WO2012045687A1

WO2012045687A1 - Strukturen zur nachbildung eines sinusoids und verfahren zu ihrer herstellung

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Publication number: WO2012045687A1
Application number: PCT/EP2011/067170
Authority: WO
Inventors: Andreas Schober; Michael Gebinoga; Frank Weise; Jörg HAMPL; Uta Fernekorn
Original assignee: Technische Universität Ilmenau
Priority date: 2010-10-05
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2012-04-12
Also published as: DE102010037968A1; DE112011103354A5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Struktur zur Nachbildung eines kleinen Blutgefäßes in Form eines Sinusoids, wie es beispielsweise in einer Leber, in einer Milz oder in einem Knochenmark eines Tieres oder eines Menschen vorkommt. Im Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Struktur. Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Struktur zeichnet sich dadurch aus, dass sie mehrere übereinander angeordnete Schichten (01, 03) aus einem porösen Material umfasst. Zwischen den Schichten (01, 03) ist jeweils ein Zwischenraum (04) ausgebildet. Hierbei weisen die Schichten (01, 03) eine Kokultur der bei dem nachzubildenden Sinusoid vorhandenen Zellspezies auf, indem auf mindestens einer der Schichten (01) eine erste Zellspezies angeordnet ist, während auf mindestens einer anderen der Schichten (03) eine zweite Zellspezies angeordnet ist. Weiterhin sind in den Schichten (01, 03) Kanäle (05) ausgebildet, welche die Zwischenräume (04) verbinden und zur Weiterleitung eines Fluids, wie Blut ausgebildet sind. Die Kanäle (05) benachbarter der Schichten (01, 03) sind versetzt zueinander angeordnet, wodurch ein durch die Kanäle (05) fließendes Fluid gezwungen wird, beim Fließen von einer der Schichten (03) in die unmittelbar darüber angeordnete Schicht (01) den Zwischenraum (04) parallel zu den Schichten (01, 03) zu durchfließen.

Description

Strukturen zur Nachbildung eines Sinusoids

und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die Erfindung betrifft eine Struktur zur Nachbildung eines kleinen Blutgefäßes in Form eines Sinusoids, wie es

beispielsweise in einer Leber, in einer Milz oder in einem Knochenmark eines Tieres oder eines Menschen vorkommt. Im Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Struktur.

Bis in die Gegenwart werden in vi ro-Untersuchungen an Zellen vorwiegend auf der Grundlage 2-dimensionaler Kulturen durchgeführt. In den letzten Jahren erlebte jedoch das Gebiet der organnahen Zellkultur in der Forschung einen Boom. Der technologische Durchbruch steht wegen der mangelnden Verfügbarkeit komplexer Systeme und deren Validierung noch aus.

In dem Artikel von Kobayashi, H., et al . : „Acquired multi- cellular-mediated resistance to alkylating agents in cancer" in Proc. Natl. Acad. Sei. USA, Band 90, S. 3294-3298, 1993 und in dem Artikel von Li, A.P.: „A review of the common

properties of drugs with idiosyncratic hepatotoxicity and the ^'multiple determinant hypothesis' for the manifestation of idiosyncratic drug toxicity" in Chemico-Biological

Interactions 142 (2002), S. 7-23 ist beschrieben, dass 3- dimensionale Kulturen gegenüber 2-dimensionalen Kulturen dramatische Unterschiede zeigen. Dies zeigte sich bei der Kultivierung von MCTS (Multicellular Tumor Spheroids - Multizelluläre Tumorsphäroiden) . Die induzierte Wirkstoff^¬ resistenz der MCTS ging bei der Kultivierung als 2- dimensionaler Monolayer wieder vollständig verloren. Derartige Phänomene werden durch IADRs (Idiosyncratic adverse drug reactions - Idiosynkratische Arzneimittelschäden) bei

Medikamenten bestätigt. Positive Reaktionen von Medikamentenkandidaten in 2-dimensionalen Kulturen und Tierversuchen führten schließlich zur Markteinführung. Auf Grund der IADRs mussten zahlreiche Medikamente jedoch schnell wieder vom Markt genommen werden, da eine weitere Nutzung aus Sicherheits^¬ gründen nicht mehr zu vertreten war. Hauptgründe waren dabei Hepatotoxizität und gravierende Herz-Kreislaufprobleme.

Selbstverständlich wird in der Medikamententestung auch auf Hepatotoxizität getestet, aber es zeigte sich, dass neben einer auch in normalen 2-D-Kulturen fassbaren Toxizität eine anders gelagerte Reaktion in Form eines IADR eintreten kann. Diese IADR zeichnet sich durch unklare Dosis- Wirkungsbeziehungen bzw. Einwirkzeit-Wirkungsbeziehung und einen unbekannten Wirkungsmechanismus beim Menschen aus. IADRs verursachen ohne Vorwarnung eine nicht vorhersagbare

Hepatotoxizität bei bestimmten Individuen. Aufgrund der unterschiedlichen Wirkstoffresistenzen von MCTS in 2-D bzw. 3-D kann man erwarten, dass die Sicherheitsproblematik der aus dem Markt genommenen Medikamente zum Teil durch zeitige

Testung in 3-D-Zellkulturmodellen früher erkannt worden wären.

Genexpressionsstudien von 2-D- versus 3-D-wachsenden Zellen zeigen ebenfalls deutliche Unterschiede. Mit dieser Thematik befassen sich die Artikel von Li, S. et al . : „Genomic analysis of smooth muscle cells in three-dimensional collagen matrix" in FASEB Journal, 10.1096/f .02-0256f e, 15. November 2002 sowie Olsavsky, K.M. et al . : „Gene expression profiling and differentiation assessment in primary human hepatocyte

cultures, established hepatoma cell lines, and human liver tissues" in Toxicol. Appl . Pharmacol. 222: S. 42-56, 2007. Echte Sinusoide wurden bis jetzt nicht oder nur unvollständig in Silizium abgebildet. Hier sei auf den Artikel von Powers MJ. et al . : „A microfabricated array bioreactor for perfused 3D liver culture" in Biotechnol Bioeng, Ausgabe 78(3), S. 257- 269, 05.05.2002 verwiesen.

Studien belegen den unmittelbaren Einfluss der extrazellulären Umgebung auf das Wachstum und das Anordnungsverhalten von Zellen. In diesem Zusammenhang wird auf den Artikel von

Hoehme, S. et al . , „Prediction and Validation of cell

alignment along microvessels as order principle to restore tissue architecture in liver regeneration . " in Proc Natl A-cad Sei USA, Band 107, Nr. 23, S. 10371-10376, 08.06.2010 verwiesen. Die extrazelluläre Umgebung beinhaltet dabei nicht nur das jeweilige Bindegewebe, sondern auch den heterogenen Verband weiterer Zellen. Für die geometrische Nachbildung

beispielsweise eines Lebersinusoids ist die Anordnung der Kapillarstrukturen, die zur Versorgung der Leberzellen (Hepa- tozyten) dienen, elementar. Diese Blutkapillaren sind von extrazellulären Matrixproteinen wie Collagen und Bindegewebszellen (Endothelzellen) ausgekleidet. Die Regenerationsfähigkeit der Hepatozyten hängt wesentlich von der richtigen Lage der Endothelzellen ab. So ist gerade die Vernarbung der Leber bei schweren Erkrankungen ein limitierender Faktor, der letztlich zur Zerstörung des Gewebes führen kann.

In Gerlach, J. C. et al . „Recovery of Preservation-Injured Primary Human Hepatocytes and Nonparenchymal Cells to Tissue- like Structures in Large-Scale Bioreactors for Liver Support: An Initial Transmission Electron Microscopy Study", Journal of Investigative Surgery, 16:83-92, 2003 ist eine als Bioreaktor bezeichnete Struktur beschrieben, welche ineinander verwobene und in ein Gehäuse eingegossene Kapillarbündel umfasst. Die Kapillarbündel können unabhängig voneinander perfundiert werden und dienen unterschiedlichen Zwecken. Aus Polyether- sulfon bestehende Hohlfasermembranen dienen der Perfusion mit Nährmedium oder - während der Therapie - mit Plasma des behan^¬ delten Patienten. Hydrophobe Kapillaren dienen der dezentralen Oxygenierung . Der Raum zwischen den Hohlfaserkapillaren kann mit Leberzellen gefüllt werden. Die Struktur dient u. a.

dafür, Patienten, welche auf eine Lebertransplantation warten, bis zum Eintreffen des Organs zu behandeln.

In Schober, A. et al . "Microfluids and biosensors as tools for NanoBioSystems research with applications in the Life

Science", Materials Science and Engineering B 169 (2010) 174- 181 sind 3D-Strukturen aus Polycarbonat oder Polymethylmeth- acrylat zur Züchtung von HepG2-Zellen beschrieben. Diese

Strukturen bestehen aus polymeren Trägern und weisen Kanäle auf. Es kann poröses Material verwendet werden, um eine opti^¬ male Perfusion zu erreichen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin eine sinusoide Struktur nachzubilden, wobei neben der

Abbildung der geometrischen Verhältnisse eine Kokultivierung verschiedener Zellspezies, wie beispielsweise von Endothel- zellen und Hepatozyten, innerhalb sinusoider Strukturen erfolgen soll. Dabei muss ein Stofftransport , unter anderem von Signalpeptiden und Nährstoffen zwischen den verschiedener Zellspezies, wie beispielsweise Endothelzellen und Hepato^¬ zyten, gewährleistet sein.

Zur Lösung der Aufgabe dienen Strukturen zur Nachbildung eines Sinusoids nach den beigefügten unabhängigen Ansprüchen 1 und 5. Weiterhin gelingt die Lösung der Aufgabe durch ein

Verfahren gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 10. Eine erste Aus führungs form der erfindungsgemäßen Struktur zeichnet sich zunächst dadurch aus, dass sie mehrere

übereinander angeordnete Schichten aus einem porösen Material umfasst. Zwischen den Schichten ist jeweils ein Zwischenraum ausgebildet. Hierbei weisen die Schichten eine Kokultur der bei dem nachzubildenden Sinusoid vorhandenen Zellspezies auf, indem auf mindestens einer der Schichten eine erste

Zellspezies angeordnet ist, während auf mindestens einer anderen der Schichten eine zweite Zellspezies angeordnet ist.

Die Zellspezies können dabei auch teilweise in die Schichten hineingewachsen sein. Die die erste Zellspezies tragende

Schicht und die die zweite Zellspezies tragende Schicht sind bevorzugt unmittelbar übereinander angeordnet. Weiterhin sind in den Schichten Kanäle ausgebildet, welche die Zwischenräume jeweils über und unter der Schicht verbinden und zur

Weiterleitung eines Fluids, wie Blut ausgebildet sind. Die Kanäle besitzen bevorzugt einen Querschnitt, welcher vielfach so groß wie der Querschnitt der einzelnen Poren ist. Die

Kanäle benachbarter der Schichten sind versetzt zueinander angeordnet, sodass zumindest einige der Kanäle einer der

Schichten nicht in die Kanäle der unmittelbar darüber

angeordneten Schicht münden, wodurch ein durch die Kanäle fließendes Fluid gezwungen wird, beim Fließen von einer der Schichten in die unmittelbar darüber angeordnete Schicht den

Zwischenraum parallel zu den Schichten zu durchfließen. Dabei fließt das Fluid über die Zellen der Zellspezies, sodass die Zellen in hohem Maße von Fluid umströmt werden. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Struktur besteht darin, dass auf verhältnismäßig einfache Art und Weise eine sinusoide Struktur nachgebildet werden kann. Hierzu müssen die

entsprechenden Zellen - im einfachsten Fall als 2-dimensionale Kultur - auf den einzelnen Schichten vorkultiviert und

anschließend als 3-dimensionale Kultur durch Aufeinander^¬ stapeln zusammengesetzt werden. Durch die entsprechende

Anordnung der Kanäle wird das Gefäßsystem abgebildet. Das poröse Material der Schichten ermöglicht einen diffusiven und konvektiven Transport von Nährstoffen zwischen den

verschiedenen Zellspezies. Mit der erfindungsgemäßen Lösung steht eine seit langem benötigte 3-dimensionale Struktur, beispielsweise zur Testung neuer Medikamente, zur Verfügung.

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn die Kanäle in den Schichten derart angeordnet sind, dass eine mäanderförmige Umlenkung der Fluidströme erfolgt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die gesamte Oberfläche vom Fluid über- strömt wird. Hierfür bilden die Kanäle und die Zwischenräume zwischen den Schichten ein mäanderförmiges Kanalsystem zur Leitung eines Fluidstromes aus.

Bevorzugt umfasst die Struktur eine Vielzahl der Schichten, wobei die die erste Zellspezies tragenden Schichten und die die zweite Zellspezies tragenden Schichten abwechselnd

übereinander angeordnet sind. Die Schichten mit den darin angeordneten Kanälen sind bevorzugt gleich ausgebildet, wobei die Kanäle aller der die erste Zellspezies tragenden Schichten fluchtend übereinander angeordnet sind, und auch die Kanäle aller der die zweite Zellspezies tragenden Schichten fluchtend übereinander angeordnet sind. Die die erste Zellspezies tragenden Schichten sind gegenüber den die zweite Zellspezies tragenden Schichten in einer Richtung parallel zu den

Schichten versetzt, wodurch deren Kanäle versetzt zueinander angeordnet sind. Die Schichten sind bevorzugt eben und flach, beispielsweise plattenförmig . Die Kanäle sind bevorzugt durch Öffnungen oder Löcher in den Schichten gebildet, welche senkrecht zur

Haupterstreckungsrichtung der Schichten verlaufen. Die

Schichten umfassen bevorzugt jeweils eine Vielzahl der Kanäle.

Die Kanäle sind bevorzugt jeweils regelmäßig in den Schichten angeordnet, wofür der /Abstand einer der Kanäle zu den

unmittelbar benachbarten Kanälen jeweils gleich ist. Der Zwischenraum zwischen den Schichten wird bevorzugt dadurch gewährleistet, dass auf den Schichten TAbstandshalter

angeordnet sind. Die TAbstandshalter sind bevorzugt einstückig mit den Schichten ausgebildet. Dabei sind die TAbstandshalter besonders bevorzugt durch Stege gebildet, welche sich

strahlenartig von den einzelnen Kanälen in einer Ebene

senkrecht zu den Kanälen erstrecken, wobei die Stege kürzer als der halbe TAbstand zum unmittelbar benachbarten Kanal sind. Die Stege beeinflussen die Strömung des Fluids in dem

jeweiligen der Zwischenräume parallel zu den Schichten, sodass gewährleist werden kann, dass das Fluid die Zwischenräume gleichmäßig durchströmt.

Nach einer bevorzugten Aus führungs form kommt eine Kokultur aus Endothelzellen und Hepatozyten zum Einsatz. Hierfür ist die erste Zellspezies durch Endothelzellen und die zweite

Zellspezies durch Hepatozyten gebildet. Mit derartigen

Aus führungs formen lassen sich Lebersinusoide nachbilden.

Bei einer vorteilhaften Aus führungs form bestehen die Schichten aus porösen Folien. In diesem Zusammenhang hat sich insbesondere der Einsatz von Kunststofffolie als günstig erwiesen. Solche mit Poren versehene Kunststofffolien lassen sich mittels spezieller Kunststoffformverfahren verhältnismäßig aufwandsarm fertigen. Dem Anmelder steht ein selbst entwickeltes Verfahren zur Fertigung poröser Kunststofffolien zur Verfügung.

Die Schichten, beispielsweise in Form von Kunststofffolien weisen eine Dicke von bevorzugt weniger als 50 μπι, besonders bevorzugt zwischen 20 μπι und 40 μπι auf. Die Kanäle besitzen jeweils einen Durchmesser von bevorzugt zwischen 10 μπι und 200 μπι, besonders bevorzugt zwischen 50 μπι und ΙΟΟμπι. Die Zwischenräume weisen eine Höhe von bevorzugt weniger als

30 μπι, besonders bevorzugt zwischen 5 μπι und 20 μπι auf.

Insofern die Zwischenräume durch die Abstandshalter

gewährleistet werden, weisen die Abstandhalter eine Höhe von bevorzugt weniger als 30 μπι, besonders bevorzugt zwischen 5 μπι und 20 μπι auf.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient der Herstellung der oben beschriebenen Aus führungs form der erfindungsgemäßen Struktur. In einem Schritt des Verfahrens wird eine erste Zellspezies auf mindestens einer aus einem porösen Material bestehenden Schicht angeordnet, bevorzugt dadurch, dass die erste

Zellspezies auf der einen oder den mehreren Schichten

vorkultiviert wird. In der einen oder den mehreren Schichten sind Kanäle zur Weiterleitung eines Fluids ausgebildet.

Weiterhin wird eine zweite Zellspezies auf mindestens einer weiteren aus einem porösen Material bestehenden Schicht angeordnet, bevorzugt dadurch, dass die zweite Zellspezies auf der einen oder den mehreren weiteren Schichten vorkultiviert wird. In der einen oder den mehreren weiteren Schichten sind Kanäle zur Weiterleitung eines Fluids ausgebildet.

Anschließend wird die die erste Zellspezies tragende Schicht über der die zweite Zellspezies tragenden Schicht angeordnet, wobei die Kanäle benachbarter, d. h. unmittelbar übereinander liegender der Schichten versetzt zueinander angeordnet werden Weiterhin verbleibt zwischen den Schichten jeweils ein

Zwischenraum. Die Zwischenräume sind durch die Kanäle

verbunden. Für bevorzugte Aus führungs formen des Verfahrens werden Komponenten verwendet, welche die Merkmale der

bevorzugten Aus führungs formen der oben beschriebenen Struktur aufweisen .

Eine weitere Aus führungs form der erfindungsgemäßen Struktur zeichnet sich dadurch aus, dass sie erste Kavitäten zur

Aufnahme einer ersten Zellspezies und zweite Kavitäten zur Aufnahme einer zweiten Zellspezies aufweist. Die Struktur besteht aus einem porösen Material, bevorzugt aus einem mit Poren versehenen Polymerwerkstoff. Die ersten und die zweiten Kavitäten sind in das Material eingeformt, bevorzugt dadurch, dass das Material als Folie ausgebildet ist, die plastisch verformt ist. Dabei sind die ersten Kavitäten auf einer ersten Seite der Struktur in das Material eingeformt, während die zweiten Kavitäten auf einer zweiten Seite der Struktur in das Material eingeformt sind. Das Material bildet Wandungen der Kavitäten aus. Dabei bilden Abschnitte des Materials auf einer ersten Seite des Materials Wandungen der ersten Kavitäten, welche gleichzeitig auf einer zweiten Seite des Materials Wandungen der zweiten Kavitäten ausbilden. Damit bilden diese Abschnitte des Materials unmittelbar eine Trennwand zwischen den ersten Kavitäten und den zweiten Kavitäten aus. Diese Abschnitte sind bevorzugt senkrecht zur

Haupterstreckungsrichtung der Struktur ausgerichtet. Zwischen der ersten Seite der Struktur und der zweiten Seite der

Struktur sind Kanäle zur Weiterleitung eines Fluids,

beispielsweise von Blut ausgebildet. Die Kanäle besitzen bevorzugt einen Querschnitt, welcher vielfach so groß wie der Querschnitt der einzelnen Poren ist. Die Kanäle sind bevorzugt senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Struktur

ausgerichtet. Die Wandungen der Kanäle sind jeweils zumindest teilweise durch Abschnitte des Materials auf der ersten Seite des Materials gebildet, durch welche auf der zweiten Seite des Materials Wandungen der zweiten Kavitäten gebildet sind. Damit bilden diese Abschnitte des Materials unmittelbar eine

Trennwand zwischen Kanälen und den zweiten Kavitäten aus.

Diese Abschnitte des Materials sind bevorzugt senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung der Struktur angeordnet.

Die Kavitäten weisen bevorzugt die Form eines einseitig offenen Gefäßes auf, beispielsweise eines einseitig offenen geraden Prismas oder eines einseitig offenen geraden Zylinders im allgemeinen Sinne.

Auch mit dieser Aus führungs form der erfindungsgemäßen Lösung lassen sich echte Sinusoide realitätsnah nachbilden, was nicht zuletzt daran liegt, dass auch bei der hier vorgeschlagenen Struktur menschlich primäre Zellen zum Einsatz kommen.

Nach einer bevorzugten Aus führungs form weist die Struktur eine Kokultur aus Endothelzellen und Hepatozyten auf. Hierbei ist in den ersten Kavitäten die durch die Hepatozyten gebildete erste Zellspezies und in den zweiten Kavitäten die durch die Endothelzellen gebildete zweite Zellspezies angeordnet. In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders günstig erwie^¬ sen, wenn die ersten Kavitäten um ein Vielfaches größer als die zweiten Kavitäten sind. Auf diese Weise steht für die vorzugsweise 3-dimensional angeordneten Hepatozyten ausrei- chend Platz zur Verfügung. Die bevorzugt 2-dimensional zu kultivierenden Endothelzellen haben einen geringeren Platzbedarf und können daher in kleineren Kavitäten angeordnet werden . Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausführung wird als Material für die Struktur Kunststoff verwendet. Kunststoff eignet sich besonders gut, weil die erforderlichen Strukturen aufwandsarm und somit auch preiswert gefertigt werden können. Das

bevorzugt als Kunststofffolie ausgebildete Material weist eine Dicke von bevorzugt weniger als 50 μπι, besonders bevorzugt zwischen 20 μπι und 40 μπι auf. Die Kanäle besitzen jeweils einen Durchmesser von bevorzugt zwischen 100 μπι und 1000 μπι, besonders bevorzugt zwischen 400 μπι und 600 μπι. Die ersten

Kavitäten weisen einen Durchmesser von bevorzugt von bevorzugt zwischen 100 μπι und 1000 μπι, besonders bevorzugt zwischen 400 μπι und 600 μπι auf. Die zweiten Kavitäten weisen eine mittlere Breite von bevorzugt von bevorzugt zwischen 20 μπι und 100 μπι, besonders bevorzugt zwischen 40 μπι und 60 μπι auf.

Sämtliche Aus führungs formen der erfindungsgemäßen Strukturen lassen sich vorzugsweise in Bioreaktoren bzw. MTP (Mikrotiter- platte) Inserts einsetzen.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung

bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1: eine erfindungsgemäße Struktur in einer ersten

Aus führungs form; und

Fig. 2: eine erfindungsgemäße Struktur in einer zweiten

Aus führungs form.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Struktur in einer ersten Aus führungs form. Die erfindungsgemäße Struktur umfasst mehrere übereinander gestapelte erste Schichten Ol und zweite

Schichten 03, welche einander abwechselnd angeordnet sind. Die ersten und zweiten Schichten 01, 03 bestehen aus einem porösem Material. Es wird vorzugsweise Kunststofffolie als Material für die Schichten 01, 03 eingesetzt. Die übereinander

gestapelten ersten und zweiten Schichten 01, 03 dienen

vorzugsweise als Träger einer Kokultur aus Endothelzellen und Hepatozyten. Die ersten Schichten 01 dienen zur Aufnahme der Hepatozyten. Die zweiten Schichten 03 tragen die

Endothelzellen. Die einzelnen Schichten 01, 03 werden mit den Endothelzellen bzw. Hepatozyten im einfachsten Fall als 2- dimensionale Kultur vorkultiviert. Natürlich können auch 3- dimensionale Kulturen verwendet werden. Durch

Übereinanderanordnen der ersten und zweiten Schichten 01, 03 entsteht eine 3-dimensionale Kultur. Zwischen den ersten und zweiten Schichten 01, 03 verbleiben hohle Zwischenräume 04. Die ersten und zweiten Schichten 01, 03 sind mit Kanälen 05 versehen, welche die Zwischenräume 04 verbinden. Die Kanäle 05 der ersten Schichten 01 sind hierbei versetzt zu den Kanälen 05 der zweiten Schichten 03 angeordnet. Durch die Kanäle 05 und die Zwischenräume 04 sind Fluidstöme 07 geführt. Durch die Anordnung der Kanäle 05 erfolgt eine mäanderförmige Umlenkung der Fluidströme 07 durch die Kanäle 05 und die Zwischenräume 04. Infolge dieser Umlenkung erfolgt eine gute Umspülung der einzelnen Schichten 01, 03. Wie bei der in-vivo Situation werden Fluidstöme an den Endothelzellen und Hepatozyten vorbeigeführt. Die Kanäle 05 dienen zur Abbildung des

nachzubildenden Gefäßsystems. Durch Verwendung eines porösen Materials für die ersten und zweiten Schichten 01, 03 wird der diffusive und konvektive Transport von Nährstoffen zwischen den einzelnen Zellen ermöglicht. Auf den ersten und zweiten Schichten 01, 03 sind Stege 08 ausgebildet, welche als Abstandshalter zwischen den ersten und den zweiten Schichten 01, 03 fungieren, sodass die

Zwischenräume 04 gewährleistet sind.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Struktur in einer zweiten Aus führungs form. Die erfindungsgemäße Struktur besteht

wiederum aus einem porösen Material, insbesondere aus einer mit Poren versehenen Kunststofffolie . Die Struktur umfasst auf ihrer oberen Seite erste Kavitäten 09 zur Aufnahme einer ersten Zellspezies. Weiterhin ist die Struktur auf ihrer unteren Seite noch mit zweiten Kavitäten 11 zur Aufnahme einer zweiten Zellspezies versehen. Die zweiten Kavitäten 11 sind zwischen den ersten Kavitäten 09 angeordnet, sodass Abschnitte der Kunststofffolie als Trennwand zwischen den ersten

Kavitäten 09 und den zweiten Kavitäten 11 fungieren. Wie beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt auch hier die Nachbildung eines Lebersinusoids . Als Kokultur wird daher auch in diesem Fall eine Kokultur aus Endothelzellen und Hepatozyten verwendet. Die ersten Kavitäten 09 dienen zur Aufnahme der Hepatozyten und die zweiten Kavitäten 11 nehmen die

Endothelzellen auf. Fig. 2 kann entnommen werden, dass bei dieser Aus führungs form die ersten Kavitäten 09 um ein Vielfaches größer als die zweiten Kavitäten 11 sind. Für die ersten Kavitäten 09 hat sich eine ovale Formgebung als günstig erwiesen. Die Hepatozyten sind in der Regel 3-dimensional angeordnet. Die Endothelzellen lassen sich dagegen besser 2- Dimensional kultivieren. Bei der gezeigten Aus führungs form sind die zur Aufnahme der Hepatozyten dienenden ersten

Kavitäten 09 zur Oberseite hin geöffnet, während die zur

Aufnahme der Endothelzellen dienenden zweiten Kavitäten 11 zur Unterseite hin geöffnet sind. Die Struktur ist weiterhin mit Kanälen 05 versehen, welche verteilt zwischen den ersten und zweiten Kavitäten 09, 11 angeordnet sind. Die Kanäle 05 sind durch Abschnitte der Folie gebildet, die gleichzeitig eine Wand für die zweiten Kavitäten 11 bilden. Dabei ist die erste Seite der Folie in diesen Abschnitten der Folie in den

Innenraum der Kanäle 05 gerichtet, während die zweite Seite der Folie in diesen Abschnitten der Folie in den Innenraum der zweiten Kavitäten 11 gerichtet ist. Durch die Kanäle 05 können Fluidströme geführt werden. Die Kanäle 05 bilden das bei echten Sinusoiden vorhandene Gefäßsystem ab. Das poröse

Material der Struktur ermöglicht den diffusiven und konvek- tiven Transport von Nährstoffen zwischen den Zellen.

Die entwickelten Strukturen bilden ein Sinusoid realitätsnah ab. Einsatzgebiete der entwickelten Strukturen sind in

Bioreaktoren bzw. MTP Inserts.

Bezugszeichenliste

erste Schichten zweite Schichten

Zwischenräume

Kanäle

Fluidströme Stege erste Kavitäten zweite Kavitäten

Claims

Patentansprüche

Struktur zur Nachbildung eines Sinusoids, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem porösen Material besteht, in welches auf einer ersten Seite der Struktur erste Kavitäten

(09) zur Aufnahme einer ersten Zellspezies eingeformt sind; wobei in das Material auf einer zweiten Seite der Struktur zweite Kavitäten (11) zur Aufnahme einer zweiten Zellspezies eingeformt sind; wobei Abschnitte des Materials auf einer ersten Seite des Materials Wandungen der ersten Kavitäten

(09) und auf einer zweiten Seite des Materials Wandungen der zweiten Kavitäten (11) ausbilden; wobei zwischen der ersten Seite der Struktur und der zweiten Seite der Struktur Kanäle

(05) zur Weiterleitung eines Fluids ausgebildet sind, deren Wandungen zumindest teilweise durch Abschnitte des Materials auf der ersten Seite des Materials gebildet sind, durch welche auf der zweiten Seite des Materials Wandungen der zweiten Kavitäten (11) gebildet sind.

Struktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den ersten Kavitäten (09) die durch Hepatozyten gebildete erste Zellspezies angeordnet ist und dass in den zweiten Kavitäten (11) die durch Endothelzellen gebildete zweite Zellspezies angeordnet ist.

Struktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Kavitäten (09) um ein Vielfaches größer als die zweiten Kavitäten (11) sind.

Struktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das poröse Material durch eine mit Poren versehene Kunststofffolie gebildet ist.

5. Struktur zur Nachbildung eines Sinusoids, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehrere übereinander angeordnete

Schichten (01, 03) aus einem porösen Material umfasst, wobei zwischen den Schichten (01, 03) jeweils ein Zwischenraum (04) ausgebildet ist, wobei auf mindestens einer der

Schichten (01) eine erste Zellspezies angeordnet ist, wobei auf mindestens einer anderen der Schichten (03) eine zweite Zellspezies angeordnet ist, wobei die Zwischenräume (04) durch in den Schichten (01, 03) zur Weiterleitung eines Fluids ausgebildete Kanäle (05) verbunden sind, und wobei die Kanäle (05) benachbarter der Schichten (01, 03) versetzt zueinander angeordnet sind.

6. Struktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (05) und die Zwischenräume (04) zwischen den

Schichten (01, 03) ein mäanderförmiges Kanalsystem zur

Leitung eines Fluidstromes (07) ausbilden.

7. Struktur nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zellspezies durch Endothelzellen und die zweite Zellspezies durch Hepatozyten gebildet ist.

8. Struktur nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch

gekennzeichnet, dass die Schichten (01, 03) aus mit Poren versehenen Kunststofffolien bestehen.

9. Struktur nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch

gekennzeichnet, dass sie eine Vielzahl der Schichten (01, 03) umfasst, wobei die die erste Zellspezies tragenden

Schichten (01) und die die zweite Zellspezies tragenden Schichten (03) abwechselnd übereinander angeordnet sind.

10. Verfahren zur Herstellung einer Struktur zur Nachbildung eines Sinusoids, folgende Schritte umfassend:

- Anordnen einer ersten Zellspezies auf mindestens einer aus einem porösen Material bestehenden Schicht (01), wobei in der Schicht (01) Kanäle (05) zur Weiterleitung eines Fluids ausgebildet sind;

- Anordnen einer zweiten Zellspezies auf mindestens einer weiteren aus einem porösen Material bestehenden Schicht (03), wobei in der weiteren Schicht (03) Kanäle (05) zur Weiterleitung eines Fluids ausgebildet sind; und

- Anordnen der die erste Zellspezies tragenden Schicht

(01) über der die zweite Zellspezies tragenden Schicht (03), wobei zwischen den Schichten (01, 03) jeweils ein Zwischenraum (04) verbleibt, und wobei die Kanäle (05) benachbarter der Schichten (01, 03) versetzt zueinander angeordnet werden und die Zwischenräume (04) verbinden.