewebes bewertet wurde, eine Information ausgeben, ob das gezüchtete Gewebe für eine Transplantation geeignet ist. Diese Information kann eine binäre Information sein, die in Art einer„Ja oder Nein" - Angabe definiert, ob das gezüchtete Gewebe als Transplantat ver- wendbar ist.
Das Material kann ein Hauttransplantat umfassen. Das Material kann künstliche Haut umfassen. Die künstliche Haut kann gezüchtete Haut sein. Die künstliche Haut kann insbesondere ein autologer dermo-epidermaler Hautersatz sein.
Die künstliche Haut kann ein Trägermaterial, insbesondere ein biodegradierbares Trägermaterial, und autologes Zellmaterial umfassen.
Ein Verfahren zur Überprüfung eines Materials für eine Transplantation umfasst ein Erfassen wenigstens eines Raman-Spektrums des Materials und ein Bestimmen einer Information, von der eine Eignung des Materials zur Verwendung bei der Transplantation abhängt, durch Auswerten des wenigstens einen Raman-Spektrums.
Das Verfahren kann von der Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel ausgeführt werden.
Das Bestimmen der Information, von der die Eignung des Materials zur Verwendung bei der Transplantation abhängt, kann automatisch durch eine elektronische Recheneinrichtung erfolgen.
Das bei dem Verfahren überprüfte Material kann ein Material für eine autologe Transplantation sein. Bei dem Verfahren kann das Material Zellen umfassen. Das Verfahren kann eine Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums vor dem Einbringen der Zellen in ein Trägermaterial, beispielsweise eine Matrix, und/oder nach dem Einbringen in das Trägermaterial, beispielsweise die Matrix, umfassen, wie im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben wurde.
Bei dem Verfahren kann das Material ein Trägermaterial, beispielsweise eine Matrix, umfassen. Das Verfahren kann eine Auswertung des wenigstens einen Raman- Spektrums des Trägermaterials, beispielsweise der Matrix, bevor die Zellen einge- bracht werden, und/oder nach dem Einbringen in das Trägermaterial, beispielsweise die Matrix, umfassen, wie im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben wurde.
Das bei dem Verfahren überprüfte Material kann ein autologer dermo-epidermaler Hautersatz sein.
Bei dem Verfahren kann die Information, von der die Eignung des Materials zur Verwendung bei der Transplantation abhängt, eine Anzahl von Zellen eines bestimmten Zelltyps pro Volumen oder pro Fläche umfassen. Bei dem Verfahren kann die Infor- mation die Anzahl von Keratinozyten pro Volumen oder pro Fläche umfassen. Bei dem Verfahren kann die Information alternativ oder zusätzlich die Anzahl von Melanozyten pro Volumen oder pro Fläche umfassen. Bei dem Verfahren kann die Information alternativ oder zusätzlich die Anzahl von Fibroblasten pro Volumen oder pro Fläche umfassen.
Bei dem Verfahren kann die Information alternativ oder zusätzlich die Anzahl von Blutgefäßzellen pro Volumen oder pro Fläche umfassen. Bei dem Verfahren kann die Information alternativ oder zusätzlich die Anzahl von Haarfollikelzellen pro Volumen oder pro Fläche umfassen. Bei dem Verfahren kann die Information alternativ oder zusätzlich die Anzahl von Haarfollikelzellen pro Volumen oder pro Fläche umfassen. Bei dem Verfahren kann die Information alternativ oder zusätzlich die Anzahl von Haarfollikelzellen pro Volumen oder pro Fläche umfassen. Bei dem Verfahren kann die Information alternativ oder zusätzlich die Anzahl von Korneozyten pro Volumen oder pro Fläche umfassen. Bei dem Verfahren kann die Information alternativ oder zusätzlich die Anzahl von Talgdrüsenzellen pro Volumen oder pro Fläche umfassen. Bei dem Verfahren kann die Information alternativ oder zusätzlich die Anzahl von Schweißdrüsenzellen pro Volumen oder pro Fläche umfassen.
Bei dem Verfahren kann durch die Auswertung des wenigstens einen Raman- Spektrums wenigstens eine Zellpopulation des Materials erkannt werden, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Keratinozyten, Melanozyten, Fibroblasten, Blutgefäßzellen, Haarfollikelzellen, Korneozyten, Talgdrüsenzellen und Schweißdrü- senzellen.
Bei dem Verfahren können durch die Auswertung des wenigstens einen Raman- Spektrums wenigstens zwei verschiedene Zellpopulationen des Materials erkannt werden, von denen jede ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Keratinozy- ten, Melanozyten, Fibroblasten, Blutgefäßzellen, Haarfollikelzellen, Korneozyten, Talgdrüsenzellen und Schweißdrüsenzellen.
Bei dem Verfahren können durch die Auswertung des wenigstens einen Raman- Spektrums wenigstens zwei verschiedene Zellpopulationen des Materials erkannt werden, von denen jede ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Keratinozyten, Melanozyten und Fibroblasten.
Bei dem Verfahren können durch die Auswertung des wenigstens einen Raman- Spektrums wenigstens zwei verschiedene Zellpopulationen des Materials erkannt werden, von denen jede ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Chondrozy- ten, Chondroklasten und Chondroblasten.
Bei dem Verfahren können durch die Auswertung des wenigstens einen Raman- Spektrums wenigstens zwei verschiedene Zellpopulationen des Materials erkannt werden, von denen jede ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Osteozyten, Osteoklasten und Osteoblasten. Bei dem Verfahren kann von der elektronischen Auswerteeinrichtung eine Zusammensetzung des Materials in wenigstens einem Bereich des Materials aus dem wenigstens einen Raman-Spektrum bestimmt werden. Dazu kann durch die Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums für wenigstens einen Bereich des Materials erkannt werden, welche Zelltypen vorhanden sind. Durch die Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums für wenigstens einen Bereich des Materials kann erkannt werden, in welchem quantitativen Verhältnis unterschiedliche Zelltypen vorhanden sind. Die unterschiedlichen Zelltypen können Keratinozyten, Melanozyten und Fibroblasten sein.
Bei dem Verfahren können mehrere Raman-Spektren in mehreren Tiefen des Materials erfasst werden. Die Zusammensetzung des Materials kann für jede der mehreren Tiefen aus den jeweils erfassten Raman-Spektren bestimmt werden. Die Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums kann bei dem Verfahren die Durchführung einer Clusteranalyse des wenigstens eines Raman-Spektrums umfassen. Die Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums kann bei dem Verfahren die Durchführung einer Hauptkomponentenanalyse des wenigstens eines Raman-Spektrums umfassen, um unterschiedliche Zelltypen zu unterscheiden.
Bei dem Verfahren kann abhängig von der Clusteranalyse bestimmt werden, welcher Anteil von Keratinozyten, Melanozyten, Fibroblasten und/oder Endothelzellen in wenigstens einem Bereich des Materials vorhanden ist. Bei dem Verfahren kann abhängig von der Clusteranalyse bestimmen, welcher Anteil von Chondrozyten, Chondroklasten, Chondroblasten in wenigstens einem Bereich des Materials vorhanden ist.
Alternativ oder zusätzlich kann bei dem Verfahren abhängig von der Clusteranalyse bestimmt werden, welcher Anteil von Osteozyten, Osteoklasten oder Osteoblasten in wenigstens einem Bereich des Materials vorhanden ist. Bei dem Verfahren kann die Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums einen Vergleich mit in einem Speicher hinterlegter Information über die Lage von Raman-Peaks unterschiedlicher Zelltypen eines autologen dermo-epidermaler Hautersatzes umfassen.
Bei dem Verfahren kann die Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums einen Vergleich mit in einem Speicher hinterlegter Information über die Lage von Raman-Peaks unterschiedlicher Zelltypen eines autologen Knorpelersatzes und/oder Knochenersatzes umfassen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren die Durchführung einer Methode des maschinellen Lernens, insbesondere eine Methode des überwachten Lernens, durch die elektronische Auswerteeinrichtung umfassen, um eine Zuordnung von Raman- Spektren und Zelltypen zu erlernen. Die Zelltypen können Keratinozyten, Melanozy- ten, Fibroblasten und/oder Endothelzellen umfassen. Die Zelltypen können Keratinozyten, Melanozyten, Fibroblasten, Blutgefäßzellen, Haarfollikelzellen, Korneozy- ten, Talgdrüsenzellen und Schweißdrüsenzellen umfassen.
Bei dem Verfahren kann die elektronische Auswerteeinrichtung abhängig von der Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums eine Gesamtanzahl von Zellen in dem Material bestimmen. Dazu kann ein spektrales Gewicht wenigstens eines Raman-Peaks ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann bei dem Verfahren eine Anzahl oder ein Gewicht von Datenpunkten, die mit einer Hauptkomponentenanalyse oder einer anderen Clusteranalyse des wenigstens einen Raman- Spektrums ermittelt werden, bestimmt werden, um die Gesamtanzahl von Zellen eines Zelltyps oder mehrerer unterschiedlicher Zelltypen in dem Material zu bestimmen.
Das Verfahren kann umfassen, dass abhängig von der Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums funktionelle Veränderungen, insbesondere eine Apoptose und/oder Nekrose, wenigstens einer Zellpopulation des Materials erkannt werden. Das bei dem Verfahren überprüfte Material kann ein Transplantat umfassen. Das Transplantat kann gezüchtetes Gewebe, beispielsweise gezüchtete Haut, gezüchteten Knorpel oder gezüchtetes Knochengewebe umfassen. Das bei dem Verfahren überprüfte Material kann künstliche Haut umfassen. Die künstliche Haut kann gezüchtete Haut sein. Die künstliche Haut kann insbesondere ein autologer dermo-epidermaler Hautersatz sein.
Die künstliche Haut kann ein Trägermaterial, insbesondere ein biodegradierbares Trägermaterial, und autologes Zellmaterial umfassen.
Die Verfahren nach Ausführungsbeispielen können fern vom menschlichen oder tierischen Körper ausgeführt werden. Die Vorrichtung nach Ausführungsbeispielen kann für eine Untersuchung des Materials verwendet werden, wobei die Untersu- chung fern vom menschlichen oder tierischen Körper ausgeführt wird.
Das Verfahren kann ein Erzeugen des Materials umfassen, wobei autologe Hautzellen auf oder in ein Trägermaterial, insbesondere eine biodegradierbare Matrix, eingebracht werden.
Die Verfahren nach Ausführungsbeispielen können so ausgestaltet sein, dass die Gewinnung des autologen Hautmaterials nicht Teil der beanspruchten Verfahren ist.
Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen erlauben eine schnelle, markerfreie und zerstörungsfreie Überprüfung eines autologen dermo-epidermalen Hautersatzes oder eines anderen Materials im Hinblick auf seine Eignung zur Verwendung bei einer Transplantation.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert. Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel.
Figur 2 zeigt ein Material, das ein autologer dermo-epidermalen Hautersatz ist, das mit Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen überprüft werden kann.
Figur 3 zeigt beispielhafte Raman-Spektren, die von einer Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel ausgewertet werden.
Figur 4 illustriert eine Verarbeitung erfasster Raman-Spektren durch eine Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel.
Figur 5 zeigt beispielhafte Raman-Spektren, die von einer Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel ausgewertet werden.
Figur 6 zeigt beispielhafte Raman-Spektren, die von einer Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel ausgewertet werden. Figur 7 illustriert die ortsaufgelöste Erfassung von Raman-Spektren nach einem Ausführungsbeispiel.
Figur 8 illustriert die ortsaufgelöste Erfassung von Raman-Spektren nach einem Ausführungsbeispiel.
Figur 9 illustriert in unterschiedlichen Tiefen des Materials erfasste Raman-Spektren. Figur 10 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel. Figur 1 1 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel. Figur 12 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel. Figur 13 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens nach einem Ausführungsbeispiel.
Figur 14 zeigt beispielhafte Raman-Spektren, die von einer Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel erfasst und ausgewertet werden.
Figur 15 illustriert eine Verarbeitung erfasster Raman-Spektren durch eine Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel.
Figur 16 zeigt beispielhafte Raman-Spektren, die von einer Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel erfasst und ausgewertet wird.
Figur 17 illustriert eine Verarbeitung erfasster Raman-Spektren durch eine Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel. Figur 18 zeigt ein beispielhaftes Raman-Spektren, das von einer Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel erfasst und ausgewertet wird.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN Ausführungsbeispiele werden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben, in denen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Merkmale bezeichnen. Die Merkmale der verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, sofern dies in der nachfolgenden Beschreibung nicht ausdrücklich ausgeschlossen ist.
Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen können zur Untersuchung eines Materials eingesetzt werden um zu bestimmen, ob das Material zur Verwendung bei einer Transplantation geeignet ist. Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen können zur automatischen Überprüfung eines autologen gezüch- teten Transplantats eingesetzt werden.
Während nachfolgend Vorrichtungen und Verfahren im Kontext von Techniken zur Überprüfung von Material zur Verwendung als Hauttransplantat beschrieben werden, sind die Ausführungsbeispiele nicht hierauf beschränkt. Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen können allgemein eingesetzt werden, um unterschiedliche Arten von gezüchtetem Gewebe auf seine Eignung für die Verwendung als Transplantat zu überprüfen. Weitere Beispiele für derartiges Gewebe umfassen Knorpelgewebe oder Knochengewebe.
Bei Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen wird wenigstens ein Raman-Spektrum eines Materials erfasst. Das Material kann beispielsweise gezüchtet Haut sein. Das Material kann ein autologer dermo-epidermalen Hautersatz, ins- besondere ein autologer dermo-epidermaler Hautgraft sein. Das Material kann ein Trägermaterial, beispielsweise eine biodegradierbare Matrix, und autologe Hautzellen umfassen. Das wenigstens eine Raman-Spektrum wird ausgewertet, um eine Information zu erhalten, von der die Eignung des Materials zur Verwendung bei einer Hauttransplantation abhängt. Die Information kann die Anzahl von Zellen eines oder mehrerer Zelltypen und/oder Quotienten der Anzahl mehrerer Zelltypen umfassen.
Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 nach einem Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 1 ist eingerichtet, um ein Material 9 mit Raman- Spektroskopie zu untersuchen und anhand eines oder mehrerer erfasster Raman- Spektren eine Information zu ermitteln, von der abhängt, ob das Material 9 zur Verwendung bei einer Hauttransplantation geeignet ist. Die entsprechende Überprüfung des Materials 9 erfolgt anhand wenigstens eines Raman-Spektrums, das die Vorrichtung 1 erfasst und automatisch auswerten kann. Das Material 9 kann auf einem Träger 19 angebracht sein, um das wenigstens eine Raman-Spektrum zu erfassen.
Die Vorrichtung 1 umfasst ein Raman-Spektroskopiesystem 10 und eine Auswerteeinrichtung 20. Das Raman-Spektroskopiesystem 10 ist eingerichtet, um ein Raman-Spektrum des Materials 9 zu erfassen. Das Material 9 kann ein autologer dermo-epidermaler Hautersatz, insbesondere ein autologer dermo-epidermaler Haut- graft sein. Die Gewinnung der autologen Hautzellen ist nicht Gegenstand der Verfahren nach Ausführungsbeispielen ist. Das Raman-Spektroskopiesystem 10 umfasst einen Lichtquelle 1 1 . Die Lichtquelle 1 1 kann ein Laser sein kann. Der Laser kann eine zellschonende Laserwellenlänge aufweisen. Die Laserwellenlänge kann 785 nm betragen. Die Lichtquelle 1 1 ist eingerichtet, um einen Anregungsstrahl 17 auszugeben. Ein Ramanspektrometer 14 emp- fängt an des Materials 9 durch Stokes-Prozesse und/oder Anti-Stokes-Prozesse gestreutes Licht 18. Das Ramanspektrometer 14 kann ein diffraktives Element 15 und einen Bildsensor 16 umfassen, um das Raman-Spektrum des Materials 9 zu erfassen. Das Raman-Spektroskopiesystem 10 kann in an sich bekannter Weise weitere Elemente umfassen, beispielsweise fokussierende optische Elemente 12, 13, die als Linsen ausgestaltet sein können, und/oder Blenden.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine Auswerteeinrichtung 20. Die Auswerteeinrichtung 20 kann ein Computer sein oder kann einen Computer umfassen. Die Auswerteeinrichtung 20 ist mit dem Raman-Spektroskopiesystem 10 gekoppelt. Die Auswerteeinrich- tung 20 kann die Erfassung des Raman-Spektrums durch das Raman- Spektroskopiesystem 10 steuern. Die Auswerteeinrichtung 20 kann das Raman- Spektroskopiesystem 10 so steuern, dass Raman-Spektren ortsaufgelöst an mehreren Stellen des Materials 9 erfasst werden. Die Auswerteeinrichtung 20 weist eine Schnittstelle 21 auf, um Daten von dem Bildsensor 16 des Raman-Spektroskopiesystems 10 zu empfangen. Die Auswerteeinrichtung weist eine integrierte Halbleiterschaltung 22 auf, die einen Prozessor oder Controller umfassen kann und die eingerichtet ist, um das erfasste Raman- Spektrum auszuwerten. Die integrierte Halbleiterschaltung 22 ist eingerichtet, um anhand des wenigstens einen Raman-Spektrums eine Information zu ermitteln, die einen Einfluss darauf hat, ob das Material 9 bereits oder noch zur Verwendung bei der Hauttransplantation geeignet ist.
Die Auswerteeinrichtung 20 kann nach Ausführung einer Auswertung mehrerer Ra- man-Spektren, mit der das Trägermaterial eines gezüchteten Gewebes und/oder die Zellen des gezüchteten Gewebes bewertet wurde, eine Information ausgeben, ob das gezüchtete Gewebe für eine Transplantation geeignet ist. Diese Information kann eine binäre Information sein, die in Art einer„Ja oder Nein" - Angabe definiert, ob das gezüchtete Gewebe als Transplantat verwendbar ist.
Wie unter Bezugnahme auf Figur 2 bis Figur 13 ausführlicher beschrieben wird, kann die integrierte Halbleiterschaltung 22 eingerichtet sein, um die Anwesenheit oder Abwesenheit bestimmter Raman-Peaks zu erkennen oder das spektrale Gewicht von Raman-Peaks zu bestimmen, die mit unterschiedlichen Zelltypen des autologen dermo-epidermalen Hautersatzes zusammenhängen. Die integrierte Halbleiterschaltung 22 kann beispielsweise eingerichtet sein, um durch Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums quantitativ zu ermitteln, ob und in welcher Anzahl in einem Volumen des Materials 9 Keratinozyten, Melanozyten, Fibroblasten und/oder En- dothelzellen vorhanden sind.
Das Material 9 kann auch Blut- und/oder Lymphgefäße umfassen. Die integrierte Halbeiterschaltung 22 kann eingerichtet sein, um durch Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums quantitativ zu ermitteln, ob und in welcher Anzahl in einem Volumen des Materials 9 Blutgefäßzellen, Haarfollikelzellen, Korneozyten, Talgdrüsenzellen und/oder Schweißdrüsenzellen vorhanden sind. Die integrierte Halbleiterschaltung 22 kann eingerichtet sein, um für das Material 9 örtliche Veränderungen von Raman-Signalen zu bestimmen, die unterschiedlichen Zellpopulationen zugeordnet sind. Auf diese Weise kann die Zusammensetzung des Materials 9 ortsaufgelöst bestimmt werden. Die ortsaufgelöste Bestimmung der Zusammensetzung kann zerstörungsfrei erfolgen.
Die integrierte Halbleiterschaltung 22 kann unterschiedliche Zelltypen, beispielsweise Keratinozyten, Melanozyten, Fibroblasten und/oder Endothelzellen anhand der Lage von Raman-Peaks für die entsprechenden Zellen erkennen. Information über die Lage und/oder das spektrale Gewicht unterschiedlicher Raman-Peaks für die unter- schiedlichen Zelltypen eines autologen dermo-epidermalen Hautersatzes können nichtflüchtig in einem Speicher der Vorrichtung 1 gespeichert sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Information über die Lage und/oder das spektrale Gewicht unterschiedlicher Raman-Peaks für die unterschiedlichen Zelltypen eines autologen der- mo-epidermalen Hautersatzes von der Vorrichtung 1 durch Methoden des beaufsichtigten Lernens („Supervised Learning") oder anderer Techniken des maschinellen Lernens ermittelt werden. Die integrierte Halbleiterschaltung 22 kann erfasste Raman-Spektren auf unterschiedliche Weise verarbeiten. Beispielsweise können statistische Methoden, z.B. eine Hauptkomponentenanalyse oder andere Clusteranalysetechniken verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ können Raman-Spektren mit Referenzdaten verglichen werden, um zu bestimmen, welche Zelltypen vorhanden sind und um Ver- hältnisse unterschiedlicher Zelltypen zu bestimmen.
Die Auswerteeinrichtung 20 kann einen Speicher 23 umfassen, in dem die Referenzdaten 24 hinterlegt sind, die die integrierte Halbleiterschaltung 22 bei der Auswertung des Raman-Spektrums mit verwenden kann.
Die Auswerteeinrichtung 20 kann eine optische und/oder akustische Ausgabeeinheit 25 umfassen, über die abhängig von der Analyse des wenigstens einen Raman- Spektrums Information ausgegeben wird, die anzeigt, ob das Material 9 zur Verwendung bei der Hauttransplantation geeignet ist. Es kann Information über die gesamte Anzahl von Zellen wenigstens eines Zelltyps und/oder über Verhältnisse der Anzahl von Zellen unterschiedlicher Zelltypen ausgegeben werden.
Auch wenn die Auswerteeinrichtung 20 und das Raman-Spektroskopiesystem 10 in Figur 1 schematisch als separate Einheiten dargestellt sind, können die Funktionen der Auswerteeinrichtung 20 auch in einem Gehäuse des Raman- Spektroskopiesystems 10 integriert sein. Das Raman-Spektroskopiesystem 10 und die Auswerteeinrichtung 20 können als mobile, insbesondere als tragbare Einheiten ausgestaltet sein. Figur 2 zeigt schematisch ein Material 9, das mit Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen untersucht werden kann. Das Material 9 kann künstlich gezüchtet Haut sein. Das Material 9 kann erzeugt werden, indem Hautzellen entnommen und in eine Matrix oder ein anderes Trägermaterial eingebracht oder aufge- bracht werden. Die Matrix kann ein Hydrogel umfassen. Die Matrix kann Kollagen Typ 1 umfassen. Die autologen Hautzellen können vermehrt werden. Beispielsweise kann das Biopsat in die einzelnen Zelltypen zerlegt, diese vermehrt und dann mithilfe eines extrazellulären Gerüstes wieder zusammengebaut werden. Optional können Pigmentzellen, Blutgefäße und/oder Lymphgefäße in das Material 9 eingefügt sein. Das Material 9 kann, muss jedoch kein autologer dermo-epidermaler Hautersatz sein.
Das Material 9 kann eine Epidermis 31 und eine Dermis 32 umfassen. Die Epidermis 31 kann Keratinozyten 33 umfassen. Die Epidermis kann Melanozyten umfassen. Die Dermis 32 kann Fibroblasten 34 umfassen. Es sollte sich verstehen, dass je nach Ausgestaltung des Materials 9 die Fibroblasten und/oder verschiedene andere Bestandteile des Materials 9 in Hydrogel oder eine andere Matrix eingebettet sein können.
Figur 3 zeigt Raman-Spektren für Zellen unterschiedlicher Zelltypen eines Materials 9, das ein autologer dermo-epidermaler Hautersatz ist. Beispielhaft dargestellt ist ein Teil eines Raman-Spektrums 41 von Keratinozyten und eines Raman-Spektrums 42 von Fibroblasten.
Das Raman-Spektrum 41 der Keratinozyten und das Raman-Spektrum 42 der Fibroblasten unterscheiden sich in der Lage und/oder dem spektralen Gewicht unterschiedlicher Raman-Peaks. Diese Unterschiede können von der Vorrichtung 1 zur automatischen Unterscheidung von Keratinozyten und Fibroblasten verwendet wer- den.
Unterschiedliche Wellenzahlen oder Wellenzahlintervalle können ausgewertet werden, um Keratinozyten und Fibroblasten zu unterscheiden. Beispielsweise weist das Raman-Spektrum 41 der Keratinozyten einen Raman-Peak 44 bei einer Wellenzahl in einem Wellenzahlintervall 47 von 1400 cm-1 bis 1500 cm-1 auf. Eine Analyse des Raman-Spektrums im Wellenzahlintervall 47 erlaubt eine Unterscheidung von Keratinozyten und Fibroblasten. Alternativ oder zusätzlich können andere Wellenzahlintervalle 46, 48 ausgewertet werden. Beispielsweise unterscheidet sich in einem Wel- lenzahlintervall 46 von 1600 cm"1 bis 1670 cm-1 die Intensität des Raman-Signals für Keratinozyten und Fibroblasten. In einem Wellenzahlintervall 48 von 1 100 cm-1 bis 1390 cm-1 unterscheidet sich die Intensität des Raman-Signals für Keratinozyten und Fibroblasten.
Es kann nicht nur die Lage und Intensität von Raman-Peaks 44, 45 eines Raman- Spektrums ausgewertet werden, um Keratinozyten und Fibroblasten zu unterscheiden. Es ist nicht erforderlich, das an dem Material 9 erfasste Raman-Spektrum oder mehrere an dem Material 9 erfasste Raman-Spektren mit Information über Referenz- Spektren von Keratinozyten, Melanozyten, Fibroblasten und/oder Endothelzellen zu vergleichen. Das Raman-Spektrum oder die Raman-Spektren können von der Auswerteeinrichtung 22 weiter verarbeitet werden, um unterschiedliche Zelltypen zu un- terscheiden. Die Auswerteeinrichtung 20 kann beispielsweise eine Clusteranalyse, z.B. eine Hauptkomponentenanalyse der erfassten Raman-Spektren ausführen. Das Ergebnis der Clusteranalyse kann verwendet werden, um Keratinozyten, Melanozyten, Fibroblasten und/oder andere Zellen des Materials 9 zu unterscheiden. Das Ergebnis der Clusteranalyse kann verwendet werden, um quantitative Anteile von Keratinozyten, Melanozyten, Fibroblasten und/oder andere Zellen des Materials 9 zu bestimmen.
Zur Unterscheidung unterschiedlicher Zelltypen kann allgemein das Raman- Spektrum jeder Zelle, an der die Messung ausgeführt wird, eine Anzahl N von Intensitäten bei unterschiedlichen Wellenlängen umfassen. Die Anzahl N kann größer als eins, insbesondere viel größer als eins sein. Durch eine hierarchische Clusterung, beispielsweise in einem N-dimensionalen Raum, kann ausgenutzt werden, dass in diesem Raum biochemisch ähnliche Zellen näher beieinander liegen als biochemisch entfernte Zellen. Durch die hierarchische Clusterung können Zellen, die nahe beieinander liegen und somit ein Cluster bilden, von Zellen, die weiter voneinander entfernt liegen, unterschieden werden. Die Zellen werden aufgrund ihrer Lage im Datenraum in natürliche Gruppen oder Cluster sortiert. Auf diese Weise kann eine Mehrzahl von Klassen oder Clustern identifiziert werden. Durch den Vergleich der Spektren in jeder Klasse mit den Spektren bereits identifizierter Zellen, beispielsweise aus einer Reinkultur von Melanozyten oder anderen relevanten Zellen kann jeder Klasse ein Zelltyp zugeordnet werden. Die Anzahl der Zellen in jeder Klasse kann zur quantitativen Bestinnnnung der Mengenverhältnisse verwendet werden. Die Anzahl der Zellen in jeder Klasse geteilt durch die Gesamtzahl der gemessenen Spektren kann dann das Verhältnis des jeweiligen Zelltyps in dem Material quantitativ angeben.
Figur 4 veranschaulicht beispielhafte Ergebnisse einer Clusteranalyse, die von der Auswerteeinrichtung 20 durchgeführt wird, um zu bestimmen, welche Zelltypen in einem Bereich des Materials 9 vorhanden sind. Dabei wird die Hauptkomponentenanalyse für ein Raman-Spektrum oder mehrere Raman-Spektren ausgeführt, die an dem Material 9 erfasst wurden. Die Datenpunkte sind gemäß einem Paar der unterschiedliche Hauptkomponenten PC-1 und PC-2 dargestellt. Figur 4 zeigt die Datenpunkte 51 , die Keratinozyten zugeordnet sind, und Datenpunkte 52, die Fibroblasten zugeordnet sind. Das Ergebnis der Clusteranalyse des an dem Material 9 erfassten Raman- Spektrums kann dahingehend ausgewertet werden, ob und wie viele Datenpunkte in unterschiedlichen Regionen 53, 54 des durch mehrere Hauptkomponenten aufgespannten Koordinatensystems liegen. Beispielsweise kann ermittelt werden, wie viele Datenpunkte in einer Region 53 liegen, die Keratinozyten zugeordnet ist. Es kann ermittelt werden, wie viele Datenpunkte in einer Region 54 liegen, die Keratinozyten zugeordnet ist. Es kann ermittelt werden, wie viele Datenpunkte in weiteren Regionen des durch mehrere Hauptkomponenten aufgespannten Koordinatensystems liegen, die Melanozyten oder anderen zellulären Bestandteilen des Materials 9 zugeordnet sind.
Wie aus Figur 4 erkennbar, verschieben sich die durch die Hauptkomponentenanalyse gewonnenen Datenpunkte abhängig davon, welche Zelltypen vorhanden sind und wie groß der Anteil von Keratinozyten, Fibroblasten oder anderen Bestandteilen wie Melanozyten jeweils ist. Entsprechend kann die Auswerteeinrichtung 20 anhand der Hauptkomponentenanalyse eines Raman-Spektrums oder mehrerer Raman- Spektren automatisch bestimmen, welche Zelltypen vorhanden sind und/oder welcher Anteil der Zellen zu den unterschiedlichen Zelltypen gehört.
Figur 5 zeigt Raman-Spektren für Zellen unterschiedlicher Zelltypen eines Materials 9, das ein autologer dermo-epidermaler Hautersatz ist. Beispielhaft dargestellt ist ein Teil eines Raman-Spektrums 61 von Melanozyten und eines Raman-Spektrums 62 von Fibroblasten.
Das Raman-Spektrum 61 der Melanozyten und das Raman-Spektrum 62 der Fibroblasten unterscheiden sich in der Lage und/oder dem spektralen Gewicht unterschiedlicher Raman-Peaks. Diese Unterschiede können von der Vorrichtung 1 zur automatischen Unterscheidung von Melanozyten und Fibroblasten verwendet wer- den.
Unterschiedliche Wellenzahlen oder Wellenzahlintervalle können ausgewertet werden, um Melanozyten und Fibroblasten zu unterscheiden. Beispielsweise weist das Raman-Spektrum 62 der Fibroblasten einen Raman-Peak bei einer Wellenzahl 63 in einem Wellenzahlintervall 66 von 1000 cm-1 bis 1 150 cm-1 auf. Eine Analyse des Raman-Spektrums im Wellenzahlintervall 66 erlaubt eine Unterscheidung von Melanozyten und Fibroblasten. Alternativ oder zusätzlich können andere Wellenzahlintervalle 67, 68 ausgewertet werden, um Melanozyten und Fibroblasten anhand von Raman-Peaks bei unterschiedlichen Wellenzahlen 64, 65 zu unterscheiden. Bei- spielsweise unterscheidet sich in einem Wellenzahlintervall 67 von 1450 cm-1 bis 1550 cm-1 die Intensität des Raman-Signals für Melanozyten und Fibroblasten. In einem Wellenzahlintervall 68 von 1575 cm-1 bis 1640 cm-1 unterscheidet sich die Intensität des Raman-Signals für Melanozyten und Fibroblasten. Es kann nicht nur die Lage und Intensität von Raman-Peaks eines Raman- Spektrums ausgewertet werden, um Melanozyten und Fibroblasten zu unterscheiden. Die Vorrichtung 1 kann das Verhältnis der an zwei unterschiedlichen Raman- Peaks gemessenen Intensitäten verwenden, um auf den Anteil von Melanozyten und Fibroblasten zu schließen.
Eine Vielzahl anderer Wellenzahlintervall kann zur Unterscheidung von Keratinozy- ten, Melanozyten, Fibroblasten und/oder andere Zellen des Materials 9 verwendet werden.
Figur 6 zeigt Raman-Spektren für Zellen unterschiedlicher Zelltypen eines Materials 9, das ein autologer dermo-epidermaler Hautersatz ist. Beispielhaft dargestellt ist ein Teil eines Raman-Spektrums 61 von Melanozyten und eines Raman-Spektrums 62 von Fibroblasten.
Das Raman-Spektrum 61 der Melanozyten weist in einem Wellenzahlintervall von 2350 cm-1 bis 2650 cm-1 Raman-Peaks bei Wellenzahlen 73, 74 auf, während das Raman-Spektrum 62 der Fibroblasten dort keine signifikanten Raman-Peaks aufweist. Beispielsweise kann das Raman-Spektrum 61 der Melanozyten Raman-Peaks in einem Wellenzahlintervall 75 von 2400 cm-1 bis 2450 cm-1 einen Raman-Peak bei einer Wellenzahl 73 aufweisen. Das Raman-Spektrum 61 der Melanozyten kann in einem Wellenzahlintervall 76 von 2500 cm-1 bis 2560 cm-1 einen Raman-Peak bei einer Wellenzahl 74 aufweisen.
Wie bereits erläutert, ist es möglich, aber nicht unbedingt erforderlich, das an dem Material 9 erfasste Raman-Spektrum oder mehrere an dem Material 9 erfasste Raman-Spektren mit Information über Referenz-Spektren von Keratinozyten, Melanozy- ten, Fibroblasten und/oder Endothelzellen zu vergleichen. Das Raman-Spektrum o- der die Raman-Spektren können von der Auswerteeinrichtung 22 weiter verarbeitet werden, um unterschiedliche Zelltypen zu unterscheiden. Die Auswerteeinrichtung 20 kann beispielsweise eine Clusteranalyse, z.B. eine Hauptkomponentenanalyse des erfassten Raman-Spektrums ausführen. Das Ergebnis der Clusteranalyse kann ver- wendet werden, um Keratinozyten, Melanozyten, Fibroblasten und/oder andere Zellen des Materials 9 zu unterscheiden. Die Erfassung von Raman-Spektren kann an dem Material 9 ortsaufgelöst erfolgen. Dabei kann die Erfassung an mehreren Positionen erfolgen, die auf einer Oberfläche des Materials 9, beispielsweise auf der Epidermis-Schicht, angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich erlaubt die Raman-Spektroskopie auch die Erfassung in unter- schiedlichen Tiefen des Materials 9, ohne das Material 9 hierfür zerstören zu müssen. Die Punkte, an denen jeweils ein Raman-Spektrum oder mehrere Raman- Spektren erfasst wird bzw. werden, können ein reguläres oder irreguläres Gitter definieren. Figur 7 zeigt eine Erfassung von Raman-Spektren an einer Mehrzahl von Bereichen 80. An der Mehrzahl von Bereichen 80, die als Punkte bzw. gefüllte Kreise dargestellt sind 81 -84, kann jeweils wenigstens ein Raman-Spektrum erfasst werden. Zur Verbesserung der Statistik können an jedem der Punkte auch mehrere Raman-Spektren erfasst werden. Die Signalerfassung und Relativbewegung zwischen einem Objekt- träger und optischen Komponenten des Raman-Spektroskopiesystems kann von der Auswerteeinrichtung 20 automatisch gesteuert werden. Beispielsweise können an mehreren voneinander getrennten kleinen Bereichen 81 -84 jeweils Raman-Spektren erfasst werden. Auch wenn in Figur 7 schematisch eine reguläre Anordnung von Punkten dargestellt ist, an denen die Raman-Spektren erfasst werden, kann die Erfassung auch an einer irregulären Anordnung von Punkten erfolgen. Es können unterschiedliche Muster von Punkten definiert werden, an denen die Raman-Spektroskopie jeweils ausgeführt werden soll. Wenigstens einige der Punkte 81 -84 können benutzerdefiniert festlegbar sein. Die Auswerteeinrichtung 20 kann eine entsprechende Eingabeschnittstelle umfassen, mit der eine benutzerdefinierte Festlegung derjenigen Punkte ermöglicht wird, an denen jeweils ein Raman-Spektrum erfasst werden soll.
Die ortsaufgelöste Erfassung der Raman-Spektren kann in größeren Abständen er- folgen. Nach Ausführungsbeispielen kann die ortsaufgelöste Erfassung von wenigstens zwei Raman-Spektren aber auch an subzellulären Strukturen erfolgen. Es können wenigstens zwei Raman-Spektren an unterschiedlichen subzellulären Bereichen, beispielsweise für Zellkerne und Zytoplasma, in dem Material 9 erfasst und von der Auswerteeinrichtung 20 ausgewertet werden.
Durch Erfassung der Raman-Spektren an mehreren Bereichen 81 -84 der Probe kann die Anzahl von Zellen eines oder mehrerer Zelltypen quantitativ ermittelt werden. Beispielsweise können die Keratinozyten, Melanozyten und/oder Fibroblasten gezählt werden, die pro Fläche vorhanden sind.
Figur 8 illustriert Punkte 91 , 92, an denen die Signalerfassung durch Raman- Spektroskopie erfolgen kann. Die Signalerfassung durch die Raman-Spektroskopie erlaubt die Überprüfung des Materials 9 in unterschiedlichen Tiefen 93, 94 des Materials 9, ohne das Material 9 hierfür zerstören zu müssen. Die Punkte 91 , 92, an denen jeweils ein Raman-Spektrum oder mehrere Raman-Spektren erfasst wird bzw. werden, können ein reguläres oder irreguläres Gitter definieren und können in unter- schiedlichen Abständen 93, 94 von der Oberfläche des Materials 9 angeordnet sein.
Unterschiedliche Zelltypen können auch in unterschiedlichen Tiefen unter Verwendung der Raman-Spektroskopiesystems der Vorrichtung 1 noch zuverlässig identifiziert werden.
Figur 9 zeigt Raman-Spektren 101 bis 107, die an einem Material 9 aus Fibroblasten in Tiefen unterschiedlichen Tiefen erfasst wurden. Das Raman-Spektrum 101 wurde an der Oberfläche eines aus Fibroblasten bestehenden Materials 9 erfasst. Das Raman-Spektrum 102 wurde in einer Tiefe von 40 μηη von der Oberfläche des Materials 9 erfasst. Das Raman-Spektrum 103 wurde in einer Tiefe von 130 μηη von der Oberfläche des Materials 9 erfasst. Das Raman-Spektrum 104 wurde in einer Tiefe von 170 μΐη von der Oberfläche des Materials 9 erfasst. Das Raman-Spektrum 105 wurde in einer Tiefe von 200 μηη von der Oberfläche des Materials 9 erfasst. Das Raman-Spektrum 106 wurde in einer Tiefe von 220 μηη von der Oberfläche des Materi- als 9 erfasst. Das Raman-Spektrum 107 wurde in einer Tiefe von 260 μηη von der Oberfläche des Materials 9 erfasst. Die charakteristischen Strukturen des Raman-Spektrums für Fibroblasten können auch in unterschiedlichen Tiefen 93, 94 des Materials 9 zuverlässig identifiziert werden. Die Ermittlung unterschiedlicher Zellpopulationen, d.h. die Ermittlung der absoluten oder relativen Anzahl von Zellen unterschiedlicher Zelltypen unter Verwendung von Raman-Spektroskopie, kann nicht nur an der Oberfläche, sondern auch in einem dreidimensionalen Material 9 ausgeführt werden.
Figur 10 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1 10 nach einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 1 10 kann von der Vorrichtung 1 ausgeführt werden.
Bei Schritt 1 1 1 wird wenigstens ein Raman-Spektrum des Materials 9 erfasst. Die Lichtquelle 1 1 wird so gesteuert, dass ein Anregungsstrahl 17 erzeugt wird. Es können auch mehrere Raman-Spektren erfasst werden. Beispielsweise können mehrere Raman-Spektren an unterschiedlichen Positionen derselben Probe oder an unter- schiedlichen Proben erfasst werden, um Zellpopulationen unterschiedlicher Zelltypen zu bestimmen.
Bei Schritt 1 12 wertet die Auswerteeinrichtung 20 das erfasste Raman-Spektrum aus. Dabei kann die Auswerteeinrichtung 20 wenigstens einen Raman-Peak erken- nen, der für einen von mehreren unterschiedlichen Zellpopulationen des Materials 9 charakteristisch ist. Die Auswerteeinrichtung 20 kann wenigstens einen Raman-Peak erkennen, der für Keratinozyten, Melanozyten und/oder Fibroblasten charakteristisch ist. Die Auswerteeinrichtung 20 kann alternativ oder zusätzlich wenigstens einen Raman-Peak erkennen, der für Blutgefäßzellen, Haarfollikelzellen, Korneozyten, Talgdrüsenzellen und Schweißdrüsenzellen charakteristisch ist. Die Auswerteeinrichtung 20 kann eine Clusteranalyse an erfassten Raman-Spektren ausführen, um zu ermitteln, welche Zelltypen vorhanden sind und/oder in welcher relativen Anzahl unterschiedliche Zelltypen vorhanden sind. Bei Schritt 1 13 kann optional Information, die für die Verwendbarkeit des Materials 9 zur Transplantation relevant ist, gespeichert oder ausgegeben werden. Beispielsweise kann Information über die Zellenanzahl und/oder die relative Anzahl unterschiedliche Zelltypen angegeben werden. Figur 1 1 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 120 nach einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 120 kann von der Vorrichtung 1 ausgeführt werden. Das Verfahren 120 kann zur Ermittlung von Information, die die Verwendbarkeit des Materials 9 zur Transplantation betrifft, verwendet werden.
Das Verfahren 120 kann die Erfassung wenigstens eines Raman-Spektrums umfassen, wie für Schritt 1 1 1 erläutert wurde. Bei Schritt 121 kann die Auswerteeinrichtung 20 das wenigstens eine erfasste Ra- man-Spektrum auswerten, um eine Gesamtanzahl von Zellen eines Zelltyps oder die Gesamtanzahl von Zellen unterschiedlicher Zelltypen in dem Material 9 oder einem Teilbereich des Materials 9 zu ermitteln. Beispielsweise kann die Anzahl von Fibroblasten, von Keratinozyten und/oder von Melanozyten in einem Teilvolumen oder einer Oberfläche des Materials 9 ermittelt werden, indem das Raman-Spektrum ausgewertet wird. Es können ortsaufgelöst mehrere Raman-Spektren erfasst werden, um eine Zählung von Zellen unterschiedlicher Zelltypen vorzunehmen. Zur Zählung können spektrale Gewichte, Intensitäten und/oder die Lage von Datenpunkten bei einer Clusteranalyse ausgewertet werden, um die Gesamtanzahl von Zellen eines Zelltyps oder die Gesamtanzahl von Zellen unterschiedlicher Zelltypen in dem Material 9 oder einem Teilbereich des Materials 9 zu ermitteln.
Bei Schritt 122 kann die Auswerteeinrichtung 20 ein Verhältnis einer Anzahl von Zellen eines ersten Zelltyps zu Zellen eines zweiten Zelltyps ermitteln. Die Auswerteein- richtung kann spektrale Gewichte, Intensitäten und/oder die Lage von Datenpunkten bei einer Clusteranalyse verwenden, um Information über die relative Größe unterschiedlicher Zellpopulationen zu erhalten. Die unterschiedlichen Zellpopulationen können ausgewählt sein aus einer Gruppe bestehend aus Keratinozyten, Melanozyten, Fibroblasten, Blutgefäßzellen, Haarfollikelzellen, Korneozyten, Talgdrüsenzellen und Schweißdrüsenzellen.
Bei Schritt 123 kann die Auswerteeinrichtung 20 optional aus den Raman-Spektren ermitteln, ob Zellen einer oder mehrerer Zellpopulationen funktionellen Veränderun- gen unterliegen, die ihre Eignung für die Transplantation verringern. Beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung 20 ermitteln, ob Zellen einer oder mehrerer Zellpopulationen, beispielsweise Keratinozyten, Melanozyten, Fibroblasten, Blutgefäßzellen, Haarfollikelzellen, Korneozyten, Talgdrüsenzellen und/oder Schweißdrüsenzellen, durch Apoptose oder Nekrose in ihrer Funktion beeinträchtigt sind.
Eine Ermittlung einer derartigen funktionellen Veränderung kann beispielsweise anhand einer Verschiebung der Datenpunkte, die bei einer Hauptkomponentenanalyse oder einer anderen Clusteranalyse gewonnen werden, gegenüber gesunden, funkti- onsfähigen Zellen erkannt werden. Anhand des Anteils von Datenpunkten, die außerhalb der Regionen 53, 54 für funktionsfähige Zellen liegen, kann ermittelt werden, ob Keratinozyten, Melanozyten, Fibroblasten, Blutgefäßzellen, Haarfollikelzellen, Korneozyten, Talgdrüsenzellen und/oder Schweißdrüsenzellen funktionellen Veränderungen unterliegen.
Figur 12 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 130 nach einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 130 kann von der Vorrichtung 1 ausgeführt werden. Das Verfahren 130 kann zur Ermittlung von Information, die die Verwendbarkeit des Materials 9 zur Transplantation betrifft, verwendet werden.
Das Verfahren 130 kann die Erfassung wenigstens eines Raman-Spektrums umfassen, wie für Schritt 1 1 1 erläutert wurde.
Bei Schritt 131 kann die Auswerteeinrichtung 20 das wenigstens eine erfasste Ra- man-Spektrum auswerten, um eine Gesamtanzahl von Fibroblasten in dem Material 9 oder einem Teilbereich des Materials 9 zu ermitteln. Zur Zählung der Anzahl von Fibroblasten können spektrale Gewichte, Intensitäten und/oder die Lage von Datenpunkten bei einer Clusteranalyse ausgewertet werden, um die Gesamtanzahl von Fibroblasten in dem Material 9 oder einem Teilbereich des Materials 9 zu ermitteln.
Bei Schritt 132 kann die Auswerteeinrichtung 20 ein Verhältnis einer Anzahl von Keratinozyten zu einer Anzahl von Melanozyten ermitteln. Die Auswerteeinrichtung kann spektrale Gewichte, Intensitäten und/oder die Lage von Datenpunkten bei einer Clusteranalyse verwenden, um Information über die relative Größe der Zellpopulationen für Keratinozyten und Melanozyten zu erhalten.
Referenzdaten, die die Auswerteeinrichtung 20 zur Auswertung der am Material 9 erfassten Raman-Spektren verwendet, können nicht-flüchtig in dem Speicher 23 gespeichert sein. Die Vorrichtung 1 kann alternativ oder zusätzlich auch für Techniken des maschinellen Lernens eingerichtet sein, um die Kriterien zu erlernen, anhand derer unterschiedliche Zelltypen basierend auf Raman-Spektren unterschieden werden können, wie unter Bezugnahme auf Figur 13 näher beschrieben wird.
Die Überprüfung von Material auf seine Eignung zur Transplantation kann in unterschiedlichen Verfahrensstadien eines Prozesses zur Herstellung eines autologen dermo-epidermalen Hautersatzes erfolgen. Die Überprüfung kann mehrfach sequentiell erfolgen.
Beispielsweise kann mit Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen überprüft werden, ob Zellen zur Kultivierung geeignet sind, um einen Hautersatz zu erzeugen. Dazu kann das wenigstens eine Raman-Spektrum an Zellen erfasst werden, bevor diese in ein Trägermaterial, beispielsweise eine Matrix, ein- oder aufge- bracht werden. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Erkennung unterschiedlicher Zelltypen, eine quantitative Erfassung relativer Mengenverhältnisse unterschiedlicher Zelltypen und/oder eine Erkennung funktioneller Beeinträchtigungen einer oder mehrerer Zelltypen erfolgen. Dazu kann beispielsweise das erfasste Raman- Spektrum mit einem oder mehreren Referenz-Spektren abgeglichen werden. Es können Analysetechniken wie eine Clusteranalyse verwendet werden, um eine Erkennung unterschiedlicher Zelltypen, eine quantitative Erfassung relativer Mengenverhältnisse unterschiedlicher Zelltypen und/oder eine Erkennung funktioneller Beeinträchtigungen einer oder mehrerer Zelltypen auszuführen. Alternativ oder zusätzlich kann mit Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen überprüft werden, ob ein Trägermaterial, beispielsweise eine Matrix, zur Herstellung eines Hautersatzes geeignet ist. Dazu kann das wenigstens eine Raman-Spektrum an der Matrix erfasst werden, bevor Hautzellen in diese ein - oder aufgebracht werden. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Erkennung, ob das Material der Matrix einem gewünschten Material, z.B. Collagen, entspricht, und/oder eine Erkennung von Verunreinigungen erfolgen. Dazu kann beispielsweise das er- fasste Raman-Spektrum mit einem oder mehreren Referenz-Spektren abgeglichen werden. Es können Analysetechniken wie eine Clusteranalyse verwendet werden, um eine Erkennung des Materials der Matrix, eine Erkennung der Dichte der Matrix und/oder eine qualitative und/oder quantitative Erfassung von Verunreinigungen auszuführen. Alternativ oder zusätzlich kann mit Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen überprüft werden, ob ein Hautersatz, der aus in ein Trägermaterial, beispielsweise eine Matrix, ein- oder aufgebrachte Zellen gezüchtet wird, für die Transplantation geeignet ist. Dazu können unterschiedliche Zelltypen erkann werden. Es kann eine quantitative Auswertung der Anteile unterschiedlicher Zelltypen erfolgen. Es kann eine Erkennung funktioneller Beeinträchtigungen von Zellen eines oder mehrerer unterschiedlicher Zelltypen erfolgen. Das erfasste wenigstens eine Raman- Spektrum kann hierzu mit einem oder mehreren Referenz-Spektren abgeglichen werden. Alternativ oder zusätzlich können Analysetechniken wie eine Clusteranalyse eingesetzt werden. Es können alternativ oder zusätzlich Verunreinigungen der Zell- populationen mit Fremdzellen in dem gezüchteten Gewebe durch Auswertung der Raman-Spektren bestimmt werden.
Figur 13 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 140 nach einem Ausführungsbeispiel. Das Verfahren 140 kann von der Vorrichtung 1 ausgeführt werden. Das Verfah- ren 140 kann zur Ermittlung von Information, die die Verwendbarkeit des Materials 9 zur Transplantation betrifft, verwendet werden. Regeln, nach denen die Verwendbarkeit des Materials 9 beurteilt wird, können von der Vorrichtung 1 mit einer Methode maschinellen Lernens, insbesondere durch beaufsichtigtes Lernen, automatisch erlernt werden. Die Regeln können nicht-flüchtig in dem Speicher 23 gespeichert wer- den.
Bei Schritt 141 werden mehrere Raman-Spektren erfasst. Die mehreren Raman- Spektren können an Keratinozyten, Melanozyten, Fibroblasten, Blutgefäßzellen, Haarfollikelzellen, Korneozyten, Talgdrüsenzellen und/oder Schweißdrüsenzellen erfasst werden. Die mehreren Raman-Spektren können an einem autologen dermo- epidermalen Hautersatz eines oder mehrerer Patienten erfasst werden. Bei Schritt 142 kann eine Prozedur maschinellen Lernens ausgeführt werden. Die Prozedur kann ein überwachtes Lernen sein. Die Vorrichtung 1 kann dabei für unterschiedliche erfasste Raman-Spektren eine Benutzereingabe erhalten. Die Benutzereingabe kann beispielsweise Raman-Spektren, Raman-Peaks und/oder Cluster einer Clusteranalyse unterschiedlichen zellulären Bestandteilen zuordnen.
Anhand der Benutzereingabe kann die Vorrichtung 1 einen oder mehrere Parameter eines Regelsatzes einstellen, anhand derer die Vorrichtung 1 Raman-Spektren auswertet, um die Eignung des Materials 9 zur Verwendung als Transplantat zu bewerten. Anhand der Benutzereingabe kann die Auswerteeinrichtung 20 beispielsweise einen oder mehrere Parameter einer Stützvektormaschine anpassen, mit der erfasste Raman-Spektren ausgewertet werden, um Information über die Eignung des Materials 9 zur Verwendung als Transplantat zu ermitteln.
Die erlernten Regeln, beispielsweise die Parameter der Stützvektormaschine, kön- nen von der Vorrichtung 1 in dem Speicher 23 gespeichert werden.
Bei Schritt 143 können Raman-Spektren an einem zu prüfenden Material 9 erfasst werden. Bei Schritt 144 können die gespeicherten Regeln auf die erfassten Raman-Spektren angewendet werden. Dies kann beispielsweise wie unter Bezugnahme auf Figur 1 1 oder Figur 12 beschrieben erfolgen. Anhand der Regeln kann aus den erfassten Raman-Spektren ermittelt werden, welche Zelltypen in dem Material 9 vorhanden sind. Anhand der Regeln kann aus den erfassten Raman-Spektren ermittelt werden, in welcher relativen Anzahl Zellen unterschiedlicher Zelltypen in dem Material 9 vorhanden sind. Anhand der Regeln kann aus den erfassten Raman-Spektren ermittelt werden, ob Zellen eines oder mehrerer Zelltypen in dem Material 9 funktionellen Veränderungen gegenüber voll funktionsfähigen Zellen unterliegen. Die Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen können nicht nur zur Untersuchung von Hauttransplantaten, sondern auch zur Untersuchung anderer Gewebe, beispielsweise von Knorpelgewebe und/oder Knochengewebe, auf ihre Eig- nung für eine Transplantation eingesetzt werden.
Die Auswerteeinrichtung einer Vorrichtung nach Ausführungsbeispielen kann eingerichtet sein, um Chondrozyten, Chondroklasten und/oder Chondroblasten zu erkennen. Die Auswerteeinrichtung einer Vorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel kann eingerichtet sein, um eine Anzahl oder Dichte von Chondrozyten, Chondroklasten und/oder Chondroblasten ortsaufgelöst zu bestimmen, um die Eignung eines Materials als Knorpelgewebetransplantat zu untersuchen.
Die Auswerteeinrichtung einer Vorrichtung nach Ausführungsbeispielen kann einge- richtet sein, um phänotypische Veränderungen wenigstens einer Zelle, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Chondrozyten, Chondroklasten und Chondroblasten, durch Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums zu erkennen.
Figur 14 zeigt Raman-Spektren von frischen Chondrozyten und von Chondrozyten nach einer in-vitro-Kultivierung. Beispielhaft dargestellt ist ein Teil eines Raman- Spektrums 151 frischer Chondrozyten und eines Raman-Spektrums 152 von Chondrozyten nach einer mehrtägigen in-vitro-Kultivierung.
Das Raman-Spektrum 151 frischer Chondrozyten und das Raman-Spektrum 152 von Chondrozyten nach einer mehrtägigen in-vitro-Kultivierung unterscheiden sich in der Lage und/oder dem spektralen Gewicht unterschiedlicher Raman-Peaks. Diese Unterschiede können von der Vorrichtung 1 zur automatischen Unterscheidung von frischen Chondrozyten und Chondrozyten nach einer mehrtägigen in-vitro-Kultivierung verwendet werden.
Unterschiedliche Wellenzahlen oder Wellenzahlintervalle können ausgewertet werden, um Chondrozyten auf ihre Eignung zur Verwendung als Transplantat zu untersuchen. Beispielsweise weist das Raman-Spektrum 151 frischer Chondrozyten in einem oder mehreren Spektralbereichen 156, 157 ein anderes spektrales Gewicht auf als das Raman-Spektrum 152 von Chondrozyten nach einer mehrtägigen in-vitro- Kultivierung. Die Wellenzahlintervalle 156, 157 können ein oder mehrere Intervalle umfassen, beispielsweise ein Wellenzahlintervall von 900 cm-1 bis 1000 cm-1, ein Wellenzahlintervall von 950 cm-1 bis 1000 cm-1, ein Wellenzahlintervall von 1 100 cm-1 bis 1200 cm-1 oder ein Wellenzahlintervall von 1 150 cm-1 bis 1200 cm-1. Eine Analyse des Raman-Spektrums in einem oder mehreren der Wellenzahlintervalle 156, 157 erlaubt eine Entscheidung, ob die kultivierten Chondrozyten zur Verwendung als Transplantat geeignet sind.
Es kann nicht nur die Lage und Intensität von Raman-Peaks eines Raman- Spektrums ausgewertet werden, um Zellen oder anderes Material auf die Eignung zur Verwendung als Knorpeltransplantat zu untersuchen. Die Vorrichtung 1 kann das Verhältnis der an zwei unterschiedlichen Raman-Peaks gemessenen Intensitäten verwenden, um Zellen oder anderes Material auf die Eignung zur Verwendung als Knorpeltransplantat zu untersuchen.
Es ist möglich, aber nicht unbedingt erforderlich, das an dem Material erfasste Raman-Spektrum oder mehrere an dem Material erfasste Raman-Spektren mit Informa- tion über Referenz-Spektren von Chondrozyten, Chondroklasten und/oder Chond- roblasten zu vergleichen. Das Raman-Spektrum oder die Raman-Spektren können von der Auswerteeinrichtung 22 weiter verarbeitet werden, um unterschiedliche Zelltypen zu unterscheiden. Die Auswerteeinrichtung 20 kann beispielsweise eine Clus- teranalyse, z.B. eine Hauptkomponentenanalyse des erfassten Raman-Spektrums ausführen. Das Ergebnis der Clusteranalyse kann verwendet werden, um Chondrozyten, Chondroklasten und Chondroblasten zu unterscheiden. Das Ergebnis der Clusteranalyse kann auch verwendet werden, um phänotypische Veränderungen von Chondrozyten, Chondroklasten und Chondroblasten zu erkennen. Figur 15 veranschaulicht beispielhafte Ergebnisse einer Clusteranalyse, die von der Auswerteeinrichtung 20 durchgeführt wird, um phänotypische Veränderungen von Chondrozyten zu erkennen. Dabei wird die Hauptkomponentenanalyse für ein Raman-Spektrum oder mehrere Raman-Spektren ausgeführt, die an dem Material er- fasst wurden. Die Datenpunkte sind gemäß einem Paar der unterschiedliche Hauptkomponenten PC-1 und PC-2 dargestellt. Figur 15 zeigt die Datenpunkte 161 , die frischen Chondrozyten zugeordnet sind, und Datenpunkte 162, die Chondrozyten mit phänotypischen Veränderungen zugeordnet sind.
Das Ergebnis der Clusteranalyse des an dem Material erfassten Raman-Spektrums kann dahingehend ausgewertet werden, ob und wie viele Datenpunkte in unterschiedlichen Regionen 163, 164 des durch mehrere Hauptkomponenten aufgespannten Koordinatensystems liegen. Beispielsweise kann ermittelt werden, wie viele Da- tenpunkte in einer Region 163 liegen, die frischen Chondrozyten zugeordnet ist. Es kann ermittelt werden, wie viele Datenpunkte in einer Region 164 liegen, die Chondrozyten mit phänotypischen Veränderungen zugeordnet ist. Es kann ermittelt werden, wie viele Datenpunkte in weiteren Regionen des durch mehrere Hauptkomponenten aufgespannten Koordinatensystems liegen, die anderen zellulären Bestandteilen des Materials 9 zugeordnet sind, beispielsweise Chondroklasten und/oder Chondroblas- ten.
Wie aus Figur 15 erkennbar, verschieben sich die durch die Hauptkomponentenanalyse gewonnenen Datenpunkte abhängig davon, ob das Material frische Chondrozy- ten oder im Vergleich dazu phänotypisch veränderte Chondrozyten aufweist. Entsprechend kann die Auswerteeinrichtung 20 anhand der Hauptkomponentenanalyse eines Raman-Spektrums oder mehrerer Raman-Spektren automatisch bestimmen, welche Zelltypen vorhanden sind und/oder welcher Anteil der Zellen Veränderungen unterliegt.
Raman-Spektroskopie kann ebenfalls verwendet werden, um krankheitsinduzierte Veränderungen von Knorpelzellen zu entdecken, um die Verwendbarkeit als Transplantat zu beurteilen. Figur 16 zeigt ein Teil eines Raman-Spektrums 171 von primären Chondrozyten und ein Teil eines Raman-Spektrums 172 von aus humanen Chondrosarkomzellen (SW1353) abgeleiteten Zellen. Das Raman-Spektrum 171 von primären Chondrozyten und das Raman-Spektrum 72 von aus humanen Chondrosarkomzellen (SW1353) abgeleiteten Zellen unterscheiden sich in der Intensität unterschiedlicher Raman-Peaks. Diese Unterschiede können von der Vorrichtung 1 zur automatischen Unterscheidung beispielsweise krankheitsinduzierter Veränderungen verwendet werden.
Unterschiedliche Wellenzahlen oder Wellenzahlintervalle können ausgewertet werden, um Chondrozyten auf ihre Eignung zur Verwendung als Transplantat zu untersuchen. Beispielsweise kann das Raman-Spektrum 171 von für eine Transplantation geeigneten Chondrozyten in einem oder mehreren Spektralbereichen 176, 177 eine andere Intensität aufweisen als das Raman-Spektrum 172 von Zellen, die krankheits- induzierte Veränderungen unterliegen. Die Wellenzahlintervalle 176, 177 können ein oder mehrere Intervalle umfassen, beispielsweise ein Wellenzahlintervall von 800 cm-1 bis 1000 cm-1, ein Wellenzahlintervall von 850 cm-1 bis 950 cm-1, ein Wellen- zahlintervall von 1000 cm-1 bis 1200 cm-1 oder ein Wellenzahlintervall von 1050 cm-1 bis 1 1500 cm-1. Eine Analyse des Raman-Spektrums in einem oder mehreren der Wellenzahlintervalle 176, 177 erlaubt eine Entscheidung, ob die kultivierten Chondrozyten zur Verwendung als Transplantat geeignet sind. Es ist möglich, aber nicht unbedingt erforderlich, das an dem Material erfasste Raman-Spektrum oder mehrere an dem Material erfasste Raman-Spektren mit Information über Referenz-Spektren von gesunden Chondrozyten, Chondroklasten und/oder Chondroblasten zu vergleichen. Das Raman-Spektrum oder die Raman-Spektren können von der Auswerteeinrichtung 22 weiter verarbeitet werden, um gesunde Zel- len von kranken Zellen zu unterscheiden. Die Auswerteeinrichtung 20 kann beispielsweise eine Clusteranalyse, z.B. eine Hauptkomponentenanalyse des erfassten Raman-Spektrums ausführen. Das Ergebnis der Clusteranalyse kann verwendet werden, um zu bewerten, ob Chondrozyten, Chondroklasten und Chondroblasten krankheitsbedingten Veränderungen unterliegen.
Figur 17 veranschaulicht beispielhafte Ergebnisse einer Clusteranalyse, die von der Auswerteeinrichtung 20 durchgeführt wird, um krankheitsbedingten Veränderungen von Chondrozyten zu erkennen. Dabei wird die Hauptkomponentenanalyse für ein Raman-Spektrum oder mehrere Raman-Spektren ausgeführt, die an dem Material erfasst wurden. Die Datenpunkte sind gemäß einem Paar der unterschiedliche Hauptkomponenten PC-1 und PC-2 dargestellt. Figur 17 zeigt die Datenpunkte 181 , die für eine Transplantation geeigneten Chondrozyten zugeordnet sind, und Daten- punkte 182, die krankheitsbedingt veränderten Chondrozyten zugeordnet sind.
Das Ergebnis der Clusteranalyse des an dem Material erfassten Raman-Spektrums kann dahingehend ausgewertet werden, ob und wie viele Datenpunkte in unterschiedlichen Regionen 183, 184 des durch mehrere Hauptkomponenten aufgespann- ten Koordinatensystems liegen. Beispielsweise kann ermittelt werden, wie viele Datenpunkte in einer Region 183 liegen, die für eine Transplantation geeigneten Chondrozyten zugeordnet ist. Es kann ermittelt werden, wie viele Datenpunkte in einer Region 184 liegen, die krankheitsbedingt veränderten Chondrozyten zugeordnet ist. Es kann ermittelt werden, wie viele Datenpunkte in weiteren Regionen des durch mehre- re Hauptkomponenten aufgespannten Koordinatensystems liegen, die anderen zellulären Bestandteilen des Materials 9 zugeordnet sind, beispielsweise Chondroklasten und/oder Chondroblasten.
Wie aus Figur 17 erkennbar, verschieben sich die durch die Hauptkomponentenana- lyse gewonnenen Datenpunkte abhängig davon, ob das Material frische Chondrozyten oder krankheitsbedingt veränderte Chondrozyten aufweist. Entsprechend kann die Auswerteeinrichtung 20 anhand der Hauptkomponentenanalyse eines Raman- Spektrums oder mehrerer Raman-Spektren automatisch bestimmen, welche Zelltypen vorhanden sind und/oder welcher Anteil der Zellen krankheitsbedingten Verän- derungen unterliegt.
Die Auswerteeinrichtung einer Vorrichtung nach Ausführungsbeispielen kann alternativ oder zusätzlich eingerichtet sein, um Osteozyten, Osteoklasten und/oder Osteoblasten zu erkennen. Die Auswerteeinrichtung einer Vorrichtung nach einem Ausfüh- rungsbeispiel kann eingerichtet sein, um eine Anzahl oder Dichte von Osteozyten, Osteoklasten und/oder Osteoblasten ortsaufgelöst zu bestimmen, um die Eignung eines Materials als Knochentransplantat zu untersuchen. Die Auswerteeinrichtung einer Vorrichtung nach Ausführungsbeispielen kann eingerichtet sein, um anhand der Intensität und/oder Lage von Raman-Peaks zu untersuchen, ob Knochengewebe für eine Transplantation geeignet ist. Die Auswerteeinrichtung einer Vorrichtung nach Ausführungsbeispielen kann eingerichtet sein, um an- hand der Intensität und/oder Lage von Raman-Peaks für chemische Gruppen in Mineral- und Kollagenphasen zu untersuchen, ob Knochengewebe für eine Transplantation geeignet ist. Beispielsweise kann die Mineralisierung quantitativ bestimmt werden. Figur 18 zeigt ein Teil eines Raman-Spektrums 191 von Knochengewebe. Das Ra- man-Spektrum 191 weist Raman-Peaks auf, die Mineral- und Kollagenphasen zugeordnet werden können.
Beispielsweise kann durch Auswertung des Raman-Spektrums 191 ein Raman-Peak 192 erkannt werden, der v2-Phosphatmineral zugeordnet werden kann. Die Auswerteeinrichtung kann alternativ oder zusätzlich eingerichtet sein, um durch Auswertung des Raman-Spektrums 191 einen Raman-Peak 193 zu erkennen, der v4- Phosphatmineral zugeordnet werden kann. Die Auswerteeinrichtung kann alternativ oder zusätzlich eingerichtet sein, um durch Auswertung des Raman-Spektrums 191 einen Raman-Peak 194 zu erkennen, der vi-Phosphatmineral zugeordnet werden kann. Die Auswerteeinrichtung kann alternativ oder zusätzlich eingerichtet sein, um durch Auswertung des Raman-Spektrums 191 einen oder mehrere Raman-Peaks zu erkennen, der Kollagen (z.B. Amid-Ill-Kollagen, Amid-I-Kollagen, Prolin-Ring- Kollagen) zugeordnet werden kann.
Anhand der relativen Intensitäten eines oder mehrerer dieser Raman-Peaks kann ein relatives Verhältnis von Zellen ermittelt werden, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Osteozyten, Osteoklasten und Osteoblasten. Anhand der relativen Intensitäten eines oder mehrerer dieser Raman-Peaks können auch krankheitsbe- dingte Veränderungen von Osteozyten, Osteoklasten und/oder Osteoblasten erkannt werden. Die Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen können die Erfassung und Auswertung der Raman-Spektren wiederholen. Auf diese Weise kann beispielsweise ermittelt werden, ob gezüchtetes Gewebe einen Zustand, in dem es als Transplantat verwendbar ist, noch nicht erreicht hat oder ob das gezüchtete Gewebe einen Zustand, in dem es als Transplantat verwendbar ist, bereits überschritten hat.
Die Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen können zur Überprüfung einer Vielzahl unterschiedlicher Arten von gezüchtetem Gewebe eingesetzt werden. Beispielsweise können die Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungs- beispielen verwendet werden, um Information zu ermitteln, die für die Verwendbarkeit von gezüchtetem Knorpel, gezüchteter Speiseröhrengewebe, gezüchtetes Darmgewebe oder gezüchtetes Magengewebe als Transplantat relevant ist.
Vorrichtungen und Verfahren nach Ausführungsbeispielen können allgemein zur quantitativen Untersuchung von Material eingesetzt werden, um Information zu ermitteln, die für die Verwendbarkeit des Materials 9 zur Transplantation relevant sind. Die Vorrichtungen und Verfahren können insbesondere zur Untersuchung von gezüchteten Transplantaten eingesetzt werden, bevor diese dem Patienten transplantiert werden. Hauttransplantate sind ein Anwendungsgebiet, jedoch sind die Vorrichtungen und Verfahren nicht hierauf beschränkt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Vorrichtung zur Überprüfung eines Materials (9) für eine Transplantation, um- fassend
ein Raman-Spektroskopiesystem (10) zur Durchführung einer Raman- Spektroskopie an dem Material (9), um wenigstens ein Raman-Spektrum (41 , 42; 61 , 62; 101 -107) zu erfassen, und
eine elektronische Auswerteeinrichtung (20), die eingerichtet ist, um abhängig von einer Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums (41 , 42; 61 , 62; 101 - 107) eine Information, von der eine Eignung des Materials (9) zur Verwendung bei der Transplantation abhängt, zu bestimmen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 ,
wobei die elektronische Auswerteeinrichtung (20) eingerichtet ist, um durch die Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums (41 , 42; 61 , 62; 101 -107) wenigstens eine Zellpopulation des Materials (9) zu erkennen, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Keratinozyten, Melanozyten, Fibroblasten, Blutgefäßzellen, Haarfollikelzellen, Korneozyten, Talgdrüsenzellen und Schweißdrüsenzellen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
wobei die elektronische Auswerteeinrichtung (20) eingerichtet ist, um durch die Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums (41 , 42; 61 , 62; 101 -107) wenigstens zwei verschiedene Zellpopulationen des Materials (9) zu erkennen, von denen jede ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Keratinozyten, Melanozyten, Fibroblasten, Blutgefäßzellen, Haarfollikelzellen, Korneozyten, Talgdrüsenzellen und Schweißdrüsenzellen.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die elektronische Auswerteeinrichtung (20) eingerichtet ist, um durch die Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums (41 , 42; 61 , 62; 101 -107) wenigstens eine Zellpopulation des Materials (9) zu erkennen, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Chondrozyten, Chondroklasten, Chondroblasten, Osteozyten, Osteoklasten und Osteoblasten.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
wobei die elektronische Auswerteeinrichtung (20) eingerichtet ist, um eine Zusammensetzung des Materials (9) in wenigstens einem Bereich (81 -84; 91 , 92) des Materials (9) zu bestimmen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
wobei das Raman-Spektroskopiesystem (10) eingerichtet ist, um mehrere
Raman-Spektren in mehreren Tiefen (93, 94) des Materials (9) zu erfassen, und
wobei die elektronische Auswerteeinrichtung (20) eingerichtet ist, um die Zusammensetzung des Materials (9) für jede der mehreren Tiefen (93, 94) zu bestimmen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
wobei die elektronische Auswerteeinrichtung (20) eingerichtet ist, um aus in unterschiedlichen Tiefen (93, 94) gemessenen Zelldichten rechnerisch eine Gesamtanzahl oder Gesamtdichte von Zellen wenigstens eines Zelltyps zu bestimmen.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die elektronische Auswerteeinrichtung (20) eingerichtet ist, um eine Clusteranalyse des wenigstens eines Raman-Spektrums (41 , 42; 61 , 62; 101 -107) durchzuführen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8,
wobei die elektronische Auswerteeinrichtung (20) eingerichtet ist, um abhängig von der Clusteranalyse zu bestimmen, welcher Anteil von Keratinozyten, Melanozyten, Fibroblasten und/oder Endothelzellen in wenigstens einem Bereich (81 -84; 91 , 92) des Materials (9) vorhanden ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektronische Auswerteeinrichtung (20) eingerichtet ist, um eine Methode des maschinellen Lernens, anzuwenden, um ein Raman-Spektrum (41 , 42; 61 , 62; 101 -107) der mehreren Raman-Spektren (41 , 42; 61 , 62; 101 -107) jeweils einem Zelltyp zuzuordnen.
1 1 . Vorrichtung nach Anspruch 10,
wobei die elektronische Auswerteeinrichtung (20) eingerichtet ist, um eine Methode des überwachten Lernens, anzuwenden, um ein Raman-Spektrum (41 , 42; 61 , 62; 101 -107) des wenigstens einen Raman-Spektrums (41 , 42; 61 , 62; 101 -107) je- weils einem Zelltyp zuzuordnen.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die elektronische Auswerteeinrichtung (20) eingerichtet ist, um abhängig von der Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums (41 , 42; 61 , 62; 101 -107) eine Gesamtanzahl von Zellen in dem Material (9) zu bestimmen.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die elektronische Auswerteeinrichtung (20) eingerichtet ist, um abhängig von der Auswertung des wenigstens einen Raman-Spektrums (41 , 42; 61 , 62; 101 -107) funktionale Veränderungen, insbesondere eine Apoptose und/oder Nekrose, wenigstens einer Zellpopulation des Materials (9) zu erkennen.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Material (9) ein gezüchtetes Transplantat umfasst.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche
wobei das Material (9) künstliche Haut umfasst.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15,
wobei die künstliche Haut ein autologer dermo-epidermaler Hautersatz ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16 wobei die elektronische Auswerteeinrichtung (20) eingerichtet ist, um nach einer Auswertung mehrerer Raman-Spektren (41 , 42; 61 , 62; 101 -107), mit der ein Trägermaterial des gezüchteten Gewebes und/oder Zellen des gezüchteten Gewebes bewertet wurden, eine Ja/Nein-Information auszugeben, die angibt, ob das ge- züchtete Gewebe als Transplantat verwendbar ist oder nicht.
18. Verfahren zur Überprüfung eines Materials (9) für eine Transplantation, umfassend
Erfassen wenigstens eines Raman-Spektrums (41 , 42; 61 , 62; 101 -107) des Materials (9), und
Bestimmen einer Information, von der eine Eignung des Materials (9) zur Verwendung bei der Transplantation abhängt, durch Auswerten des wenigstens einen Raman-Spektrums (41 , 42; 61 , 62; 101 -107).
19. Verfahren nach Anspruch 18,
wobei das Verfahren von der Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgeführt wird.
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