WO2016166282A1 - Substrate for cultivating cells - Google Patents

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WO2016166282A1
WO2016166282A1 PCT/EP2016/058342 EP2016058342W WO2016166282A1 WO 2016166282 A1 WO2016166282 A1 WO 2016166282A1 EP 2016058342 W EP2016058342 W EP 2016058342W WO 2016166282 A1 WO2016166282 A1 WO 2016166282A1
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WO
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substrate
cells
patch clamp
cell
patch
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Application number
PCT/EP2016/058342
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Inventor
Thomas Knott
Original Assignee
Cytocentrics Bioscience Gmbh
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/483Physical analysis of biological material
    • G01N33/487Physical analysis of biological material of liquid biological material
    • G01N33/48707Physical analysis of biological material of liquid biological material by electrical means
    • G01N33/48728Investigating individual cells, e.g. by patch clamp, voltage clamp
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/0068General culture methods using substrates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2535/00Supports or coatings for cell culture characterised by topography
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
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    • G01N2333/00Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature
    • G01N2333/435Assays involving biological materials from specific organisms or of a specific nature from animals; from humans
    • G01N2333/705Assays involving receptors, cell surface antigens or cell surface determinants

Definitions

  • the invention relates, inter alia. a substrate for cultivating cells according to the preamble of claim 1.
  • This substrate according to the invention is intended in particular for culturing a collection or an aggregate of cells for the determination of preferably biologically relevant measured variables on these cells or their cell membranes.
  • the accumulation or aggregate of cells may also be referred to as tissue.
  • the substrate serves to culture so-called adherent cells, such as fibroblasts, endothelial cells, neurons, muscle cells, and the like, which grow on surfaces, as opposed to cells that grow freely in the nutrient medium.
  • the substrate is characterized in that it has at least one surface which, at certain positions, preferably at certain addressable positions, has an affinity, in particular an improved affinity, for adhering the cells to the substrate surface.
  • addressable is to be understood according to the invention that the corresponding position on the surface of the substrate (again) can be found, and so can be controlled, for example, in a subsequent measurement method to a cell adhering to this position / position specifically to the appropriate measurement or investigation.
  • the substrate according to the invention is suspendable in at least one solvent or at least one solvent mixture, i. the corresponding substrates can be converted into a suspension.
  • these are a buffered solvent or a buffered solvent mixture, i. a solvent or solvent system that does not (strongly) change its pH within certain limits on addition of an acid or a base.
  • the substrate according to the invention is preferably planar or planar. In the context of the present invention, this should mean that the substrate has a smaller, in particular significantly smaller, dimension in one spatial direction than in the two other spatial directions.
  • the substrate according to the invention is, in particular, a disk-shaped or annular substrate, wherein the substrate may preferably be composed of at least two disks or rings connected to one another.
  • the density of the MMS in this case controls the lowering, floating or rising in a suspension of the substrates in a solvent or solvent mixture, preferably in buffer solution
  • the relative density of the MMS compared to culture medium, washing and measuring buffers and compared to the respective cells an adjustable parameter for optimizing the cell culture processes (sinking or hovering or ascending) and the measuring processes, in particular the patch-clamp processes (MMS acts as a kind of sinker or parachute or hot-air balloon for the cells) from the perspective of the present invention.
  • the patch-clamp technique is an electrophysiological method of measuring the current flowing through individual ion channels in the cell membrane of a cell. can make.
  • the term "patch" refers to the small membrane section under the so-called patch pipette, which also serves as a measuring electrode, so that it is possible with this method to measure the function of cells in their natural environment in the living organism -Clamp technique according to the so-called cytocentering method (EP 1 31 1 655), cell suspension is pipetted onto a chip having microstructured openings By negative pressure, a cell of the cell suspension is selectively positioned on the opening of the chip and electrically
  • the method offers a number of advantages: In addition to the significantly higher throughput rate, the integration of microfluidic channels, for example, enables automated drug addition, as is the case in the Pharmafor The perfusion is also the intracellular egg This makes it much easier to investigate drugs that act intracellularly.
  • EP 131 1655 is hereby expressly incorporated by reference into the content of this description.
  • the "floating substrate" according to the invention for cultivation is introduced into a cell-repellent and hydrophobic culture dish or a device of comparable functionality, in particular growth of the cells on the cell Bottom of the culture dish excluded.
  • a concave culture dish is preferred to collect the substrates and the cells to be cultured at the lowest point of the dish.
  • a dish with many concave (micro) wells is more preferred.
  • the substrate according to the invention may vary in size, shape as well as in the coating.
  • these parameters are crucial for the growth or the amount of growing cells on the substrate.
  • the microstructuring can take place by means of geometric shape (provision of depressions, elevations and the like in the surface, possibly also in regular structures) and / or structured coating (possibly also as regularly repeating structures).
  • the coating can be carried out by physical, chemical, biochemical, molecular biological or biological methods.
  • the composition of the coating can be defined chemically or biochemically. This allows further control of cell growth.
  • Microstructured surfaces have already been used with cells in recent years. Especially for the implantation of implants, this technology opens up new possibilities in the targeted control of cell growth. This can be used, for example, for the treatment of peripheral nerve lesions in that the artificial nerve implant has microstructured surfaces that allow sequential growth of the severed nerve endings.
  • Another application is the targeted differentiation of endothelial and smooth muscle cells for use in vascular implants.
  • an extracellular environment is created by the microstructured surface, which should favor the formation of artificial vessels.
  • the present invention applies such microstructured surfaces in a novel way to the growth of susceptible micro-tissues for analytical purposes.
  • the growth of the cells is possible without having to give the substrate in suspension.
  • the adverse influence of shear forces, which occurs in a cultivation of cells in a moving suspension avoided. Only for the measurement, the substrate is transferred into suspension. For cultivation, however, the substrate is gently rinsed only with the appropriate nutrient medium.
  • the MMS or "floating substrate” according to the invention has a density which is smaller than the density of the cells to be cultivated, then the cells can settle on the substrate according to the invention without problems, for example the typical density of cells at 1 .1 g / mL, so that in these cases a density of the "floating substrate” of 1.05 g / mL is preferred. It has also proven to be particularly advantageous if the density of the "floating substrate” has a density which is greater than the density of the buffer, then the substrate according to the invention can settle out in this solvent / solvent mixture.
  • the substrate according to the invention is preferably "soft", but stable against cellular forces and / or not sharp-edged Ideally, the Shore hardness of the substrate is adjustable since the substrate hardness is a mechanical parameter that influences the differentiation of stem cells.
  • Both resorbable, biocompatible, biosynthetic material and non-resorbable material can be used as material, as is known from the prior art for so-called microcarriers for adherent cells.
  • Known materials are DEAE (diethylaminoethyl) -dextran, glass, polystyrene plastics, acrylamide plastics, collagens, alginates and the like. Also combinations of materials are included.
  • gases or vacuum may also be sealed into the material, in particular in order to vary the density of the substrate. Weight of the substrate divided by total volume (including inclusion volume) is referred to as the resulting density of the substrate.
  • the structuring or coating of the substrates according to the invention can be carried out such that both a 2-dimensional and a 3-dimensional cell growth is possible.
  • the size of the micro-substrates lies within the size ranges specified in the claims, advantageously between 1 ⁇ m to a few 100 ⁇ m.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a culture dish with various substrates according to the invention, on which cells are already partly cultivated, and
  • FIG. 2 shows the schematic representation of an arrangement for a patch clamp measurement, in which cells to be examined are cultivated on a substrate according to the invention, and assigned to a patch clamp chip.
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of a culture dish 6 into which various substrates 1, 2, 3 and 4 according to the invention have been introduced. Some of these substrates already have cells 5 cultured, i. these cells 5 are adhesively anchored to the respective substrates 2, 3 and 4.
  • the substrate 1 is a disk-shaped substrate which is not (yet) covered with a cell.
  • the substrate 2 is also disk-shaped and has a slightly larger diameter than the substrate. 1 On the surface of this substrate 2, a cell 5 is fixed.
  • the substrate 3 according to FIG. 1 is an annular substrate on which a cell 5 is likewise cultivated.
  • the substrate 4 according to the invention according to FIG. 1 is constructed from annular elements, specifically from five annular elements in the manner of the olympic rings. At this substrate 4, three cells 5 are already cultured, which are joined together at the corresponding location of the substrate 4 to a cell collection or a cell composite.
  • the respective surfaces of the substrates 1, 2, 3 and 4 are modified by coatings and / or microstructures so that the substrate has sufficient affinity to allow good adhesion of the cells 5.
  • corresponding coatings and / or microstructures are already sufficient on annular substrates in order to allow cultivation of the cells on the substrates according to the invention.
  • the inner surface of the culture dish 6 is cell-repellent and hydrophobic, so that the growth of the cells takes place on the substrates and not on the inner surface of the culture dish 6.
  • the cultivation of the cells takes place in the appropriate culture medium, and only after the cultivation of the cells 5 on the corresponding substrates 1, 2, 3 and 4 are the substrates cultured with the cells transferred into suspension in order to provide them in a suitable manner for the subsequent analysis.
  • the corresponding methods are generally carried out in such a way that the substrates according to the invention are introduced into the (cell) culture dish 6, in particular are sprinkled in, before the sowing of the cells takes place.
  • the substrates may be magnetically equipped to optimize the fixation at the bottom of the culture dish 6 accordingly.
  • the substrates according to the invention are transferred into suspension, for example by whirling, and, for example, into the corresponding patch clamp chip, for example the CytoPatch TM chip of US Pat Applicant, transferred.
  • FIG. 2 shows, in a schematic sectional view, how cells 5, which are cultivated on an annular substrate 2 according to the invention, can be supplied to a patch clamp measurement.
  • the annular substrate 2 is shown with two cells 5 cultured on this substrate 2.
  • the two cells 5 in the substrate 2 are cultured together to form a cell collection consisting of two cells.
  • the method described below can be carried out in the same way according to the invention with individual cells, as shown for example in Figure 1.
  • an anchoring element 7 is shown, by means of which the substrate 2 can be handled, and transferred in the desired manner in the patch-clamp device and can be positioned on or in the patch clamp chip. This transfer and positioning is indicated by the two arrows in Figure 2 graphically.
  • Such a patch clamp chip 8 is shown schematically in sectional view in the lower part of FIG.
  • this patch clamp chip in addition to the actual patch clamp openings 9, 9 'suction openings 10, 10' with their schematically indicated suction channels 1 1, 1 1 'for sucking the cells to be examined and cell membranes to the patch clamp openings 9, 9 '.
  • the channels 12, 12 'connected to the patch clamp openings 9, 9' are also indicated in the drawing.
  • These channels 12, 12 'takes place necessary for the measurement contact of the cell membranes with the measuring devices.
  • optical windows on the underside of the patch clamp chip 8 with the aid of which the docking of the cells 5 to the openings 9, 9 'can be monitored and, if necessary, documented and possibly optically analyzed.
  • the patch clamp chip 8 has devices which cooperate with anchor elements 7 of the substrate 2 in order to ensure an exact positioning of the substrate 2 in or on the patch clamp chip 8.

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Abstract

The invention relates to a substrate for cultivating at least one cell, in particular for cultivating an accumulation or an aggregate of cells in order to detect biologically relevant measurement variables in the cells or cell membranes. The substrate has at least one surface which has an affinity for adhering to the cells in certain positions, preferably in certain addressable positions. The invention also relates to a method for cultivating at least one cell, in particular for cultivating an accumulation or an aggregate of cells, wherein the aforementioned substrate is introduced into a cell-repellent hydrophobic cultivation device, and cells are cultivated on the substrate. The described substrate and the described method are suitable in particular for analytical methods which are used in patch-clamp technology.

Description

Beschreibung  description
Substrat zum Kultivieren von Zellen Substrate for cultivating cells
Die Erfindung betrifft u.a. ein Substrat zur Kultivierung von Zellen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 . Dieses erfindungsgemäße Substrat ist insbesondere zur Kultivierung einer Ansammlung oder eines Aggregats von Zellen für die Bestimmung von vorzugsweise biologisch relevanten Messgrößen an diesen Zellen oder deren Zellmembranen vorgesehen. Dabei kann die Ansammlung oder das Aggregat von Zellen auch als Gewebe bezeichnet werden. Insbesondere dient das Substrat zur Kultivierung von sogenannten adhärenten Zellen, wie Fibroblasten, Endothelzellen, Neuronen, Muskelzellen u.a., die auf Oberflächen wachsen, im Gegensatz zu Zellen, die frei im Nährmedium schwimmend wachsen. The invention relates, inter alia. a substrate for cultivating cells according to the preamble of claim 1. This substrate according to the invention is intended in particular for culturing a collection or an aggregate of cells for the determination of preferably biologically relevant measured variables on these cells or their cell membranes. The accumulation or aggregate of cells may also be referred to as tissue. In particular, the substrate serves to culture so-called adherent cells, such as fibroblasts, endothelial cells, neurons, muscle cells, and the like, which grow on surfaces, as opposed to cells that grow freely in the nutrient medium.
Erfindungsgemäß ist das Substrat dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine Oberfläche aufweist, die an bestimmten Positionen, vorzugsweise an bestimmten adressierbaren Positionen eine Affinität, insbesondere eine verbesserte Affinität, zum Anhaften der Zellen an der Substratoberfläche besitzt. According to the invention, the substrate is characterized in that it has at least one surface which, at certain positions, preferably at certain addressable positions, has an affinity, in particular an improved affinity, for adhering the cells to the substrate surface.
Unter dem Begriff „adressierbar" soll dabei nach der Erfindung verstanden werden, dass die entsprechende Position auf der Oberfläche des Substrats (wieder) auffindbar ist, und so beispielsweise bei einem sich anschließenden Messverfahren angesteuert werden kann, um eine an dieser Stelle/Position anhaftende Zelle gezielt der entsprechenden Messung oder Untersu- chung zuzuführen. The term "addressable" is to be understood according to the invention that the corresponding position on the surface of the substrate (again) can be found, and so can be controlled, for example, in a subsequent measurement method to a cell adhering to this position / position specifically to the appropriate measurement or investigation.
Mit Vorteil ist das erfindungsgemäße Substrat in mindestens einem Lösungsmittel oder mindestens einem Lösungsmittelgemisch suspendierbar, d.h. die entsprechenden Substrate können in eine Suspension überführt werden. Insbesondere handelt es sich in diesen Fällen um ein gepuffertes Lösungsmittel oder um ein gepuffertes Lösungsmittelgemisch, d.h. ein Lösungsmittel oder Lösungsmittelsystem, das innerhalb gewisser Grenzen bei Zugabe einer Säure oder einer Base seinen pH-Wert nicht (stark) ändert. Advantageously, the substrate according to the invention is suspendable in at least one solvent or at least one solvent mixture, i. the corresponding substrates can be converted into a suspension. In particular, these are a buffered solvent or a buffered solvent mixture, i. a solvent or solvent system that does not (strongly) change its pH within certain limits on addition of an acid or a base.
In Weiterbildung ist das erfindungsgemäße Substrat vorzugsweise flächig oder planar ausgebildet. Dies soll im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeuten, dass das Substrat in einer Raumrichtung eine geringere, insbesondere deutlich geringere Abmessung, besitzt als in den beiden anderen Raumrichtungen. In diesen Fällen handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Substrat insbesondere um ein scheibenförmiges oder ringförmiges Substrat, wobei vorzugsweise das Substrat aus mindestens zwei miteinander verbundenen Scheiben oder Ringen aufgebaut sein kann. Diese Ausführungsformen werden im Zusammenhang mit den Figuren noch näher erläutert. In a further development, the substrate according to the invention is preferably planar or planar. In the context of the present invention, this should mean that the substrate has a smaller, in particular significantly smaller, dimension in one spatial direction than in the two other spatial directions. In these cases, the substrate according to the invention is, in particular, a disk-shaped or annular substrate, wherein the substrate may preferably be composed of at least two disks or rings connected to one another. These embodiments will be explained in more detail in connection with the figures.
Die bereits genannten Merkmale des erfindungsgemäßen Substrats und weitere bevorzugte Merkmale sind in den von Anspruch 1 abhängigen Unteransprüchen genannt. Der Wortlaut aller dieser Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme ausdrücklich zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht. Gleiches gilt auch für die in den unabhängigen Verfahrensansprüchen 12 und 14 beanspruchten Verfahren, mit ihren jeweiligen Unteransprüchen, und für den in Anspruch 20 beanspruchten Kit mit seinen Unteransprüchen. The already mentioned features of the substrate according to the invention and further preferred features are mentioned in the subclaims dependent on claim 1. The wording of all of these claims is hereby expressly incorporated by reference into this specification. The same applies to the methods claimed in the independent method claims 12 and 14, with their respective subclaims, and for the claimed in claim 20 kit with its subclaims.
Bei der Erfindung werden einzelne Zellen oder Ansammlungen und Aggregate von 2, 3 oder bis hin zu einigen 100 Zellen, vorzugsweise bis zu ca. 200 Zellen auf dem erfindungsgemäßen Substrat, auch „floating substrat" oder miniaturisierte mikrostrukturierte Substrate (MMS) genannt, räumlich organisiert anwachsen. Die Dichte der MMS steuert dabei Absinken, Schweben oder Aufsteigen in einer Suspension der Substrate in einem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch, vorzugsweise in Pufferlösung. Die relative Dichte der MMS im Vergleich zu Kulturmedium, Wasch- und Meßpuffern und im Vergleich zu den jeweiligen Zellen ist ein einstellbarer Parameter zur Optimierung der Zellkulturprozesse (Absinken oder Schweben oder Aufsteigen) und der Messprozesse, insbesondere der Patch-Clamp-Prozesse (MMS wirkt als eine Art Senkblei oder Fallschirm oder Heißluftballon für die Zellen) aus Sicht der vorliegenden Erfindung. In the invention, individual cells or aggregates and aggregates of 2, 3 or up to several 100 cells, preferably up to about 200 cells on the substrate according to the invention, also called "floating substrate" or miniaturized microstructured substrates (MMS), spatially organized The density of the MMS in this case controls the lowering, floating or rising in a suspension of the substrates in a solvent or solvent mixture, preferably in buffer solution The relative density of the MMS compared to culture medium, washing and measuring buffers and compared to the respective cells an adjustable parameter for optimizing the cell culture processes (sinking or hovering or ascending) and the measuring processes, in particular the patch-clamp processes (MMS acts as a kind of sinker or parachute or hot-air balloon for the cells) from the perspective of the present invention.
Durch das gezielte Anwachsen der Zellen und somit der genauen Positionsbestimmung der Zellen, und durch die Möglichkeit der temporären Suspendierung der MMS durch Krafteinwirkung zu Überwindung von Schwerkraft, Auftrieb und Viskosität (Krafteinwirkung durch Strömung, Magnetkraft, Elektrostatik, Ultraschall, Wärme, Licht, etc.), um die Gewebe relativ zur Messeinrichtung, insbesondere relativ zur Patchposition bzw. in den Patch Chip zu transportieren, ist es möglich, insbesondere die Patch-Clamp-Technik, erstmals auch an Gewebe automa- tisiert durchzuführen. Through the targeted growth of the cells and thus the exact positioning of the cells, and by the possibility of temporarily suspending the MMS by force to overcome gravity, buoyancy and viscosity (force by flow, magnetic force, electrostatics, ultrasound, heat, light, etc. ), in order to transport the tissues relative to the measuring device, in particular relative to the patch position or into the patch chip, it is possible, in particular the patch clamp technique, for the first time also to perform tissue automatically.
Bei der Patch-Clamp-Technik handelt es sich um eine elektrophysiologische Messmethode, mit der sich der Strom, der durch einzelne lonenkanäle in der Zellmembran einer Zelle fließt, dar- stellen lässt. Die Bezeichnung„Patch" bezieht sich dabei auf den kleinen Membranausschnitt unter der sogenannten Patch-Pipette, die zugleich als Messelektrode dient. So ist es mit diesem Verfahren möglich, die Funktion von Zellen in ihrer natürlichen Umgebung im lebenden Organismus zu messen. Bei der Patch-Clamp-Technik nach dem sogenannten Cytocentering-Verfahren (EP 1 31 1 655) wird Zell-Suspension auf einen Chip pipettiert, der mikrostrukturierte Öffnungen aufweist. Durch Unterdruck wird eine Zelle der Zell-Suspension gezielt auf der Öffnung des Chips positioniert und eine elektrisch dichte Verbindung zwischen Zelle und Glas ausgebildet (Gigaseal). Das Verfahren bietet, verglichen mit dem herkömmlichen manuellen Patch-Clamp-Verfahren, einige Vorteile. Neben der wesentlich höheren Durchsatzrate erlaubt beispielsweise die Integration von mikrofluidischen Kanälen eine automatisierte Wirkstoffzugabe, wie sie in der Pharmafor- schung benötigt wird. Auch ist die Perfusion der Intrazellulärseite sehr viel einfacher möglich, wodurch Wirkstoffe besser untersucht werden können, die intrazellulär wirken. The patch-clamp technique is an electrophysiological method of measuring the current flowing through individual ion channels in the cell membrane of a cell. can make. The term "patch" refers to the small membrane section under the so-called patch pipette, which also serves as a measuring electrode, so that it is possible with this method to measure the function of cells in their natural environment in the living organism -Clamp technique according to the so-called cytocentering method (EP 1 31 1 655), cell suspension is pipetted onto a chip having microstructured openings By negative pressure, a cell of the cell suspension is selectively positioned on the opening of the chip and electrically Compared to the conventional manual patch-clamp method, the method offers a number of advantages: In addition to the significantly higher throughput rate, the integration of microfluidic channels, for example, enables automated drug addition, as is the case in the Pharmafor The perfusion is also the intracellular egg This makes it much easier to investigate drugs that act intracellularly.
Die Offenbarung der EP 131 1655 wird hiermit, soweit sie in Kombination mit den Merkmalen der vorliegenden Erfindung relevant ist, ausdrücklich durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht. The disclosure of EP 131 1655, as far as it is relevant in combination with the features of the present invention, is hereby expressly incorporated by reference into the content of this description.
Da beim automatisierten Patch Clamping die Zellen jedoch vereinzelt werden müssen, um sie zur Patchposition zu transportieren, sind bisher keine Messungen an Gewebeschnitten möglich. However, with automated patch clamping, the cells must be isolated to transport them to the patch position, so far no measurements on tissue sections are possible.
Nach der vorliegenden Erfindung wird zur Kultivierung räumlich organisierter Zellen auf be- stimmten, insbesondere adressierbaren Positionen das erfindungsgemäße „floating substrat" zur Kultivierung in eine zellabweisende und hydrophobe Kulturschale oder eine Vorrichtung vergleichbarer Funktionalität eingebracht, insbesondere gelegt. So ist ein Anwachsen der Zellen auf dem Boden der Kulturschale ausgeschlossen. According to the present invention, in order to cultivate spatially organized cells in specific, in particular addressable positions, the "floating substrate" according to the invention for cultivation is introduced into a cell-repellent and hydrophobic culture dish or a device of comparable functionality, in particular growth of the cells on the cell Bottom of the culture dish excluded.
Eine konkave Kulturschale ist bevorzugt, um die Substrate und die zu kultivierenden Zellen möglichst am tiefsten Punkt der Schale zu sammeln. Eine Schale mit vielen konkaven (Mikro-) Vertiefungen ist weiter bevorzugt. A concave culture dish is preferred to collect the substrates and the cells to be cultured at the lowest point of the dish. A dish with many concave (micro) wells is more preferred.
Auch ist es denkbar, mehrere Substrate in eine Kulturschale zu legen, wobei sich diese möglichst nicht berühren sollten, um ein Zusammenwachsen der Zellen zu vermeiden. Das erfindungsgemäße Substrat kann in seiner Größe, Form sowie auch in der Beschichtung variieren. Zudem sind diese Parameter (Größe, Form und Beschichtung) ausschlaggebend für das Wachstum bzw. die Menge der anwachsenden Zellen auf dem Substrat. So kann insbesondere durch eine entsprechende Beschichtung an bestimmten Stellen der Oberfläche des Substrats die Affinität zum Anhaften der zu kultivierenden Zellen bereitgestellt und/oder verbessert sein. Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Substrate alternativ oder zusätzlich zu einer Beschichtung mit einer Mikrostrukturierung zu versehen. Die Mikrostrukturierung kann mittels geometrischer Form (Bereitstellung von Vertiefungen, Erhebungen und dgl. in der Oberfläche, ggf. auch in regelmäßigen Strukturen) und/oder strukturierter Beschichtung (ggf. ebenfalls als regelmäßig sich wiederholende Strukturen) erfolgen. Die Beschichtung kann durch physikalische, chemische, biochemische, molekularbiologische oder biologische Verfahren erfolgen. Die Zusammensetzung der Beschichtung kann chemisch oder biochemisch definiert sein. Dies ermöglicht eine weitere Steuerung des Zellwachstums. Mikrostrostrukturierte Oberflächen wurden in den letzten Jahren bereits mit Zellen eingesetzt. Besonders für die Besiedlung von Implantaten eröffnet diese Technologie neue Möglichkeiten in der gezielten Steuerung von Zellwachstum. Dies kann beispielsweise für die Behandlung peripherer Nervenläsionen genutzt werden, indem das künstliche Nervenimplantat mikrostrukturierte Oberflächen aufweist, die ein aufeinander hin gerichtetes Wachstum der zertrennten Nervenenden ermöglichen. Eine weitere Anwendung besteht in der gezielten Differenzierung von Endothel- und glatten Muskelzellen für den Einsatz in Gefäßimplantaten. Auch hier wird durch die mikrostrukturierte Oberfläche ein extrazelluläres Milieu geschaffen, was die Bildung künstlicher Gefäße begünstigen soll. Die vorliegende Erfindung wendet solche mikrostrukturierte Oberflächen in neuer Art und Weise auf die Züchtung von suspendierbaren Mikrogeweben für analytische Zwecke an. It is also conceivable to place a plurality of substrates in a culture dish, wherein these should preferably not touch, in order to avoid a growing together of the cells. The substrate according to the invention may vary in size, shape as well as in the coating. In addition, these parameters (size, shape and coating) are crucial for the growth or the amount of growing cells on the substrate. In particular be provided by an appropriate coating at certain points of the surface of the substrate affinity for adherence of the cells to be cultivated and / or improved. Furthermore, it has proved to be advantageous to provide the substrates with a microstructure as an alternative or in addition to a coating. The microstructuring can take place by means of geometric shape (provision of depressions, elevations and the like in the surface, possibly also in regular structures) and / or structured coating (possibly also as regularly repeating structures). The coating can be carried out by physical, chemical, biochemical, molecular biological or biological methods. The composition of the coating can be defined chemically or biochemically. This allows further control of cell growth. Microstructured surfaces have already been used with cells in recent years. Especially for the implantation of implants, this technology opens up new possibilities in the targeted control of cell growth. This can be used, for example, for the treatment of peripheral nerve lesions in that the artificial nerve implant has microstructured surfaces that allow sequential growth of the severed nerve endings. Another application is the targeted differentiation of endothelial and smooth muscle cells for use in vascular implants. Here, too, an extracellular environment is created by the microstructured surface, which should favor the formation of artificial vessels. The present invention applies such microstructured surfaces in a novel way to the growth of susceptible micro-tissues for analytical purposes.
Weiterhin ist das Anwachsen der Zellen möglich, ohne das Substrat in Suspension geben zu müssen. Damit wird u.a. der nachteilige Einfluss von Scherkräften, der bei einer Kultivierung von Zellen in einer bewegten Suspension auftritt, vermieden. Lediglich zur Messung wird das Substrat in Suspension überführt. Zur Kultivierung jedoch wird das Substrat lediglich mit dem entsprechenden Nährmedium vorsichtig gespült. Dabei werden Zellen, die sich in der Kulturschale oder auf dem Substrat an falscher Position„verirrt" haben, abgespült, so dass eine optimale und gezielte Kultivierung möglich ist. Die Oberfläche des Substrates ist derart beschaffen, dass die Zellen nur an den dafür festgelegten Positionen fest anwachsen, ein Abspülen der bereits angewachsenen Zellen ist nicht möglich. Durch optional integrierte Gestelle, durch Ebenen oder generell durch dreidimensionale architektonische Struktur erlauben die MMS einen Bewuchs auf allen Raumseiten. Bei der Kultivierung von Zellen in Suspension besteht oft das Problem, dass diese sehr dicht und übereinander bzw. miteinander verwachsen. Dies ist mit dem erfindungsgemäßen Substrat und dem erfindungsgemäßen Verfahren verhindert. Vielmehr ist ein räumlich organisiertes Wachstum der Zellen an bestimmten, insbesondere an adressier- baren Positionen möglich. Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung weist das erfindungsgemäße MMS bzw. „floating substrat" eine Dichte auf, die kleiner ist als die Dichte der zu kultivierenden Zellen. Dann können sich die Zellen ohne Probleme auf dem erfindungsgemäßen Substrat absetzen. Beispielsweise liegt die typische Dichte von Zellen bei 1 .1 g/mL, so dass in diesen Fällen eine Dichte des„floating Substrats" von 1 ,05 g/mL bevorzugt ist. Als besonders vorteilhaft hat sich auch erwiesen, wenn die Dichte des„floating subtrats", eine Dichte aufweist, die größer ist als die Dichte von Puffer. Dann kann sich das erfindungsgemäße Substrat in diesem Lösungsmittel/Lösungsmittelgemisch absetzen. Furthermore, the growth of the cells is possible without having to give the substrate in suspension. Thus, inter alia, the adverse influence of shear forces, which occurs in a cultivation of cells in a moving suspension avoided. Only for the measurement, the substrate is transferred into suspension. For cultivation, however, the substrate is gently rinsed only with the appropriate nutrient medium. In the process, cells which have "lost their way" in the culture dish or on the substrate are rinsed off, so that optimal and targeted cultivation is possible.The surface of the substrate is such that the cells are only in the positions defined for them With the help of optionally integrated racks, through levels, or generally through a three-dimensional architectural structure, the MMS allow fouling on all sides of the room.When cultivating cells in suspension, there is often the problem that these are very This is prevented by the substrate according to the invention and the method according to the invention, but rather a spatially organized growth of the cells at certain, in particular addressable, positions is possible. In preferred embodiments of the invention, the MMS or "floating substrate" according to the invention has a density which is smaller than the density of the cells to be cultivated, then the cells can settle on the substrate according to the invention without problems, for example the typical density of cells at 1 .1 g / mL, so that in these cases a density of the "floating substrate" of 1.05 g / mL is preferred. It has also proven to be particularly advantageous if the density of the "floating substrate" has a density which is greater than the density of the buffer, then the substrate according to the invention can settle out in this solvent / solvent mixture.
Das erfindungsgemäße Substrat ist vorzugsweise „weich", aber stabil gegen zelluläre Kräfte und/oder nicht scharfkantig. Idealerweise ist die Shore Härte des Substrates einstellbar, da die Substrathärte ein mechanischer Parameter ist, der die Differenzierung von Stammzellen beein- flusst. The substrate according to the invention is preferably "soft", but stable against cellular forces and / or not sharp-edged Ideally, the Shore hardness of the substrate is adjustable since the substrate hardness is a mechanical parameter that influences the differentiation of stem cells.
Als Material ist sowohl resorbierbares, biokompatibles, biosynthetisches Material als auch nicht resorbierbares Material einsetzbar, wie es aus dem Stand der Technik für sogenannte Mikrocar- rier für adhärente Zellen bekannt ist. Bekannte Materialien sind DEAE (Diethylaminoethyl)- Dextran, Glas, Polystyrolkunststoffe, Acrylamidkunststoffe, Kollagene, Alginate u.a.. Auch Materialkombinationen sind eingeschlossen. Weiter können auch Gase oder Vakuum ins Material dicht mit eingeschlossen sein, insbesondere um die Dichte des Substrats zu variieren. Gewicht des Substrates geteilt durch Gesamtvolumen (inkl. Einschlußvolumen) wird als resultierende Dichte des Substrates bezeichnet. Both resorbable, biocompatible, biosynthetic material and non-resorbable material can be used as material, as is known from the prior art for so-called microcarriers for adherent cells. Known materials are DEAE (diethylaminoethyl) -dextran, glass, polystyrene plastics, acrylamide plastics, collagens, alginates and the like. Also combinations of materials are included. Furthermore, gases or vacuum may also be sealed into the material, in particular in order to vary the density of the substrate. Weight of the substrate divided by total volume (including inclusion volume) is referred to as the resulting density of the substrate.
Zudem kann die Strukturierung bzw. Beschichtung der erfindungsgemäßen Substrate derart erfolgen, dass sowohl ein 2-dimensionales als auch ein 3-dimensionales Zellwachstum möglich ist. In addition, the structuring or coating of the substrates according to the invention can be carried out such that both a 2-dimensional and a 3-dimensional cell growth is possible.
Die Größe der Mikrosubstrate liegt innerhalb der in den Ansprüchen genannten Größenberei- che, vorteilhafterweise zwischen 1 μηη bis wenige 100 μηη. The size of the micro-substrates lies within the size ranges specified in the claims, advantageously between 1 μm to a few 100 μm.
Durch die gezielte Positionierung der Zellen auf dem erfindungsgemäßen Substrat ist es möglich, entsprechend adäquate„Patch-Chips" für das planare Patch-Clamping zu fertigen, welche an den Stellen, an welchen die Zellen auf dem erfindungsgemäßen Substrat angewachsen sind, die für das Patch Clamping erforderlichen mikrostrukturierten Öffnungen aufweisen, so dass gezielt mehrere Zellen bzw. Gewebe zeitgleich vermessen werden können. Da die Zellen auf dem erfindungsgemäßen „floating substrat" bereits separiert sind, können sie gezielt zur Messung angedockt werden. Auf Seiten der MMS und auf Seiten der Patch-Chips können An- kerstrukturen ineinander greifen um ein exakte Positionierung von Zellen zu Patch-Positionen zu vermitteln. Diese Ankerstrukturen können mechanische, magnetische und/oder optische Mittel umfassen. By the targeted positioning of the cells on the substrate according to the invention, it is possible to produce correspondingly adequate "patch chips" for the planar patch clamping, which at the points at which the cells are grown on the substrate according to the invention, for the patch Clamping required microstructured openings, so that specifically several cells or tissue can be measured simultaneously.Since the cells are already separated on the "floating substrate" according to the invention, they can be targeted docked for measurement. On the part of the MMS and on the side of the patch chips, ana- mesh structures to convey an exact positioning of cells to patch positions. These anchor structures may include mechanical, magnetic and / or optical means.
Die genannten und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren, und zwar zusätzlich in Verbindung mit den Ansprüchen. Dabei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder in Kombination miteinander verwirklicht sein. The above and further advantages of the invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the figures, in addition in conjunction with the claims. In this case, the individual features can be implemented individually or in combination with each other.
In den Figuren zeigen: In the figures show:
Fig. 1 die schematische Darstellung einer Kulturschale mit verschiedenen erfindungs- gemäßen Substraten, auf denen teilweise bereits Zellen kultiviert sind, und 1 is a schematic representation of a culture dish with various substrates according to the invention, on which cells are already partly cultivated, and
Fig. 2 die schematische Darstellung einer Anordnung für eine Patch-Clamp-Messung, bei der zu untersuchende Zellen auf einem erfindungsgemäßen Substrat kultiviert, und einem Patch-Clamp-Chip zugeordnet sind. 2 shows the schematic representation of an arrangement for a patch clamp measurement, in which cells to be examined are cultivated on a substrate according to the invention, and assigned to a patch clamp chip.
Figur 1 zeigt in schematischer Draufsicht eine Kulturschale 6, in die verschiedene erfindungs- gemäße Substrate 1 , 2, 3 und 4 eingebracht sind. An diesen Substraten sind teilweise bereits Zellen 5 kultiviert, d.h. diese Zellen 5 sind an den entsprechenden Substraten 2, 3 und 4 adhäsiv verankert. FIG. 1 shows a schematic plan view of a culture dish 6 into which various substrates 1, 2, 3 and 4 according to the invention have been introduced. Some of these substrates already have cells 5 cultured, i. these cells 5 are adhesively anchored to the respective substrates 2, 3 and 4.
Gemäß Figur 1 handelt es sich bei dem Substrat 1 um ein scheibenförmiges Substrat, das (noch) nicht mit einer Zelle belegt ist. Das Substrat 2 ist ebenfalls scheibenförmig ausgebildet und besitzt einen etwas größeren Durchmesser als das Substrat 1 . Auf der Oberfläche dieses Substrats 2 ist eine Zelle 5 festgelegt. According to FIG. 1, the substrate 1 is a disk-shaped substrate which is not (yet) covered with a cell. The substrate 2 is also disk-shaped and has a slightly larger diameter than the substrate. 1 On the surface of this substrate 2, a cell 5 is fixed.
Beim Substrat 3 gemäß Figur 1 handelt es sich um ein ringförmiges Substrat, an dem ebenfalls eine Zelle 5 kultiviert ist. The substrate 3 according to FIG. 1 is an annular substrate on which a cell 5 is likewise cultivated.
Das erfindungsgemäße Substrat 4 gemäß Figur 1 ist aus ringförmigen Elementen aufgebaut, und zwar aus fünf ringförmigen Elementen nach Art der olympischen Ringe. An diesem Substrat 4 sind bereits drei Zellen 5 kultiviert, die an der entsprechenden Stelle des Substrats 4 zu einer Zellansammlung bzw. einem Zellverbund zusammengefügt sind. Die entsprechenden Oberflächen der Substrate 1 , 2, 3 und 4 sind durch Beschichtungen und/oder Mikrostrukturierungen modifiziert, so dass das Substrat eine ausreichende Affinität besitzt, um eine gute Anhaftung der Zellen 5 zu ermöglichen. Wie aus Figur 1 zu entnehmen ist, reichen bereits entsprechende Beschichtungen und/oder Mikrostrukturierungen an ringförmigen Substraten aus, um eine Kultivierung der Zellen auf den erfindungsgemäßen Substraten zu erlauben. The substrate 4 according to the invention according to FIG. 1 is constructed from annular elements, specifically from five annular elements in the manner of the olympic rings. At this substrate 4, three cells 5 are already cultured, which are joined together at the corresponding location of the substrate 4 to a cell collection or a cell composite. The respective surfaces of the substrates 1, 2, 3 and 4 are modified by coatings and / or microstructures so that the substrate has sufficient affinity to allow good adhesion of the cells 5. As can be seen from FIG. 1, corresponding coatings and / or microstructures are already sufficient on annular substrates in order to allow cultivation of the cells on the substrates according to the invention.
Wie bereits in der Beschreibung erläutert, ist die innere Oberfläche der Kulturschale 6 zellabweisend und hydrophob ausgestaltet, so dass das Anwachsen der Zellen auf den Substraten erfolgt und nicht auf der inneren Oberfläche der Kulturschale 6. Bei der Kultivierung der Zellen 5 in der Kulturschale 6 auf den Substraten 1 , 2, 3 und 4 ist es nicht erforderlich, die Substrate in einer Suspension zu halten. Die Kultivierung der Zellen erfolgt im entsprechenden Kulturmedium, und erst nach erfolgter Kultivierung der Zellen 5 auf den entsprechenden Substraten 1 , 2, 3 und 4 werden die mit den Zellen kultivierten Substrate in Suspension überführt, um sie in geeigneter Weise für die nachfolgende Analytik bereitzustellen. Die entsprechenden Verfahren erfolgen in der Regel so, dass die erfindungsgemäßen Substrate in die (Zell-)Kulturschale 6 eingebracht, insbesondere eingestreut werden, bevor das Einsäen der Zellen erfolgt. Überschüssige Zellen werden im Rahmen des Mediumwechsels vorsichtig abpipettiert, während die mit Zellen 5 belegten Substrate 1 , 2, 3 und 4 am Boden der Kulturschale 6 liegen bleiben. Ggf. können die Substrate zu diesem Zweck magnetisch ausgerüstet sein, um die Festlegung am Boden der Kulturschale 6 entsprechend zu optimieren. Für das nachfolgende Messverfahren, beispielsweise mit Hilfe einer automatisierten Patch-Clamp- Einrichtung werden die mit den Zellen belegten erfindungsgemäßen Substrate in Suspension überführt, beispielsweise durch Aufwirbeln, und beispielsweise in den entsprechenden Patch- Clamp-Chip, zum Beispiel den CytoPatch™-Chip der Anmelderin, überführt. Figur 2 zeigt in einer schematischen Schnittansicht, wie Zellen 5, die an einem ringförmigen erfindungsgemäßen Substrat 2 kultiviert sind, einer Patch-Clamp-Messung zugeführt werden können. As already explained in the description, the inner surface of the culture dish 6 is cell-repellent and hydrophobic, so that the growth of the cells takes place on the substrates and not on the inner surface of the culture dish 6. In the cultivation of the cells 5 in the culture dish 6 on Substrates 1, 2, 3 and 4, it is not necessary to keep the substrates in suspension. The cultivation of the cells takes place in the appropriate culture medium, and only after the cultivation of the cells 5 on the corresponding substrates 1, 2, 3 and 4 are the substrates cultured with the cells transferred into suspension in order to provide them in a suitable manner for the subsequent analysis. The corresponding methods are generally carried out in such a way that the substrates according to the invention are introduced into the (cell) culture dish 6, in particular are sprinkled in, before the sowing of the cells takes place. Excess cells are carefully pipetted off as part of the change of medium, while the cells 1, 2, 3 and 4 occupied with cells 5 remain at the bottom of the culture dish 6. Possibly. For this purpose, the substrates may be magnetically equipped to optimize the fixation at the bottom of the culture dish 6 accordingly. For the subsequent measurement method, for example with the aid of an automated patch-clamp device, the substrates according to the invention are transferred into suspension, for example by whirling, and, for example, into the corresponding patch clamp chip, for example the CytoPatch ™ chip of US Pat Applicant, transferred. FIG. 2 shows, in a schematic sectional view, how cells 5, which are cultivated on an annular substrate 2 according to the invention, can be supplied to a patch clamp measurement.
Im oberen Teil der Figur 2 ist das ringförmige Substrat 2 mit zwei an diesem Substrat 2 kultivierten Zellen 5 dargestellt. Dabei sind die beiden Zellen 5 im Substrat 2 miteinander zu einer aus zwei Zellen bestehenden Zellansammlung kultiviert. Das nachfolgend geschilderte Verfahren ist in gleicher weise erfindungsgemäß mit einzelnen Zellen durchführbar, wie sie beispielsweise in Figur 1 dargestellt sind. Im oberen Teil der Figur 2 ist auch schematisch ein Verankerungselement 7 dargestellt, mit dessen Hilfe das Substrat 2 handhabbar ist, und in gewünschter Weise in die Patch-Clamp- Einrichtung überführt und am oder im Patch-Clamp-Chip positioniert werden kann. Diese Überführung und Positionierung ist durch die beiden Pfeile in Figur 2 graphisch angedeutet. Ein solcher Patch-Clamp-Chip 8 ist im unteren Teil der Figur 2 schematisch in Schnittansicht dargestellt. Wie bereits in der Beschreibungseinleitung erläutert, besitzt dieser Patch-Clamp- Chip neben den eigentlichen Patch-Clamp-Öffnungen 9, 9' Ansaugöffnungen 10, 10' mit ihren schematisch angedeuteten Ansaugkanälen 1 1 , 1 1 ' zum Heransaugen der zu untersuchenden Zellen und Zellmembranen an die Patch-Clamp-Öffnungen 9, 9'. Auch die mit den Patch- Clamp-Öffnungen 9, 9' verbundenen Kanäle 12, 12' sind zeichnerisch angedeutet. Über diese Kanäle 12, 12' erfolgt der für die Messung notwendige Kontakt der Zellmembranen mit den Messeinrichtungen. In Figur 2 nicht dargestellt sind optische Fenster an der Unterseite des Patch-Clamp-Chips 8, mit deren Hilfe das Andocken der Zellen 5 an die Öffnungen 9, 9' überwacht, und ggf. dokumentiert und ggf. optisch analysiert werden kann. Ggf. besitzt der Patch-Clamp-Chip 8 Einrichtungen, die mit Ankerelementen 7 des Substrats 2 zusammenwirken, um eine exakte Positionierung des Substrats 2 im oder am Patch-Clamp- Chip 8 zu gewährleisten. In the upper part of FIG. 2, the annular substrate 2 is shown with two cells 5 cultured on this substrate 2. In this case, the two cells 5 in the substrate 2 are cultured together to form a cell collection consisting of two cells. The method described below can be carried out in the same way according to the invention with individual cells, as shown for example in Figure 1. In the upper part of Figure 2 is also schematically an anchoring element 7 is shown, by means of which the substrate 2 can be handled, and transferred in the desired manner in the patch-clamp device and can be positioned on or in the patch clamp chip. This transfer and positioning is indicated by the two arrows in Figure 2 graphically. Such a patch clamp chip 8 is shown schematically in sectional view in the lower part of FIG. As already explained in the introduction, this patch clamp chip in addition to the actual patch clamp openings 9, 9 'suction openings 10, 10' with their schematically indicated suction channels 1 1, 1 1 'for sucking the cells to be examined and cell membranes to the patch clamp openings 9, 9 '. The channels 12, 12 'connected to the patch clamp openings 9, 9' are also indicated in the drawing. About these channels 12, 12 'takes place necessary for the measurement contact of the cell membranes with the measuring devices. Not shown in FIG. 2 are optical windows on the underside of the patch clamp chip 8, with the aid of which the docking of the cells 5 to the openings 9, 9 'can be monitored and, if necessary, documented and possibly optically analyzed. Possibly. the patch clamp chip 8 has devices which cooperate with anchor elements 7 of the substrate 2 in order to ensure an exact positioning of the substrate 2 in or on the patch clamp chip 8.
Wie Figur 1 und Figur 2 zeigen, ist es durch die Erfindung möglich, sowohl Einzelzellen als auch Ansammlungen oder Aggregate von Zellen, d.h. Gewebe an einem Substrat/Träger zu kultivieren, auf diesem Träger in Suspension zu überführen und dann zu analysieren, insbesondere mit Hilfe des Patch-Clamp-Verfahrens. As shown in Figure 1 and Figure 2, it is possible by the invention to detect both single cells and aggregates or aggregates of cells, i. Cultivating tissue on a substrate / carrier, in suspension on this carrier and then analyze, in particular by means of the patch-clamp method.

Claims

Patentansprüche claims
1 . Substrat (1 , 2, 3, 4) zur Kultivierung mindestens einer Zelle (5), insbesondere zur Kultivierung einer Ansammlung oder eines Aggregats von Zellen für die Bestimmung von vorzugsweise biologisch relevanten Messgrößen an diesen Zellen oder deren Zellmembranen, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mindestens eine Oberfläche aufweist, die an bestimmten Positionen, vorzugsweise an bestimmten adressierbaren Positionen eine Affinität zum Anhaften der Zellen besitzt. 1 . Substrate (1, 2, 3, 4) for cultivating at least one cell (5), in particular for culturing a collection or an aggregate of cells for the determination of preferably biologically relevant parameters on these cells or their cell membranes, characterized in that the substrate has at least one surface which has an affinity for adherence of the cells at certain positions, preferably at certain addressable positions.
2. Substrat nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat in mindestens einem Lösungsmittel oder mindestens einem Lösungsmittelgemisch suspendierbar ist, wobei es sich vorzugsweise um ein gepuffertes Lösungsmittel oder um ein gepuffertes Lösungsmittelgemisch handelt. 2. Substrate according to claim 1, characterized in that the substrate is suspendable in at least one solvent or at least one solvent mixture, which is preferably a buffered solvent or a buffered solvent mixture.
3. Substrat nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es flächig ausgebildet ist. 3. Substrate according to claim 1 or claim 2, characterized in that it is formed flat.
4. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es scheibenförmig (1 ,2) oder ringförmig (3, 4) ausgebildet ist, wobei vorzugsweise das Substrat (4) aus mindestens zwei miteinander verbundenen Scheiben oder Ringen aufgebaut ist. 4. Substrate according to one of the preceding claims, characterized in that it is disc-shaped (1, 2) or annular (3, 4) is formed, wherein preferably the substrate (4) is composed of at least two interconnected discs or rings.
5. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen des Substrats zwischen 0,1 μηη und 10 mm betragen, insbesondere zwischen 1 μηη und 500 μηη. 5. Substrate according to one of the preceding claims, characterized in that the dimensions of the substrate between 0.1 μηη and 10 mm, in particular between 1 μηη and 500 μηη.
6. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mindestens eine mikrostrukturierte Oberfläche aufweist. 6. Substrate according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate has at least one microstructured surface.
7. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Substrats kleiner ist als die Dichte der zu kultivierenden Zellen. 7. Substrate according to one of the preceding claims, characterized in that the density of the substrate is smaller than the density of the cells to be cultivated.
8. Substrat nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Substrats größer ist als die Dichte des Lösungsmittels oder des Lösungsmittelge- mischs. 8. A substrate according to any one of claims 2 to 7, characterized in that the density of the substrate is greater than the density of the solvent or the Gemischge- solvent mixture.
9. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Substrats für ein zweidimensionales Zellwachstum bei der Kultivierung ausgebildet ist. 9. Substrate according to one of the preceding claims, characterized in that the surface of the substrate is designed for a two-dimensional cell growth in the cultivation.
10. Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Substrats für ein dreidimensionales Zellwachstum ausgebildet ist. 10. Substrate according to one of the preceding claims, characterized in that the surface of the substrate is designed for a three-dimensional cell growth.
1 1 . Substrat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (7) zur räumlichen Ausrichtung des Substrats (2), nach Art von Ankervorrichtungen (7), vorgesehen sind, die insbesondere eine Ausrichtung des Substrats in allen drei Raumkoordinaten und in allen drei Raumwinkeln ermöglichen. 1 1. Substrate according to one of the preceding claims, characterized in that means (7) for spatial alignment of the substrate (2), in the manner of anchor devices (7), are provided which in particular have an orientation of the substrate in all three spatial coordinates and in all three solid angles enable.
12. Verfahren zur Kultivierung mindestens einer Zelle, insbesondere zur Kultivierung einer Ansammlung oder eines Aggregats von Zellen für die Bestimmung von vorzugsweise biologisch relevanten Messgrößen an Zellen oder deren Zellmembranen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Substrat (1 , 2, 3, 4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in eine zellabweisende, hydrophobe Kultivierungsvorrichtung, vorzugsweise Kulturschale (6) eingebracht wird, und Zellen (5) auf diesem Substrat kultiviert werden. 12. A method for culturing at least one cell, in particular for culturing a collection or an aggregate of cells for the determination of preferably biologically relevant parameters to cells or their cell membranes, characterized in that at least one substrate (1, 2, 3, 4) according to one of the preceding claims in a cell repellent, hydrophobic culture device, preferably culture dish (6) is introduced, and cells (5) are cultivated on this substrate.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Substrate (1 , 2, 3, 4) im räumlichen Abstand voneinander in die Kulturschale (6) eingebracht werden. 13. The method according to claim 12, characterized in that at least two substrates (1, 2, 3, 4) in the spatial distance from each other in the culture dish (6) are introduced.
14. Verfahren zur Bestimmung von vorzugsweise biologisch relevanten Messgrößen an Membranen und Zellen, insbesondere Zellmembranen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , auf dem Zellen kultiviert wurden, insbesondere nach einem Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, in mindestens einem Lösungsmittel oder mindestens einem Lösungsmittelgemisch suspendiert werden, und dann mit Hilfe dieser Suspension die Bestimmung der Messgrößen an einzelnen Zellen oder an einer Ansammlung oder an einem Aggregat von Zellen vorbereitet und insbesondere auch durchgeführt wird. 14. A method for determining preferably biologically relevant parameters on membranes and cells, in particular cell membranes, characterized in that at least one substrate according to one of claims 1 to 1 1, were cultivated on the cells, in particular according to a method of claim 12 or 13, be suspended in at least one solvent or at least one solvent mixture, and then with the aid of this suspension, the determination of the measured quantities of individual cells or on a collection or on an aggregate of cells prepared and in particular also carried out.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) mit den kultivierten Zellen (5) mit Hilfe vorhandener Ausrichtmittel, insbesondere mit Hilfe von Ankervorrichtungen (7), zur Bestimmung der Messgrößen in gewünschter Weise positioniert wird. 15. The method according to claim 14, characterized in that the substrate (2) with the cultured cells (5) by means of existing alignment means, in particular by means of anchor devices (7), is positioned in a desired manner for determining the measured variables.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Messgrößen mit Hilfe einer elektrophysiologischen Messmethode, insbesondere mit Hilfe der sogenannten Patch-Clamp-Technik bestimmt werden. 16. The method according to claim 14 or 15, characterized in that the measured variables using an electrophysiological measurement method, in particular using the so-called patch-clamp technique are determined.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Messgrößen an einem planaren Patch-Clamp-Substrat, insbesondere einem sogenannten Patch-Clamp-Chip (8) durchgeführt wird, wobei die auf dem Substrat (2) kultivierten Zellen (5) über der entsprechenden Patch-Clamp-Öffnung (9, 9') im Patch-Clamp-Substrat (8) positioniert werden, insbesondere mit Hilfe von Ausrichtmitteln (7). 17. The method according to claim 16, characterized in that the determination of the measured variables on a planar patch clamp substrate, in particular a so-called patch clamp chip (8) is carried out, wherein on the substrate (2) cultured cells (5 ) are positioned over the corresponding patch clamp opening (9, 9 ') in the patch clamp substrate (8), in particular by means of alignment means (7).
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung der Messgrößen an einem Patch-Clamp-Chip gemäß EP 131 1655 durchgeführt wird. 18. The method according to claim 17, characterized in that the determination of the measured variables is carried out on a patch clamp chip according to EP 131 1655.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Patch-Clamp-Substrat, insbesondere der Patch-Clamp-Chip, an seiner der Patch- Clamp-Öffnung abgewandten Seite mindestens ein optisches Fenster besitzt, mit dessen Hilfe die Positionierung der kultivierten Zellen überwacht, dokumentiert und optisch analysiert werden kann. 19. The method according to claim 17 or claim 18, characterized in that the patch clamp substrate, in particular the patch clamp chip, on its side remote from the patch clamp opening side has at least one optical window, with the aid of the positioning The cultured cells can be monitored, documented and optically analyzed.
20. Kit zur Bestimmung von vorzugsweise biologisch relevanten Messgrößen an Membranen und Zellen, insbesondere an Zellmembranen, dadurch gekennzeichnet, dass er mindestens ein Substrat nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 umfasst. 20. Kit for the determination of preferably biologically relevant parameters on membranes and cells, in particular on cell membranes, characterized in that it comprises at least one substrate according to one of claims 1 to 1 1.
21 . Kit nach Anspruch20, dadurch gekennzeichnet, dass er zusätzlich mindestens eine Vorrichtung zur Kultivierung von Zellen, insbesondere mindestens eine Kulturschale umfasst. 21. Kit according to claim 20, characterized in that it additionally comprises at least one device for cultivating cells, in particular at least one culture dish.
22. Kit nach Anspruch 20 oder Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass er zusätzlich mindestens eine Vorrichtung, an der eine Patch-Clamp-Messung durchführbar ist, umfasst, insbesondere mindestens einen Patch-Clamp-Chip. 22. Kit according to claim 20 or claim 21, characterized in that it additionally comprises at least one device on which a patch clamp measurement can be carried out, in particular at least one patch clamp chip.
PCT/EP2016/058342 2015-04-15 2016-04-15 Substrate for cultivating cells WO2016166282A1 (en)

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EP1311655A2 (en) 2000-07-05 2003-05-21 Nmi Naturwissenschaftliches Und Medizinisches Intitut An Der Universität Tübingen In Reutlingen Device and method for making electrical contact with biological cells suspended in a fluid

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