WO2001082265A1 - Simulationsvorrichtung und -verfahren - Google Patents

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WO2001082265A1
WO2001082265A1 PCT/EP2001/004526 EP0104526W WO0182265A1 WO 2001082265 A1 WO2001082265 A1 WO 2001082265A1 EP 0104526 W EP0104526 W EP 0104526W WO 0182265 A1 WO0182265 A1 WO 0182265A1
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WO
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interaction
fluid
flow
interaction surface
fluid flow
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Application number
PCT/EP2001/004526
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English (en)
French (fr)
Inventor
Ina MÜLLER
Original Assignee
Acm-Biotech-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.)
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B23/00—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes
    • G09B23/28—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for medicine
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
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    • G09B23/28—Models for scientific, medical, or mathematical purposes, e.g. full-sized devices for demonstration purposes for medicine
    • G09B23/30—Anatomical models

Definitions

  • the present invention relates to a method for simulating fluid flow conditions in vessels and for analyzing accumulation processes on at least one interaction surface and a device for carrying out the method.
  • the flow model of the present invention allows each of these components to be changed in a standardized and qualitatively and quantitatively defined manner.
  • the model according to the invention can thus be used to replace existing, simpler in wYro methods, and an alternative to intravital microscopic methods is also created.
  • At least one fluid discharge device is arranged along the longitudinal axis of the fluid flow device at the end section behind the interaction device and is designed to discharge material passing through the interaction device.
  • the fluid discharge device By means of the fluid discharge device, fluid or material suspended and / or dissolved in the fluid, which the interaction device proceeds from action area has penetrated.
  • the fluid discharge device enables qualitative and / or quantitative analyzes of diffusion or penetration processes of fluid or material contained therein by the interaction device.
  • the device according to the invention can also be used to analyze diffusion, enforcement and / or emigration processes by the interaction device in addition to the analysis of accumulation processes on the interaction surface.
  • the device according to the invention can also work without a direct detection of the flow or attachment processes with subsequent follow-up examination
  • the attachment of the device on the microscope stage of an inverted microscope is preferred.
  • the microscope condenser should preferably be drilled in the middle and have a guide for a supply hose.
  • a holder for the flow chamber is preferably provided.
  • a microscope insert can be used for this purpose
  • Microscope tables with a corresponding circular recess can be used for the flow chamber.
  • a displacement-free attachment can take place, for example, via a spring.
  • the device according to the invention can be used both in basic research and in routine diagnostics.
  • the interaction device preferably comprises at least one flow flow.
  • the fluid which flows through the interaction surface of the interaction device can be drained off under predetermined or predeterminable flow conditions, as a result of which the targeted control of the fluid flow conditions in the region of the interaction surface can be further improved.
  • the flow flow is preferably in fluid communication with a fluid analysis device.
  • a fluid analysis device in particular provided externally, permits a qualitative and / or quantitative analysis of the fluid which has been poured onto the interaction surface, specifically after its interaction with the interaction surface.
  • the removal of the penetrating liquid is preferably effected by supplying and removing a rinsing liquid.
  • a rinsing liquid Such an "active" removal of the penetrating liquid by rinsing from, in particular, a rear side of the interaction device opposite the interaction surface enables a further improvement of the targeted control of the fluid flow conditions.
  • the derivation of the passing-through of liquid is prevented by rinsing with a rinsing liquid in an effective manner of attaching material to the back side of the ⁇ interaction means, which is opposite to said interaction surface and is passed through by the passing-through liquid.
  • the penetrating liquid can also be used according to the invention by means of optical methods (such as, for example, by the aforementioned microscopy), line sorting methods (eg FACS analysis) or chemical, biochemical and / or molecular biological analysis methods to be examined.
  • optical methods such as, for example, by the aforementioned microscopy
  • line sorting methods eg FACS analysis
  • chemical, biochemical and / or molecular biological analysis methods to be examined eg FACS analysis
  • permeability measurement of cell layers such as endothelia is a simulation of fluid flow conditions and the analysis of accumulation processes.
  • the permeability can be determined in different ways.
  • the permeability coefficient P results from the measured flow J of the labeled substance, the surface A 0 of the observed cell layer (s) and the concentration difference ⁇ c between the apical and basolateral proportions of the added substances (e.g. human serum albumin (HSA), dextrans, hormones etc.) using the following equation (2):
  • HSA human serum albumin
  • the permeability determination described above can be used, for example, to measure the blood-brain barrier function on capillary endothelial cells, it being possible to determine the influence of different factors. Furthermore, the permeability of adherent cells, for example endothelial cells (e.g. HUVEC), can be determined. For example, the influence of cytokines, hormones, oxygen levels, etc. can be observed. Furthermore, the permeability measurement can also be carried out directly on vessels, e.g. using the model according to the invention for simulating fluid flow conditions and for analyzing accumulation processes. Rat capillaries, human capillaries, etc. With the help of the permeability determination according to the invention, for example, chronic and / or acute permeability disorders can be observed or detected.
  • adherent cells for example endothelial cells (e.g. HUVEC)
  • cytokines, hormones, oxygen levels, etc. can be observed.
  • the permeability measurement can also be carried out directly on vessels, e.g. using the model
  • the permeability determination can be used for the special galenics of pharmaceutically active substances.
  • the inhibition of the permeability can be determined when appropriate permeability inhibitors are added.
  • permeability inhibitors are thrombin (causes a barrier dysfunction lasting up to 30 min) and histamine (causes a barrier dysfunction lasting up to 3 min).
  • FIG. 1 shows a schematic cross section through a vessel through which a liquid with biological material suspended therein flows
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the liquid flow conditions in one embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 3 shows a sectional exploded view of an embodiment of the device according to the invention
  • Fig. 8 is a plan view of a lower surface of the second retaining ring
  • the operationally uppermost retaining ring 10, together with the second retaining ring 1 2, serves to fix a fluid flow device 1 8.
  • the fluid flow device 18 comprises a silicone hose 20, which is mounted in a bore 22 provided in a condenser 24 of the microscope (not shown).
  • the fluid flow device 1 8 further comprises a flow component 26, which is made for example of polycarbonate.
  • the flow component 26 consists of a circular disc component and a tube component, the tube component being inserted into the center of the disc component such that the longitudinal axis of the tube component coincides with the normal direction of the disc component.
  • the end of the pipe component of the flow component 26, which is fixed to the disk component, forms an open end section 28 from which fluid can escape.
  • FIG. 6 shows a top view of the lower surface of said first retaining ring 10, the circular opening and the bores for the fastening screws being shown schematically.
  • Figure 7 shows a schematic plan view of an upper surface of said second retaining ring 1 2, wherein the milling for receiving the O-ring 32 is shown schematically as a dot line.
  • a sample holder 34 can be brought into contact with the lower surface of the second holding ring 1 2 by means of a third holding ring 14, which can be fastened to the second holding ring 1 2 by means of screws.
  • the sample carrier 34 is designed, for example, as a membrane or as a glass plate and can have impermeable, permeable, semipermeable and / or porous properties.
  • the surface of the sample carrier 34 forms an interaction surface 36.
  • a permeable, semipermeable or porous material is selected for the production of the sample carrier 34, it is possible under certain circumstances for a part of the test liquid which flows over the interaction surface 36 to pass through the sample carrier 34.
  • This penetrating liquid which can also contain suspended biological material or low molecular weight compounds, is drained off by a fluid discharge device (not shown in FIG. 3).
  • a glass plate 38 is pressed onto the lower surface of the third holding ring 1 4 by means of a fourth holding ring 16, which can be fixed to the third holding ring 14 with screws.
  • the lower surface of the third retaining ring 14 has milled fluid channels which open into the fluid discharge device.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulation von Fluidströmungsverhältnissen in Gefässen und zur Analyse von Anlagerungsvorgängen auf zumindest einer Interaktionsfläche und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

"Simulationsvorrichtung und -verfahren"
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Simulation von Fluidströ- mungsverhältnissen in Gefäßen und zur Analyse von Anlagerungsvorgängen auf zumindest einer Interaktionsfläche und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Zelladhäsion, d.h. das Anhaften von beispielsweise Blutzellen wie Granulozy- ten und Monozyten, aber auch von Tumorzellen an die Gefäßinnenwand (d.h. die Intima aus Endothelzellen) oder der Zellen untereinander ist innerhalb der Hämo- stase, der Wundheilung, bei Immunreaktionen und Entzündungsprozessen, aber auch bei der Tumor-Metastasierung von entscheidender Bedeutung . Nach dem Austritt aus dem Knochenmark werden die Zellen passiv durch den Blutstrom auf das Gefäßsystem verteilt. Beispielsweise bei einer Entzündung werden sowohl auf den Leukozyten als auch auf den Endothelzellen sogenannte Adhäsionsmoleküle exprimiert, wodurch es den Leukozyten ermöglicht wird, ihre Fließgeschwindigkeit im Blutstrom zu reduzieren und am Endothel entlang zu rollen, bis es schließlich zu einer festen Adhäsion zwischen den Leukozyten und dem Endothel kommt. Eine derart adhärente, d.h. immobilisierte, Zelle ist in der Lage, in das umgebende Gewebe einzuwandern (Invasion) und dort beispielsweise eine Entzündung zu bekämpfen.
Die Leukozyten-Endothel-Interaktionen oder auch die Haftung von Tumorzellen an die Gefäßwand werden zur Zeit mit Hilfe der Intravitalmikroskopie im Tiermodell (vgl. Xu et al., 1 997; Scalia et al., 1 998) oder mit in v/tro-Tests unter Verwendung von entweder statischen oder rotierenden Kammern bzw. wandparallelen Flußkammern untersucht (vgl. Hakkert et al., 1 990; Thylόn et al., 1 997; Worher et al., 1 987; Jones et al., 1 996; Walchek et al.) .
Die vorstehend genannten Modelle weisen allerdings mehrere Nachteile auf: 1 . Tiermodelle ermöglichen das Arbeiten in einem komplexen biologischen System, sind jedoch hinsichtlich der Variationsmöglichkeiten und der Steuerbarkeit innerhalb der einzelnen Experimente erheblich eingeschränkt. Des weiteren ist die Übertragbarkeit der Ergebnisse vom Tiermodell auf den Menschen meist fraglich.
2. Bei den vorstehend aufgeführten statischen Modellen, wobei die Adhäsion im ruhenden Zustand, d.h. ohne Fließbedingungen, untersucht wird, ist es nicht möglich, physiologische Prozesse der Zelladhäsion zu erfassen, da die Fließbedingungen nicht einbezogen werden können.
3. Bei Verwendung von rotierenden Kammern oder Tropfensystemen wird die Adhäsion zwar unter Fließbedingungen untersucht, es kann hierbei jedoch aufgrund der Versuchsanordnung zu Effekten auf die Zellen aufgrund von Scherkräften als auch zur Anreicherung von die Zellen stimulierenden Substanzen kommen (insbesondere bei der Verwendung von Tropfensystemen aufgrund der geringen Volumina) .
4. Bei Vorrichtungen, die auf dem wandparallelen Flußmodell basieren, wird versucht, die Adhäsion von Zellen in geraden Gefäßabschnitten zu simulieren; vgl. Figur 1 . In solchen Gefäßabschnitten wird jedoch lediglich der passive Transport der Zellen zur Gefäßwand aufgrund von Diffusion sowie der Einfluß von Scherkräften erfaßt. Reale Gefäße sind jedoch fast immer gekrümmt und/oder verzweigt, weshalb die von einem Flußmodell für reale Gefäße zu erfassenden Vorgänge wesentlich komplexer sind.
Daher wurde in letzter Zeit eine Methode entwickelt, welche versucht, die realen Strömungsverhältnisse in Gefäßen aufgrund von Gefäßkrümmungen und -Verzweigungen zu simulieren und die insbesondere die Tatsache berücksichtigt, daß in den Gefäßen die Strömung nicht nur durch wandparallele Strömungen charakterisiert ist, sondern auch durch Gebiete mit Ablösung des Flusses sowie Wiederanschluß und dadurch bedingte Areale mit Rezirkulation gekennzeichnet ist. Regionen des Wiederanschlusses beinhalten zusätzlich zur wandparallelen Strömung eine sogenannte Staupunktströmung, die einen erhöhten konvektiven Transport von Zellen hin zur Gefäßwand ermöglicht. Die Zellsuspension fließt in diesen Regionen entlang gekrümmter Strömungslinien mit senkrecht zur Gefäßwand gerichteten Geschwindigkeitskomponenten. Aufgrund dieser Strömungsverhältnisse wird der Kontakt der Zellen mit der Gefäßwand aktiv induziert, d.h. durch die Strömung werden die Zellen (z.B. Granulozyten) auf das Endothel zubewegt. Im Gegensatz dazu kommt es bei wandparalleler Strömung nur aufgrund von passiven Diffusions- bzw. Gravitationseffekten zum Kontakt zwischen den Zellen und dem Endothel. Bei dieser Methode wird ein Probenträger von unten beströmt, was jedoch den gravierenden Nachteil mit sich bringt, daß - wie beim wandparallelen Flußmodell - hierbei nur ein Teilvorgang der Zelladhäsion erfaßt wird, da aufgrund der Beströmuήgsrichtung die Zellen ab einer bestimmten Wegstrecke nach dem Auftreffen auf dem Probenträger aufgrund des Einflusses der Gravitationskraft nicht mehr mit dem Probenträger in Kontakt kommen.
Somit wird ein neues System benötigt, daß es ermöglicht, allgemein Fluid- strömungsverhältnisse insbesondere in realen Gefäßsystemen wie beispielsweise Blutgefäßen zu simulieren und dabei Anlagerungsvorgänge zu analysieren.
Das Strömungsmodell der vorliegenden Erfindung bezieht dabei die drei Komponenten der Virchow'schen Trias und damit die Bedingungen innerhalb der Mikro- zirkulationen in Gefäßsystemen mit ein:
(i) Das Blut, d.h. Blutbestandteile und -zellen, (ii) die Strömung, d.h. wandparallele und Staupunktströmung und (iii) die Gefäßwand, d.h. Endothelzellen unterschiedlicher Herkunft, aber auch Zellen des Bindegewebes, Epithelzellen sowie (rekombinante oder gereinigte) Proteine wie beispielsweise solche aus der Basal Lamina.
Das Strömungsmodell der vorliegenden Erfindung erlaubt es darüberhinaus jede einzelne dieser Komponenten standardisiert sowohl qualitativ als auch quantitativ definiert zu verändern. Durch den Einsatz von sowohl wandparalleler als auch Staupunktströmung gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine in wVo-nahe Situation verwirklicht, wodurch die durch diese Strömungen induzierten Effekte gleichzeitig erfaßt werden können. Damit können durch das erfindungsgemäße Modell bestehende, einfachere in wYro-Methoden ersetzt werden, und es wird weiterhin eine Alternative zu intravitalmikroskopischen Verfahren geschaffen.
Des weiteren bietet die simultane Untersuchung von wandparalleler Strömung als auch Staupunktströmung gemäß dem erfindungsgemäßen Modell zur Simulation von Fluidströmungsverhältnissen und zur Analyse von Anlagerungsvorgängen viele Einsatzmöglichkeiten in der Forschung wie beispielsweise der Untersuchung von Fluidströmungsverhältnissen in Gefäßen, der Materialprüfung, der Beströmung von Zellschichten mit Dendrimeren zur Untersuchung des physiologischen Transport von Biomolekülen und Pharmazeutika bzw. Diagnostika, der Permeabilitätsbestimmung von Zellschichten durch TEER- (engl. transendothelial electrial resistance) und/oder Fluoreszenz- bzw. Radioaktivitätsmessungen als auch in der Routineprüfung von beispielsweise pharmazeutischen Wirkstoffen auf die Adhäsion von Zellen. Im Gegensatz dazu müssen derzeit pharmazeutische Substanzen wie z.B. entzündungshemmende Verbindungen in aufwendigen Tiermodellen getestet werden, wobei der Ort der Wechselwirkungen in einem solchen Modell oft nicht nachvollziehbar ist.
Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neues System zur Simulation von Fluidströmungsverhältnissen und zur Analyse von Anlagerungsvorgängen auf Interaktionsflächen bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen gekennzeichneten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gelöst.
Insbesondere wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zur Simulation von Fluidströmungsverhältnissen und zur Analyse von Anlagerungsvorgängen auf zumindest einer Interaktionsfläche bereitgestellt. Gemäß der Erfindung umfaßt die Vorrichtung zur Simulation von Fluidströmungsverhältnissen und zur Analyse von Anlagerungsvorgängen an zumindest eine Interaktionsfläche eine Interaktionseinrichtung mit zumindest der Interaktionsfläche, - - zumindest eine rohrförmige Fluidbeströmungseinrichtung, welche einen zu der Interaktionsfläche beabstandeten, offenen Endabschnitt zum Austritt eines Fluids umfaßt und deren Längsachse die Interaktionsfläche in einem
Durchstoßwinkel größer null Grad durchsetzt, wobei die Fluidbeströmungseinrichtung die Interaktionsfläche derart mit dem Fluid beströmt, daß das aus dem Endabschnitt ausströmende Fluid eine Bewegungskomponente aufweist, die auf den Erdmittelpunkt gerichtet ist.
Demgemäß wird die Interaktionsf lache der Interaktionseinrichtung derart von der rohrförmigen Fluidbeströmungseinrichtung beströmt, daß' es zu einem Impulsübertrag von der Interaktionsfläche auf ein die Fluidbeströmungseinrichtung betriebsmäßig durchströmendes Fluid kommt. Vorteilhafterweise führt ein derartiger Impulsübertrag auf das Fluid zumindest bereichsweise zu einer Staupunktströmung, welche sich durch Ausbildung von Turbulenzen bzw. Wirbeln von der typischerweise wandparallelen bzw. laminaren Strömung in der rohrförmigen Fluidbeströmungseinrichtung unterscheidet. Insbesondere im Bereich einer derartigen Staupunktströmung gestattet die Vorrichtung, Anlagerungsvorgänge an der Interaktionsfläche zu analysieren. Erfindungsgemäß ist die Fluidbeströmungseinrichtung derart gegenüber der Interaktionsfläche der Interaktionseinrichtung angeordnet, daß betriebsmäßig ein "gravitationsunterstütztes" Beströ- men der Interaktionsfläche mit dem aus dem offenen Endabschnitt austretenden Fluid erfolgt. Das Beströmen der Interaktionsfläche durch das Fluid, welches vorzugsweise durch eine Drucksteuereinrichtung der Fluidbeströmungseinrichtung hinsichtlich ihrer Fluidströmungsgeschwindigkeit sowie ihres Fluiddrucks beliebig gesteuert werden kann, wird somit durch die auf das Fluid wirkende Schwerkraft unterstützt. Ein derartiges "gravitationsunterstütztes" Beströmen der Interaktionsfläche ist insbesondere bei einer Analyse von Anlagerungsvorgängen von Fluidsuspensionen vorteilhaft, da der Einfluß der Schwerkraft auf das im Fluid suspendierte Material zu einer Verlängerung der Interaktionsdauer zwischen dem suspendierten Material und der Interaktionsfläche führt. Eine derartig vergrößerte Wechselwirkungszeit, welche in einem einfachen Modell durch ein "Rollen" des suspendierten Materials an der Interaktionsfläche bewirkt wird, resultiert in einer entsprechenden Erhöhung der Anlagerungswahrscheinlichkeit und -rate des suspendierten Materials an der Interaktionsfläche. Dies ermöglicht es in besonders effizienter Weise, komplexe Anlagerungsvorgänge zeitoptimiert zu untersuchen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Interaktionsfläche zumindest bereichsweise eben und die Längsachse, d.h. die Rohrachse, der Fluidbeströmungseinrichtung an dem Endabschnitt durchsetzt die Interaktionsfläche senkrecht. Eine derartige Anordnung ermöglicht insbesondere, in der rohrförmigen Fluidbeströmungseinrichtung bis zu deren offenen Endabschnitt eine im wesentlichen wandparallele bzw. laminare Fluidströmung zu erzielen, welche sich beim Austritt aus dem offenen Endabschnitt und dem Aufströmen auf die Interaktionsfläche in eine zumindest bereichsweise turbulente (z.B. mit Wirbeln versetzte) Staupunktströmung an der Interaktionsfläche wandelt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Interaktionseinrichtung zumindest einen Probenträger auf, dessen dem Endabschnitt zugewandte Oberfläche die Interaktionsfläche bildet. Ein derartiger Probenträger kann aus einem zu untersuchenden Material bestehen und/oder eine Beschichtung (z.B. Oberflächenschicht) aufweisen, deren Wechselwirkungseigenschaften mit dem Fluid untersucht werden soll. Insbesondere kann die Oberflächenbeschichtung der Oberfläche des Probenträgers biologisches Material und/oder eine oder mehrere niedermolekulare Verbindungen umfassen.
Das "biologische Material" auf der Oberfläche des Probenträgers kann sowohl Zellen oder partikuläre Bestandteile (beispielsweise humanen oder tierischen Ursprungs) als auch Zellbestandteile umfassen. Des weiteren kann das biologische Material auch Zellverbände oder Gewebe, d.h. sowohl künstliche, z.B. in Kultur gezüchtete Haut oder ähnliche Gewebe, als auch natürliche Gewebe umfassen. Geeignete auf dem Probenträger einsetzbare Medien sind beispiels- weise Endothelzellen oder Fibroblasten unterschiedlicher Herkunft (z.B. aus Haut, Vorhaut, Aorta, Fettgewebe, Auge, Magennetz, Nabelschnur, Varizen oder ähnlichem) und Epithelzellen unterschiedlicher Herkunft (z.B. aus Magen, Darm oder ähnlichem) sowie alle adhärenten Zellen (z.B. Granulozyten) oder Zellen, bei denen eine Adhärenz induzierbar ist [z.B. die Zellinien U937, HL 60 (leukozytär), RF-1 und FR-48 (Magenkarzinomzellinien, bei denen die Adärenz durch bestimmte Faktoren, wie ECM-Protein, induzierbar ist), KATO III und SNU-5 (Adhärenz durch Stimulation mit 20 ng/ml PMA für 48 h induziebar) zur Analyse von Zell-Zell-Interaktionen (Aggregation)]. Des weiteren sind die genannten Zelltypen auch als Zellinien einsetzbar. Ferner umfaßt das "biologische Material" auch Zellbestandteile wie beispielsweise einzelne Proteine oder Gemische von Proteinen wie z.B. solchen aus der Basal Lamina oder der extrazellulären Matrix (engl. extracellular matrix, ECM) (z.B. Laminin, Fibronectin, Vitronectin, Kollagene sowie Proteine, die aus Tumorgewebe wie Matrigels isoliert sind). Weitere Beispiele für Proteine, die sich auf der Oberfläche des Probenträgers befinden, umfassen Antikörper (einzeln oder in beliebigen Kombinationen) und Adhäsionsmolekül-Proteine (isoliert oder rekombinant), die auch als Gemisch auf den Probenträger aufgebracht sein können. Ferner kann der Probenträger mit anderen Zellbestandteilen wie beispielsweise Nukleinsäuren, d.h. DNA oder RNA, Zuckermolekülen und/oder Lipiden beschichtet sein. Die Beschichtung des Probenträgers kann außerdem eine künstliche Oberfläche wie beispielsweise Kunststoffe, poröse Membranen, medizinische Materialen wie z.B. Tissuevlies® umfassen.
Die zellulären Beschichtungen sind auf unterschiedliche Weise vorbehandelbar, z.B. durch Stimulation mit Zytokinen, Wachstumsfaktoren, Hormonen, Entzün- dungsmarkern, Enzymen (z.B. Proteasen und ihren Inhibitoren), Antioxidantien, Oxidantien, Vitaminen und Pharmazeutika und ähnlichen sowie durch Behandlung mit erhöhten bzw. erniedrigten Partialdrucken von Gasen, die eine Zellstimulation bewirken, wie Sauerstoff, Kohlendioxid, Stickstoff, usw. Die Zellen sind dabei sowohl vorher als auch parallel während der Beströmung beispielsweise unter Verwendung eines Mikroperfusors über einen Dreiwegehahn stimulierbar bzw. inkubierbar. Der Begriff "niedermolekulare Verbindung" umfaßt sämtliche organischen als auch anorganischen Verbindungen. Insbesondere kann eine niedermolekulare Verbindung erfindungsgemäß eine pharmazeutisch aktive (organische) Substanz oder ein zu prüfendes anorganisches Salz sein.
Vorzugsweise ist der Probenträger zumindest bereichsweise impermeabel, permeabel, semipermeabel oder porös ausgebildet. Die Porengröße des Probenträgermaterials wird beispielsweise den zu untersuchenden Zellen oder Partikeln angepaßt. Beispielsweise sind Porendurchmesser von mindestens 5 μm für die Untersuchung von Granulozyten u.a. geeignet. Ist der Porendurchmesser bei diesen Untersuchungsobjekten kleiner, sind diese zwar noch zu einer Migration durch diese Poren befähigt, es erfolgt jedoch eine zusätzliche Aktivierung der Zellen durch Verlust oder zusätzliche Expression von Oberflächenmolekülen und/oder intrazellulären Molekülen. Zur Untersuchung von PMN (engl. polymorph nuclear cells) sollte der Porendurchmesser 8 bis 1 0 μm nicht übersteigen, da sonst nicht gewährleistet ist, daß der Migrationsprozeß aktiv stattfindet.
Die Oberfläche des Probenträgers kann aus jedem Material bestehen, an dem das zu beobachtende Material anhaften kann. Beispielsweise kann das Probenträgermaterial zur Untersuchung von Zellen jedes Material (z.B. eine Membran) sein, auf dem die Zellen haften können. Geeignete Probenträger für Zellen bzw. Zellgewebe sind bespielsweise Aluminium, Nitrozellulose, Polystyrol und andere Kunststoffe, die postiv oder negativ geladen sein können. Diese Materialien sind im Handel, z.B. von Waterman® oder Millipore®, erhältlich. Ferner können auch Glasplättchen, wie Deckgläschen für die Mikroskopie, als Probenträger verwendet werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist entlang der Längsachse der Fluidbeströmungseinrichtung an dem Endabschnitt hinter der Interaktionseinrichtung zumindest eine Fluidableiteinrichtung angeordnet, welche zur Ableitung von die Interaktionseinrichtung durchsetzendem Material ausgelegt ist. Mittels der Fluidableiteinrichtung kann Fluid bzw. in dem Fluid suspendiertes und/oder gelöstes Material, welches die Interaktionseinrichtung ausgehend von der Inter- aktionsfläche durchsetzt hat, abgeleitet werden. Dies ist insbesondere bei einer Verwendung von permeablen, semipermeablen und/oder porösen Interaktionseinrichtungen bzw. Probenträgern interessant, da die Fluidableiteinrichtung qualitative und/oder quantitative Analysen von Diffusions- bzw. Durchsetzvorgängen von Fluid bzw. darin enthaltenem Material durch die Interaktionseinrichtung ermöglicht. Dadurch kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zusätzlich zur Analyse von Anlagerungsvorgängen an die Interaktionsfläche auch zur Untersuchung von Diffusions-, Durchsetz- und/oder Emigrationsvorgängen durch die Interaktionseinrichtung verwendet werden.
Vorzugsweise umfaßt die Fluidableiteinrichtung zumindest einen Fluidzulauf . Dies ermöglicht es, Material, welches die Interaktionseinrichtung ausgehend von der Interaktionsfläche durchsetzt hat, mittels eines Spülfluids abzuführen.
Das "biologische Material", das in dem den Probenträger beströmenden Fluid gelöst und/oder suspendiert ist kann ebenfalls beispielsweise Zellen oder partikuläre Bestandteile sowohl humanen als auch tierischen Ursprungs umfassen. Beispiele von Zellen sind Monozyten, Lymphozyten, Erythrozyten, Tumorzellen oder Zellen von Tumorzellinien, Granulozyten, Thrombozyten, Vollblut und anderen Zellinien sowie Spheroide (d.h. Aggregate aus vorstehend genannten Zellen, einzeln oder in Co-Kultur miteinander bzw. unter Verwendung von Endothelzellen zur Kapillarisierung) . Die Zellen können auch beispielsweise durch Aus- oder Anschalten der Expression eines oder mehrerer Adhäsionsmoleküle gentechnisch verändert sein. Weiteres zur Beströmung geeignetes biologisches Material umfaßt Liposomen, Serum, Plasma oder dessen Bestandteile sowie Transfersomen. Die in dem den Probenträger beströmenden Fluid suspendierten Zellen können jeweils alleine oder als Mischansatz eingesetzt werden. Ferner sind auch die im beströmenden Fluid suspendierten Zellen auf unterschiedliche Weise vorbehandelbar, beispielsweise durch die Stimulation mit Zytokinen, Wachstumsfaktoren, Hormonen, Entzündungsmarkern, Enzymen (z.B. Proteasen und ihre Inhibitoren), Antioxidantien, Oxidantien, Vitaminen, Pharmazeutika, Allergenen, Bakterien und deren Bestandteile, Viren und deren Bestandteile sowie Lebensmittelzusatzstoffen. Des weiteren kann das gelöste bzw. suspen- dierte Material des den Probenträger beströmenden Fluids auch Zellbestandteile wie Proteine, Nukleinsäuren, Zuckermoleküle und Lipide sowie deren Gemische umfassen. Ferner können auch in dem den Probenträger beströmenden Fluid niedermolekulare Verbindungen gelöst bzw. suspendiert sein. Solche niedermolekularen Verbindungen umfassen sämtliche organischen und anorganischen Verbindungen wie beispielsweise organische Pharmazeutika und/oder Salze.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Beobachtungseinrichtung zur Beobachtung von zumindest einem Bereich der Interaktionsfläche. Vorzugsweise ist die Beobachtungseinrichtung zu einer in s/ft/-Beobachtung der Interaktionsfläche ausgelegt, so daß eine quantitative und/oder qualitative Analyse von Anlagerungsvorgängen an der Interaktionsfläche während des Beströmens derselben durch die Fluidbeströmungseinrichtung möglich ist.
Vorzugsweise umfaßt die Beobachtungseinrichtung ein Mikroskop, beispielsweise ein inverses Mikrokop, mit einem Kondensor, welcher zumindest zur bereichsweisen Lagerung der Fluidbeströmungseinrichtung ausgelegt ist. Vorzugsweise ist bei einer derartigen Beobachtungseinrichtung der Kondensor des (optischen) Mikroskops derart mittig durchbohrt, daß die rohrförmige Fluidbeströmungseinrichtung zumindest bereichsweise durch diese Bohrung in dem Kondensor geführt werden kann. Ein derartig modifiziertes Mikroskop ermöglicht es bei geringem konstruktivem Aufwand, die Interaktionsfläche in der Objektebene des Mikroskops anzuordnen und eine in s/ftv-Analyse des Beströmungs- vorgangs bzw. Anlagerungsvorgangs durchzuführen.
Obwohl die erfindungsgemäße Vorrichtung auch ohne eine direkte Detektion der Beströmungs- bzw. Anlagerungsvorgänge mit anschließender Nachuntersuchung arbeiten kann, ist die Befestigung der Vorrichtung auf dem Mikroskoptisch eines inversen Mikroskops bevorzugt. Dazu sollte der Mikroskop-Kondensor vorzugsweise mittig durchbohrt werden und eine Führung für einen Zuleitungsschlauch haben. Des weiteren ist vorzugsweise eine Halterung für die Beströmungs- kammer vorgesehen. Dazu kann beispielsweise ein Mikroskopeinsatz eines Mikroskoptisches mit entsprechender kreisrunder Aussparung für die Beströ- mungskammer benutzt werden. Eine verschiebungsfreie Befestigung kann dabei beispielsweise über eine Feder erfolgen.
Bei der Mikroskopie können verschiedene Visualisierungen gewählt (z.B. Dunkelfeld-, Fluoreszenz-, Durchlichtmikroskopie) und der Versuch in Echtzeit (z.B. Videoaufzeichnung oder Serien-Photographie) beobachtet werden. Im Falle eines Einsatzes von Dunkelfeld- oder Fluoreszenzmikroskopie kann eine Quantifizierung einer Adhäsion durch die Messung der Lichtintensität mittels eines Photomulti- pliers erfolgen. Die erfaßten Daten können auf einem 2D-Schreiber ausgegeben oder computerunterstützt erfaßt und ausgewertet werden (geeignete Algorithmen sind im Stand der Technik bekannt) . Insbesondere durch einen Einsatz von mikroskopischen Analyseverfahren während der Beströmung können die Fluid- strömungsverhältnisse bzw. die Anlagerungsvorgänge in einer der Intravetalmi- kroskopie äquivalenten Weise untersucht werden.
Du rch d i e vo rsteh end en Ana lysemeth od en kö n n en a l l e M essungen/Beobachtungen der Stauströmung und wandparallelen Strömung in Echtzeit mittels Photo- und Mikroskoptechnologie erfaßt und durch entsprechende Softwarecomputer unterstützt aufgezeichnet und ausgewertet werden (beispielsweise durch im Handel erhältliche Bildauswertungsprogramme) . Des weiteren können Anlagerungsvorgänge nach einem Beströmen durch Lysieren von angelagerten oder bereits auf dem Probenträger befindlichen Zellen und Messung von enzymatischen Aktivitäten mittels chromogenen bzw. fluorogenen Substraten analysiert werden. Ferner können bei Co-Beströmungen die Zelltypen durch unterschiedliche Markierungen differenzierbar gemacht und so die einzelnen Effekte analysiert werden. Aus den genannten Möglichkeiten lassen sich verschiedene Modellansätze für die unterschiedlichsten Fragestellungen, insbesondere bei der Simulation der Strömungsverhältnisse in Gefäßen bzw. bei der MikroZirkulation und/oder der Materialprüfung beispielsweise von Materialien zur Herstellung medizinischer Geräte bzw. Implantate zusammenstellen. Dabei kann die erfindungsgemäße Vorrichtung sowohl in der Grundlagenforschung als auch in der Routinediagnostik eingesetzt werden. Vorzugsweise umfaßt die Interaktionseinrichtung zumindest einen Beströmungs- ablauf . Hierdurch kann eine Ableitung des Fluids, welches die Interaktionsfläche der Interaktionseinrichtung beströmt, unter vorbestimmten oder vorbestimmbaren Strömungsbedingungen erfolgen, wodurch die gezielte Steuerung der Fluidströmungsverhältnisse im Bereich der Interaktionsfläche weiter verbessert werden kann.
Vorzugsweise steht der Beströmungsablauf mit einer Fluidanalyseeinrichtung in Fluidverbindung. Diese Anordnung mit einer insbesondere extern bereitgestellten Fluidanalyseinrichtung erlaubt eine qualitative und/oder quantitative Analyse des Fluids, welches auf die Interaktionsfläche aufgeströmt wurde, und zwar nach deren Wechselwirkung mit der Interaktionsfläche.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform steht der Beströmungsablauf mit einem Beströmungszulauf der Fluidbeströmungseinrichtung zur zumindest teilweise zirkulierenden Bestörmung der Interaktionsfläche in Fluidverbindung. Hierdurch kann Fluid, welches mittels der Fluidbestörmungsein- richtung bereits auf die Interaktionfläche aufgeströmt wurde, zu einem erneuten Beströmen der Interaktionsfläche in die Fluidbestörmungseinrichtung rückgeführt werden. Eine derartige zirkulierende Beströmung der Interaktionsfläche ist insbesondere zur Simulation von geschlossenen bzw. quasi-geschlossenen Fluidsystemen, d.h. kreislaufartig angeordneten Fluidsystemen, geeignet.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Simulation von Fluidströmungsverhältnissen in Gefäßen und zur Analyse von Anlagerungsvorgängen an zumindest einer Interaktionsfläche einer Interaktionseinrichtung, vorzugsweise unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, umfaßt die folgenden Schritte: Beströmen der Interaktionsfläche mit einer Testflüssigkeit, in welcher zu untersuchendes biologisches Material und/oder eine oder mehrere niedermolekulare Verbindungen suspendiert und/oder gelöst ist/sind, unter Verwendung einer rohrförmigen Fluidbeströmungseinrichtung mit einem offenen Endabschnitt, derart, daß die aus dem Endabschnitt ausströmende Testflüssigkeit eine Bewegungskomponente aufweist, die auf den Erdmittelpunkt gerichtet ist; und
Analysieren der Interaktionsfläche und/oder der Testflüssigkeit nach einer Interaktion mit der Interaktionsfläche.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Interaktionsfläche der Interaktionseinrichtung durch die Fluidbeströmungseinrichtung "gravitations- unterstützt" beströmt, d.h. der offene Endabschnitt der Fluidbeströmungseinrichtung ist gegenüber der Interaktionsfläche betriebsmäßig derart angeordnet, daß die Testflüssigkeit beim Beströmen der Interaktionsfläche in ihrer Bewegung durch die Schwerkraft unterstützt wird. Vorzugsweise wird die Testflüssigkeit auf die Interaktionsfläche derart aufgeströmt, daß sie einen Impulsübertrag erfährt, welcher sich in einer zumindest lokalen Änderung der Bewegungsrichtung der Testflüssigkeit äußert. Besonders bevorzugt erfolgt das Beströmen der Interaktionsfläche mit der Fluidbeströmungseinrichtung derart, daß die Testflüssigkeit als laminare bzw. wandparallele Strömung in der Fluidbeströmungseinrichtung bis zu dessen offenem Endabschnitt in Richtung auf die Interaktionsfläche geführt wird und das mit dem Impulsübertrag verbundene Aufströmen auf die Interaktionsfläche sich in einer Staupunktströmung äußert, welche zumindest bereichsweise Flüssigkeitswirbel bzw. Turbulenzen aufweist. Die Strömungscharakteristik der Testflüssigkeit im Bereich der Interaktionsfläche unterscheidet sich somit vorzug weise zumindest bereichsweise von einer wandparallelen bzw. laminaren Strömung. Hierdurch ist es möglich, in einfacher Weise die Fluidströmungsverhältnisse in Gefäßen wirklichkeitsnah zu simulieren und zugeordnete Anlagerungsvorgänge an der zumindest einen Interaktionsfläche unter in v/Vo-nahen Bedingungen zu analysieren.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Verfahren den weiteren Schritt eines Anordnens eines biologischen Materials an die Interaktionsfläche der Interaktionseinrichtung. Das "biologische Material" zur Anordnung an der Interaktionsfläche ist dabei wie vorstehend definiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt die Interaktionseinrichtung zumindest bereichsweise einen semiperme- ablen, permeablen oder porösen Porenträger, dessen dem Endabschnitt zugewendete Oberfläche die Interaktionsfläche bildet, und weist die folgenden weiteren Schritte auf:
Ableiten von Durchsetzflüssigkeit mit gelöstem und/oder suspendiertem biologischem Material und/oder einer oder mehrerer niedermolekularen Verbindungen, welches/welche den Probenträger ausgehend von dessen Interaktionsfläche durchsetzt hat/haben, und
Analysieren der Durchsetzflüssigkeit mit dem gelösten und/oder suspendierten biologischen Material und/oder der zumindest einen niedermolekularen Verbindung.
Neben einer qualitativen und/oder quantitativen Analyse der Anlagerungsvorgänge auf der Interaktionsfläche gestattet diese Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch eine Untersuchung von Diffusions-, Durchsetz- bzw. Emigrationsvorgängen durch den Probenträger der Interaktionseinrichtung. Einer derartigen Analyse ist sowohl die Durchsetzflüssigkeit zugänglich, welche die den Probenträger durchsetzte Testflüssigkeit ist, als auch gelöste und/oder suspendiertes biologisches Material und/oder niedermolekulare Verbindungen, welche die Durchsetzflüssigkeit enthält. Das " biologische Material" und die "niedermolekularen Verbindungen" sind dabei wie vorstehend definiert.
Vorzugsweise wird das Ableiten der Durchsetzflüssigkeit durch Zu- und Abfuhr einer Spülflüssigkeit bewirkt. Ein derartiges "aktives" Ableiten der Durchsetzflüssigkeit durch ein Spülen von insbesondere einer der Interaktionsfläche gegenüberliegenden Rückseite der Interaktionseinrichtung ermöglicht eine weitere Verbesserung der gezielten Steuerung der Fluidströmungsverhältnisse. Insbesondere verhindert das Ableiten der Durchsetzflüssigkeit durch Spülen mit einer Spülflüssigkeit in effektiver Weise ein Anlagern von Material an der Rück¬ seite der Interaktionseinrichtung, welche der Interaktionsfläche gegenüberliegt und von der Durchsetzflüssigkeit durchsetzt wird. Die Durchsetzflüssigkeit kann erfindungsgemäß ebenfalls mittels optischer Verfahren (wie beispielsweise durch vorstehend genannte Mikroskopie), Zeilsortierungsverfahren (z.B. FACS-Analyse) oder chemische, biochemische und/oder molekularbiologische Analyseverfahren untersucht werden.
Vorzugsweise umfaßt das Analysieren der Interaktionsfläche und/oder der Durchsetzflüssigkeit den Schritt einer optischen Analyse, insbesondere unter Verwendung eines optischen Mikroskops, und/oder den Schritt der Messung chemischer, biochemischer und/oder molekularbiologischer Parameter. Die optische Analyse richtet sich insbesondere auf Veränderungen der Interaktionsfläche selbst, d.h. Änderungen des Materials der Interaktionseinrichtung, aber auch auf Änderungen einer Oberflächenbeschichtung der Interaktionsfläche, beispielsweise Änderungen einer Schicht aus biologischen Material, welche auf der Interaktionsfläche angeordnet sein kann. Geeignete mikroskopische Analyse- und Auswertungsverfahren sind dabei wie vorstehend beschrieben.
Erfindungsgemäß sind die einzelnen Verfahrensschritte unter verschiedenen äußeren Bedingungen durchführbar. So kann die Interaktionseinrichtung beispielsweise temperiert (z.B. mittels eines begasbaren Wärmeschrank-Aufsatzes für ein Mikroskop) und/oder begast werden (z.B. mit CO2, N2 oder anderen Gasen) wobei unterschiedliche Gaspartialdrücke (beispielsweise unter Verwendung eines begasbaren Wärmeschrankaufsatzes für ein Mikroskop) eingestellt werden können. Ferner können unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten bzw. unterschiedliche Strömungspulse eingestellt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindunsgemäße Verfahren können mit oder ohne einer nachfolgenden Untersuchung der beströmten Proben verwendet werden. Beispielsweise kann eine Adhäsion, Emigration und Aggregation (Zellverklumpung) von Zellen gemessen werden. Eine Nachuntersuchung von Proben ist insbesondere durch eine Quantifizierung von angehafteten Zellen durch Auszählen, visuelle Untersuchungen nach immunhistologischen Behandlungen mit einer entsprechenden Aufbereitung (z.B. Antikörper-, Enzym-, Differentialfärbung, Goldbeladung oder ähnliches, wobei bei der Mikroskopie Fluoreszenz-, Durchlicht-, Dunkelfeld-, Elektronen- sowie Laserscanningmikroskope zum Einsatz kommen können) durch Laserscanningzytometrie, durch Nachinkubation der beströmten Oberflächen beispielsweise zur Quantifizierung und Charakterisierung von emigrierten Zellen sowie durch eine Isolierung einzelner Zellen für Patch Clamp-Untersuchungen, Einzelzell-PCR (DNA-/RNA-Analytik) oder durch selektiven Vermehrung von Zellen möglich.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Simulation von Strömungsverhältnissen in Gefäßen und/oder zur Analyse von Anlagerungsvorgängen von gelöstem und/oder suspendiertem biologischem Material und/oder einer oder mehreren niedermolekularen Verbindungen an die Interaktionsfläche bereitgestellt.
Ein Beispiel der erfindungsgemäßen Verwendung unter einem klinischen Aspeckt ist das Wundmodell. Dabei werden als Co-Kultur Endothelzellen mit beispielsweise Fibroblasten auf ECM-Proteinen kultiviert und mit den zu untersuchenden Zellen wie beispielsweise isolierten Blutzellen, Vollblut oder ähnlichem beströmt. Um eine wundähnliche Umgebung zu schaffen, können die Zellen mit Zytokinen und/oder anderen Entzündungsmarkern vorstimuliert bzw. vorinkubiert werden.
Die erfindungsgemäße Strömungsvorrichtung ist ein äußerst vielseitiges Instrument zur Untersuchung von Zelladhäsion, -aggregation und -invasion. Wie aus den vorstehend genannten Anwendungsmöglichkeiten ersichtlich ist, kann durch das Baukastensystem eine Vielzahl von unterschiedlichen Versuchsanordnungen durchgeführt werden, so daß das erfindungsgemäße Modell zur Simulation von Fluidströmungsverhältnissen zur Analyse von Anlagerungsvorgängen optimal auf die jeweilige Fragestellung abgestimmt werden kann.
Vielfältige Möglichkeiten liegen beispielsweise in der Grundlagenforschung. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann des weiteren in der zielgerichteten Be¬ arbeitung von toxikologischen Prüfungen pharmazeutischer Substanzen, aber auch von Lebensmittelzusatzstoffen, sowie im Rahmen der Entwicklung von neuen Therapeutika, insbesondere im Bereich der Entzündung und Tumor-Meta- stasierung eingesetzt werden.
Die Möglichkeiten der Beschichtung des Probenträgers erstrecken sich beispielsweise auf alle adhärent wachsenden Zellen (oder Zellen, deren Adhärenz indu- zierbar ist) sowie auf Proteine. Zur Beströmung können beispielsweise Zellen, Zellaggregate oder partikuläre Bestandteile eingesetzt werden, die in der Lage sind, zu adhärieren oder die Adhärenz von Zellen zu beinflussen.
Zur Simulation einer physiologischen Umgebung können dem Beströmungs- medium beispielsweise Plasma/Serum oder Bestandteile daraus (beispielsweise humanes oder Rinderserumalbumin) hinzugefügt werden. Darüber hinaus können auch mehrere Zelltypen gleichzeitig untersucht werden. Weiterhin kann das beströmende Fluid nach dem Ableiten von der Interaktionseinrichtung rezirkuliert werden. Ferner können Substanzen, wie beispielweise Pharmaka, deren Auswirkung auf die Anlagerung von Zellen an Gefäßwände (natürliche oder aus künstlichen Implantatmaterialien) untersucht werden soll, dem beströmenden Fluid in unterschiedlichen Konzentrationen bzw. Konzentrationsprofilen zugesetzt werden.
Wie vorstehend beschrieben sind Zellen, die mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung untersucht werden, sowohl vor als auch während einem Versuch stimulierbar. Die vorstehend genannten biologischen Materialien, insbesondere Zellmaterialien sowie zugesetztes Plasma/Serum und auch verwendete Proteine oder andere Zellbestandteile können sowohl humanen als auch tierischen bzw. pflanzlichen Ursprungs sein und/oder es können entsprechende Zellinien eingesetzt werden.
Eine weitere Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Modells zur Simulation von Fluidströmungsverhältnissen und zur Analyse von Anlagerungsvorgängen bildet die Beströmung von Zellschichten, beispielsweise Endothelien, mit sog. "Dendrimeren", d.h. mit baumartig verzweigten bzw. kaskadenartigen Makromolekülen, beispielsweise auf der Basis von Diisopropylamin- bzw. cyclischen Anhydriden, die einen Micellen-ähniichen Aufbau aufweisen, zur Untersuchung des physiologischen Transports von Biomolekülen und/oder pharmazeutisch bzw. diagnostisch aktiven Substanzen (z.B. Kontrastmittel, Vektoren, Hormone usw.) .
Noch eine weitere Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Modells zur Simulation von Fluidströmungsverhältnissen und zur Analyse von Anlagerungsvorgängen ist die Permeabilitätsmessung von Zellschichten wie beispielsweise Endothelien. Die Permeabilitätsbestimmung kann dabei auf unterschiedliche Weise erfolgen.
Eine Möglichkeit der Permeabilitätsmessung ist beispielsweise die Messung des transendothelialen Widerstandes (TER-Messung), d.h. eine Potentialmessung z.B. an adhärenten Zellschichten. Die Potentialmessung erfolgt dabei mit Hilfe vorzugsweise apikal und basolateral eingesetzter Elektroden, wobei apikal ein fester Puls (z.B. 50 bis 100 nA, 200 ms, 2,5 Hz) angelegt und so die Spannung gemessen wird, die durch die Zellen "wandert" . Der transendotheliale Widerstand Rm ergibt sich aus der gemessenen Spannung mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes aus der folgenden Gleichung (1 ) :
Transendothelialer Widerstand: Rm [Ω'cm2] = x [Ω] • AZe))schicht [cm2] (1 )
mit x (Widerstand der Zellen) : x [Ω] = I [A] / U [V]
Des weiteren kann die Permeabilitätsbestimmung direkt an Zellschichten, beispielsweise Mono- oder Dilayern, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Beströmungs- vorrichtung in Verbindung mit der Zugabe markierter Substanzen zum Beströ- mungsmedium durchgeführt werden. Beispiele geeigneter Moleküle für die Permeabilitätsbestimmung sind Dextrane und die vorstehend beschriebenen Dendrimere. Diese werden bespielsweise mit Fluoreszenzfarbstoffen wie FITC oder Radionukliden wie 125l markiert. Die Permeabilitätsbestimmung erfolgt über die Messung der durch die Zellschicht(en) hindurchtretenden Fluoreszenzintensität oder durch die hindurchtretende Radioaktivität, wobei der Permeationsprozeß zuvor und/oder während der Messung positiv oder negativ durch geeignete Substanzen wie beispielsweise Pharmazeutika beeinflußt werden kann. Der Permeabilitätskoeffizient P ergibt sich aus dem gemessenen Fluß J der markierten Substanz, der Oberfläche A0 der beobachteten Zellschicht(en) sowie der Konzentrationsdifferenz Δc zwischen den apikalen und basolateralen Anteilen der addierten Substanzen(z.B. humanes Serumalbumin (HSA) , Dextrane, Hormone usw.) mit Hilfe der folgenden Gleichung (2) :
Permeabilitätskoeffizient: P = J • A0-1 • Δc"1 [cm/s]
Die vorstehend beschriebene Perbmeabilitätsbestimmung kann beispielsweise zur Messung der Blut-Hirnschrankenfunktion an kapillaren Endothelzellen eingesetzt werden, wobei der Einfluß unterschiedlicher Faktoren bestimmt werden kann. Des weiteren kann die Permeabilität adhärenter Zellen, beispielsweise Endothelzellen (z.B. HUVEC), bestimmt werden. Hierbei kann beispielsweise der Einfluß von Zytokinen, Hormonen, des Sauerstoffgehalts usw. beobachtet werden. Femer kann die Permeabilitätsmessung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Modells zur Simulation von Fluidströmungsverhältnissen und zur Analyse von Anlagerungsvorgängen auch direkt an Gefäßen, z.B. Kapillargefäßen der Ratte, humanen Kapillaren usw., durchgeführt werden. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Permeabilitätsbestimmung können beispielsweise chronische und/oder akute Permeabilitätsstörungen beobachtet bzw. detektiert werden. Des weiteren kann die Permeabilitätsbestimmung zur speziellen Galenik pharmazeutisch wirksamer Substanzen verwendet werden. Beispielsweise kann die Hemmung der Permeabilität bei Zugabe entsprechender Permeabilitätsinhibitoren bestimmt werden. Beispiele solcher Inhibitoren sind Thrombin (bewirkt eine bis zu 30 min an- dauerne Barrierefunktionsstörung) und Histamin (bewirkt eine bis zu 3 min andauerne Barrierefunktionsstörung) .
Nachfolgend wird eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Simulation von Fluidströmungsverhältnissen zur Analyse von Anlagerungsvorgängen anhand einer bevorzugten Ausführungsform mit begleitenden Zeichnungen beispielhaft be¬ schrieben. Es zeigt:
Fig. 1 Einen schematischen Querschnitt durch ein Gefäß, welches von einer Flüssigkeit mit darin suspendiertem, biologischen Material durchströmt wird;
Fig.2 eine schematische Darstellung der Flüssigkeitsströmungsverhältnisse in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 3 eine geschnittene Explosionsansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 4 eine Schnittansicht der Ausführungsform von Figur 3 in einem teilweise zusammengebauten Zustand;
Fig. 5 eine Schnittansicht der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform in einem zusammengebauten Zustand;
Fig. 6 eine Aufsicht auf die untere Oberfläche eines ersten Halterings der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform;
Fig. 7 eine Aufsicht auf die obere Oberfläche eines zweiten Halterings der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform;
Fig. 8 eine Aufsicht auf eine untere Oberfläche des zweiten Halterings der
Ausführungsform von Figur 3;
Fig. 9 eine Aufsicht auf eine obere Oberfläche eines dritten Halterings der
Ausführungsform von Figur 3; und
Fig. 10 eine Aufsicht auf eine obere Oberfläche eines vierten Halterings der
Ausführungsform von Figur 3.
Fig. 3 zeigt eine stark schematisierte, explosionsartige Schnittansicht durch eine Ausführungsform der erfinduπgsgemäßen Vorrichtung zur Simulation von Fluidströmungsverhältnissen und zur Analyse von Anlagerungsvorgängen. Die Vorrichtung umfaßt vier Halteringe 10, 1 2, 14 und 1 6, welche durch Schrauben relativ zueinander festgelegt werden können. Die kreisförmigen Halteringe 10, 1 2, 14 und 1 6 weisen in ihren jeweiligen Mittelpunkten jeweils einen kreisförmigen Durchbruch auf. Die jeweiligen Durchbruchsachsen dieser Durchbrüche fallen mit der optischen Achse eines nicht dargestellten Mikroskops, in welche die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung betriebsmäßig eingebaut wird, betriebsmäßig zusammen. Die Halteringe 1 2, 14, 1 6 und 1 8 bestehen aus Edelstahl und Titanstahl, wobei es jedoch ebenfalls möglich ist, sie aus harten bzw. beständigen und autoklavierbaren Spezialkunststoffen zu fertigen. Die Halteringe 10, 1 2, 14 und/oder 1 6 beinhalten ferner (nicht dargestellte) Befestigungseinrichtungen, mit denen sie - und die daran festgelegten Einrichtungen - mit dem Mikroskop geeignet verbunden werden können.
Der betriebsmäßig oberste Haltering 10 dient gemeinsam mit dem zweiten Haltering 1 2 zur Festlegung einer Fluidbeströmungseinrichtung 1 8. Die Fluidbeströmungseinrichtung 18 umfaßt einen Silikonschlauch 20, welcher in einer dafür vorgesehenen Bohrung 22 eines Kondensors 24 des (nicht dargestellten) Mikroskops gelagert ist. Die Fluidbeströmungseinrichtung 1 8 umfaßt ferner ein Beströmungsbauteil 26, welches beispielsweise aus Polycarbonat hergestellt ist. Das Beströmungsbauteil 26 besteht aus einer kreisförmigen Scheibenkomponente und einer Rohrkomponente, wobei die Rohrkomponente derart in den Mittelpunkt der Scheibenkomponente eingesetzt ist, daß die Längsachse der Rohrkomponente mit der Normalenrichtung der Scheibenkomponente zusammenfällt. Das Ende der Rohrkomponente des Beströmungsbauteils 26, welches an der Scheibenkomponente festgelegt ist, bildet einen offenen Endabschnitt 28 aus welchem Fluid austreten kann. Die Scheibenkomponente des Beströmungsbauteils 26 ist zwischen dem ersten Haltering 10 und dem zweiten Haltering 1 2 festgelegt, wobei die untere Oberfläche der Scheibenkomponente gegenüber dem zweiten Haltering 1 2 mittels eines Gummi-O-Rings 32 gegenüber dem zweiten Haltering 1 2 abgedichtet ist.
Der erste Haltering 10 weist zwei Bohrung zum Durchführen von Befestigungs¬ schrauben auf (eine Schraube ist in Figur 3 dargestellt), mit denen der erste Haltering 1 0 sicher an dem zweiten Haltering 1 2 befestigt werden kann, um so die Tellerkomponente des Beströmungsbauteils 26 festzulegen. Die Rohrkomponente des Beströmungsbauteils 26 ist in den Silikonschlauch 20 eingeführt. Somit ist es möglich, ein Fluid durch die mittige Bohrung 22 des Kondensors 24 über den Silikonschlauch 20 derart in die Rohrkomponente des Beströmungsbauteils 26 zu leiten, so daß das Fluid aus dem offenen Endabschnitt 28 austritt. Der untere Bereich der Rohrkomponente des Beströmungsbauteils 26 ist von einer Verdunkelungsummantelung 30 umgeben, um Streulichteffekte bei der Fluoreszenz- und Dunkelfeldmikroskopiezu vermeiden. Die Verdunklungsumman- telung 30 wird beispielsweise aus schwarzem Kunststoff hergestellt. Alternativ kann der untere Bereich der Rohrkomponente des Beströmungsbauteils 26 auch geschwärzt ausgebildet sein, so daß diese lichtundurchlässig ist.
Das Beströmungsbauteil 26 ist in dem Bereich des offenen Endabschnitts 28, d.h. im Bereich des Ansatzes der Rohrkomponente an die Tellerkomponente des Beströmungsbauteils 26 stark vereinfacht dargestellt. Tatsächlich ist der Übergang von der Rohrkomponente zu der Tellerkomponente des Beströmungsbauteils 26 derart ausgebildet, daß im Bereich des offenen Endabschnitts 28 keine scharfen Kanten ausgebildet sind, sondern ein kontinuierlicher bzw. gleichmäßiger Übergang von der Rohrkomponente in die Tellerkomponente des Beströmungsbauteils 26 vorliegt.
Betriebsmäßig ist die in Figur 3 gezeigte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung derart in dem (nicht dargestellten) Mikroskop angeordnet, daß die Längsachse der Bohrung 22, die Längsachse des Silikonschlauches 20 und die Rohrachse der Rohrkomponente des Beströmungsbauteils 26 mit der optischen Achse des (nicht dargestellten) Mikroskops zusammenfallen. Ferner ist betriebsmäßig die optische Achse des (nicht dargestellten) Mikroskops senkrecht angeordnet, d .h. auf den Erdmittelpunkt gerichtet.
In Figur 6 ist eine Aufsicht auf die untere Oberfläche des genannten ersten Halterings 10 dargestellt, wobei der kreisförmige Durchbruch sowie die Bohrungen für die Befestigungsschrauben schematisch eingezeichnet sind. Figur 7 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine obere Oberfläche des genannten zweiten Halterings 1 2, wobei die Ausfräsung zur Aufnahme des O-Rings 32 als Punkt- Linie schematisch eingezeichnet ist. Mittels eines dritten Halterings 14, welcher über Schrauben an den zweiten Haltering 1 2 befestigt werden kann, kann ein Probenträger 34 mit der unteren Oberfläche des zweiten Halterings 1 2 in Berührung gebracht werden. Der Probenträger 34 ist beispielsweise als Membran oder als Glasplättchen ausgebildet und kann impermeable, permeable, semipermeable und/oder poröse Eigenschaften aufweisen. Die Oberfläche des Probenträgers 34 bildet eine Interaktionsfläche 36. Wird ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit, in die Fluidbeströmungseinrichtung 1 8 eingeleitet (durch die Bohrung 22 des Kondensors 24, den Silikonschlauch 20 und das Beströmungsbauteil 26), so daß das Fluid aus dem offenen Endabschnitt 28 der Fluidbeströmungseinrichtung 1 8 austritt, so wird die Interaktionsfläche 36 des Probenträgers 34 beströmt.
Das so auf die Interaktionsfläche 36 geführte Fluid wird durch einen in Figur 3 nicht dargestellten Beströmungsablauf abgeführt. Der Beströmungsablauf umfaßt ein Kanalsystem 37, welches in die untere Oberfläche des zweiten Halterings 1 2 eingefräst ist. Dieses Kanalsystem 37 ist im Detail in Figur 8 dargestellt, welche eine schematische Aufsicht auf die untere Oberfläche des zweiten Halterings 1 2 zeigt. Das über die Fluidbeströmungseinrichtung 1 8 zugeführte Fluid wird von dem inneren ringförmigen Kanal in vier sich radial nach außen erstreckende Kanäle geleitet, die ihrerseits über einen zweiten ringförmigen Kanal mit einem Beströmungsablaufstutzen 40 verbunden sind (siehe Figur 5). Das Fluid, welches über den Beströmungsablauf abgeführt wird, kann entweder zu einer (nicht dargestellten) externen Fluidanalyseeinrichtung geführt werden oder der Fluidbeströmungseinrichtung 1 8 zwecks einer Fluidrezirkulation erneut zugeführt werden.
Die Längsachse der Rohrkomponente des Beströmungsbauteils 26 durchstößt den Probenträger 34 bzw. die Interaktionsfläche 36 rechtwinklig. Betriebsmäßig ergibt sich somit bei einer Beströmung mit einer Flüssigkeit ein Strömungsbild, welches stark schematisiert in Fig. 2 gezeigt ist. Im Bereich der Bohrung 22 des Kondensors 24, des Silikonschlauchs 20 und der Rohrkomponente des Beströmungsbauteils 26 ist die Flüssigkeitsströmung im wesentlichen wandparallel bzw. laminar. Durch das Beströmen der Interaktionsfläche 36 erfährt die Flüssig- keit einen Impulsübertrag und wird zu einer Änderung ihrer Bewegungsrichtung gezwungen. Hierdurch bildet sich in der Mitte der Interaktionsfläche, welche von der Längsachse der Rohrkomponente des Beströmungsbauteils 26 durchstoßen wird, eine Staupunktströmung aus, welche von einer laminaren Strömung abweicht. Hierdurch lassen sich die eingangs beschriebenen Beströmunsgverhält- nisse zur Simulation und Untersuchung eines "gravitationsunterstützten" Beströ- mens der Interaktionsfläche durch eine Testflüssigkeit erzielen. In Figur 2 ist schematisch eine Anlagerungsuntersuchung von biologischem Material, welches in der Testflüssigkeit suspendiert ist, an die Interaktionsfläche, welche ihrerseits ebenfalls mit einem biologischen Material bedeckt ist, gezeigt.
Falls zur Herstellung des Probenträgers 34 ein permeables, semipermeables oder poröses Material gewählt wird, ist es unter Umständen für einen Teil der Testflüssigkeit, welche die Interaktionsfläche 36 beströmt, möglich, den Probenträger 34 zu durchsetzen. Diese Durchsetzflüssigkeit, welche auch suspendiertes biologisches Material bzw. niedermolekulare Verbindungen enthalten kann, wird durch eine (in Fig. 3 nicht dargestellte) Fluidableiteinrichtung abgeleitet. Hierzu wird mittels eines vierten Halterings 1 6, welcher mit Schrauben an dem dritten Haltering 14 festlegbar ist, eine Glasplatte 38 an die untere Oberfläche des dritten Halterings 1 4 angepreßt. Wie in Fig. 9 dargestellt ist, weist die untere Oberfläche des dritten Halterings 14 eingefräste Fluidkanäle auf, welche in die Fluidableiteinrichtung münden.
Ferner steht die Fluidableiteinrichtung in Fluidverbindung mit einem (nicht dargestellten) Fluidzulauf, welcher den Zufluß eines "Spülmediums" an die untere Oberfläche des Probenträgers 34 (die der Interaktionsfläche 36 gegenüberliegende Fläche des Probenträgers 34) ermöglicht. Hierdurch können emigrierte Zellen, welche die Interaktionseinrichtung, d.h. den Probenträger 34, durchsetzt haben, "geerntet" und/oder rezirkuliert werden. Hierbei wird durch einen langsamen aber kontinuierlichen Medienfluß des "Spülmediums" verhindert, daß sich die Zellen (oder sonstiges Material) auf der Glasplatte 38 festsetzen können. Das so abgeführte Durchsetzfluid und eine eventuelle Spülflüssigkeit können einer weiteren (nicht dargestellten) Analysevorrichtung zugeführt werden. Der Probenträger 34 sowie die Glasplatte 38 sind gegenüber dem dritten Halbring 14 bzw. dem vierten Haltering 1 6 mittels umlaufender Vitondichtungen abgedichtet, wie in Fig. 3 dargestellt ist.
Fig. 4 zeigt die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Figur 3 in einem teilweise zusammengebauten Zustand. Hierbei ist der erste Haltering 10 durch Schrauben mit dem zweiten Haltering 1 2 derart verbunden, daß die Tellerkomponente des Beströmungsbauteils 26 an ihrem äußeren Umfang sicher gehalten wird (siehe Fig. 4(a)) . Die Interaktionseinrichtung, welche den dritten Haltering 1 4 sowie den Probenträger 34 mit der Interaktionsfläche 36 umfaßt, kann über weitere Schrauben an dem zweiten Haltering 1 2 festgelegt werden. Der vierte Haltering 1 6, welcher zur Halterung der Glasplatte 38 dient, ist über einen weiteren Satz Schrauben mit dem dritten Haltering 14 verbunden (siehe Fig. 4 (b)).
In Fig. 5 ist schließlich in Form einer stark schematisierten Schnittansicht die vollständig zusammengebaute Ausführungsform gemäß Fig. 3 der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Ferner ist in Fig. 5 ein Beströmungsablauf- stutzen 40 schematisiert dargestellt, welcher mit dem Beströmungsablauf in Fluidverbindung steht. Ebenfalls dargestellt ist ein Fluidableitstutzen 42, welcher mit der Fluidableiteinrichtung in Fluidverbindung steht.
[Können Sie schon ein konkretes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. des Verfahrens oder der Verwendung angeben?]
Referenzen
Hakkert et al. Eur. J. Immunol. 20, 2775-2781 , 1 990.
Jones et al. J. Immunol. 1 57, 858.863, 1 996.
Scalia et al. Arterioscler. Thromb. Vase. Biol. 1 8 (7), 1093-1 1 00, 1 998. Thylόn et al. Am. J. Kidney Disease 29 (1 ), 78-85, 1 997.
Walchek et al. J. Clin. Invest 98 (5), 1 081 -1 087.
Worher et al. J. Appl. Physiol. 63 (5), 2031 -2041 , 1 987.
Xu et al. Eur. J. Immunol. , 27, 2935-2941 , 1 997.
Bezugszeichenliste
1 0 erster Haltering
1 2 zweiter Haltering
14 dritter Haltering
1 6 vierter Haltering
1 8 Fluidbeströmungseinrichtung
20 Silikonschlauch
22 Bohrung des Kondensors
24 Kondensor des Mikroskops
26 Beströmungsbauteil
28 offener Endabschnitt
30 Verdunklungsummantelung
32 O-Ring
34 Probenträger
36 Interaktionsfläche
37 Kanalsystem des Beströmungsablaufs
38 Glasplatte
40 Beströmungsablaufstutzen
42 Fluidableiteinrichtungsstutzen

Claims

Ansprüche
Vorrichtung zur Simulation von Fluidströmungsverhältnissen und zur Analyse von Anlagerunsgvorgängen auf zumindest einer Interaktionsfläche (36) mit einer Interaktionseinrichtung mit zumindest der Interaktionsfläche (36), zumindest einer rohrförmigen Fluidbeströmungseinrichtung (1 8), welche einen zu der Interaktionsfläche (36) beabstandeten, offenen Endabschnitt (28) zum Austritt eines Fluids umfaßt und deren Längsachse die Interaktionsfläche (36) in einem Durchstoßwinkel größer null Grad durchsetzt, wobei die Fluidbeströmungseinrichtung (1 8) die Interaktionsfläche (36) derart mit dem Fluid beströmt, daß das aus dem Endabschnitt (28) ausströmende Fluid eine Bewegungskomponente aufweist, die auf den Erdmittelpunkt gerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Interaktionsfläche (36) zumindest bereichsweise eben ist und die Längsachse der Fluidbeströmungseinrichtung (1 8) an dem Endabschnitt die Interaktionsfläche (36) senkrecht durchsetzt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Interaktionseinrichtung zumindest einen Probenträger (34) aufweist, dessen dem Endabschnitt (28) zugewandte Oberfläche die Interaktionsfläche (36) bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Probenträger (34) zumindest bereichsweise impermeabel, permeabel, semipermeabel oder porös ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Probenträger (34) eine Membran oder ein Glasplättchen ist. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei entlang der Längsachse der Fluidbeströmungseinrichtung (1 8) an dem Endabschnitt (28) hinter der Interaktionseinrichtung zumindest eine Fluidableiteinrichtung (42) angeordnet ist, welche zur Ableitung von die Interaktionseinrichtung durchsetzendem Material ausgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Fluidableiteinrichtung (42) zumindest einen Fluidzulauf umfaßt.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche mit einer Beobachtungseinrichtung zur Beobachtung von zumindest einem Bereich der Interaktionsfläche (36) .
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Beobachtungseinrichtung ein Mikroskop mit einem Kondensor (24) umfaßt, welcher zumindest zur bereichsweisen Lagerung der Fluidbeströmungseinrichtung (1 8) ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Interaktionseinrichtung zumindest einen Beströmungsablauf (37, 40) umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Beströmungsablauf (37, 40) mit einer Fluidanalyseeinrichtung in Fluidverbindung steht.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 1 1 , wobei der Beströmungsablauf (37, 40) mit einem Beströmungszulauf der Fluidbeströmungseinrichtung (1 8) zur zumindest teilweise zirkulierenden Beströmung der Interaktionsfläche (36) in Fluidverbindung steht.
Verfahren zur Simulation von Fluidströmungsverhältnissen in Gefäßen und zur Analyse von Anlagerungsvorgängen auf zumindest einer Interaktionsfläche (36) einer Interaktionseinrichtung, vorzugsweise unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, mit den
Schritten:
Beströmen der Interaktionsfläche (36) mit einer Testflüssigkeit, in welcher zu untersuchendes biologisches Material und/oder ein oder mehrere niedermolekulare Verbindungen suspendiertund/oder gelöst ist/sind, unter Verwendung einer rohrförmigen Fluidbeströmungseinrichtung (18) mit einem offenen Endabschnitt (28), derart, daß die aus dem Endabschnitt (28) ausströmende Testflüssigkeit eine Bewegungskomponente aufweist, die auf den Erdmittelpunkt gerichtet ist; und
Analysieren der Interaktionsfläche (36) und/oder der Testfüssigkeit nach einer Interaktion mit der Interaktionsfläche (36) .
Verfahren nach Anspruch 1 3 mit dem weiteren Schritt eines Anordnens eines biologischen Materials an die Interaktionsfläche (36) der Interaktionseinrichtung.
Verfahren nach Anspruch 1 3 oder 14, wobei die Interaktionseinrichtung zumindest einen zumindest bereichsweise semipermeablen, permeablen oder porösen Probenträger (34) umfaßt, dessen dem Endabschnitt zugewandte Oberfläche die Interaktionsfläche (36) bildet, und das Verfahren weiter umfaßt:
Ableiten von Durchsetzflüssigkeit mit gelöstem und/oder suspendiertem biologischen Material und/oder einer oder mehreren niedermolekularen Verbindungen, welches den Probenträger (34) ausgehend von dessen Interaktionsfläche (36) durchsetzt hat; und Analysieren der Durchsetzflüssigkeit mit dem gelösten und/oder suspendierten biologischen Material und/oder einer oder mehreren niedermolekularen Verbindungen.
Verfahren nach Anspruch 1 5, wobei das Ableiten der Durchsetzflüssigkeit durch Zu- und Abfuhr einer Spülflüssigkeit bewirkt wird. Verfahren nach Anspruch 1 3 bis 1 6, wobei das Analysieren der Interaktionsfläche und/oder der Durchsetzflüssigkeit den Schritt einer optischen Analyse und/oder den Schritt der Messung chemischer, biochemischer und/oder molekularbiologischer Parameter umfaßt.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Simulation von Strömungsverhältnissen in Gefäßen und/oder zur Analyse von Anlagerunsvorgängen von gelöstem und/oder suspendiertem biologischen Material und/oder einer oder mehreren niedermolekularen Verbindungen an die Interaktionsfläche (36) .
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7214662B2 (en) * 2001-11-27 2007-05-08 Zentaris Gmbh Injectable solution of an LHRH antagonist

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009035502A1 (de) 2009-07-30 2011-02-03 Universitätsklinikum Jena Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung der Bewegung und Anlagerung von Zellen und Partikeln an Zell-, Gewebe- und Implantatschichten bei der Simulation von Flussbedingungen
DE102013200613A1 (de) * 2013-01-16 2014-07-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen einer Stärke einer Adhäsion eines biologischen Materials
DE102014103706B4 (de) * 2014-03-18 2018-05-30 Pratap Banerjee Vorrichtung zur Simulation gynäkologischer Operationen

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2059051A (en) * 1979-07-18 1981-04-15 Strahlen Umweltforsch Gmbh An apparatus for measuring the aggregation of dispersed particles
WO1994006010A1 (de) * 1992-09-02 1994-03-17 Reinhard Teichmann Verfahren und vorrichtung zur in-vitro-prüfung von einwirkungen auf biologische strukturen

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1919628C3 (de) * 1969-04-18 1975-04-10 Wolfgang Prof. Dr. Dittrich Anordnung zum automatischen Zählen und/oder Klassifizieren von in einem strömungsfähigen Medium dispergierten Teilchen
DD218959A1 (de) * 1983-07-04 1985-02-20 Univ Leipzig Vorrichtung zur photometrischen messung mechanischer eigenschaften von biologischen partikeln
DD216541A1 (de) * 1983-07-04 1984-12-12 Univ Leipzig Verfahren zur photometrischen messung mechanischer eigenschaften von biologischen partikeln
DE3736027A1 (de) * 1987-10-24 1989-05-03 Gerhard Dipl Phys Artmann Verfahren zur ermittlung der zu einem bestimmten zeitpunkt vorliegenden form von zellen und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
DE3836654A1 (de) * 1987-10-30 1989-05-11 Franke Ralf Peter Verfahren zur erfassung der toxizitaet bzw. zellprotektiver eigenschaften physiologisch wirksamer substanzen
DE4440383A1 (de) * 1994-11-11 1996-05-15 Stephan Prof Dr Rer Nat Nees Verfahren und Einrichtung zur Durchführung von in vitro Untersuchungen zum mikrorheologischen Verhalten von humanem Blut in Gegenwart gezüchteter Endothelzellen

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2059051A (en) * 1979-07-18 1981-04-15 Strahlen Umweltforsch Gmbh An apparatus for measuring the aggregation of dispersed particles
WO1994006010A1 (de) * 1992-09-02 1994-03-17 Reinhard Teichmann Verfahren und vorrichtung zur in-vitro-prüfung von einwirkungen auf biologische strukturen

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LAWRENCE M B, SPRINGER T A: "Leukocytes Roll on a Selectin at Physiologic Flow Rates: Distinction from and Prerequisite for Adhesion through Integrins", CELL, vol. 65, 31 May 1991 (1991-05-31), pages 859 - 873, XP001024391 *
XIA Z, GOLDSMITH H L, VAN DE VEN T G M: "Kinetics of Specific and Nonspecific Adhesion of Red Blood Cells on Glass", BIOPHYSICAL JOURNAL, vol. 65, no. 3, September 1993 (1993-09-01), pages 1073 - 1083, XP001028255 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7214662B2 (en) * 2001-11-27 2007-05-08 Zentaris Gmbh Injectable solution of an LHRH antagonist

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