WO2018037007A1 - Verfahren zur bereitstellung einer gewebeprobe aus lebendem gewebe, flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung und deren verwendung - Google Patents

Verfahren zur bereitstellung einer gewebeprobe aus lebendem gewebe, flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung und deren verwendung Download PDF

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WO2018037007A1
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tissue
cutting
living tissue
tissue sample
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Hans Jürgen MAIER
Thomas Hassel
Michael Bauer
Stefan HIPPENSTIEL
Andreas HOCKE
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Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover
Charité - Universitätsmedizin Berlin
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    • G01N2001/2873—Cutting or cleaving

Definitions

  • the invention relates to a method for providing a tissue sample from living tissue according to claim 1.
  • the invention also relates to a liquid jet cutting device according to claim 6 and to a use of such a liquid jet cutting device for providing a tissue sample from living tissue.
  • the analysis of living human tissue associations can serve as a model system for diseases and can provide corresponding new insights and contribute to the testing of clinical-pharmacological interventions.
  • a number of recent developments make it possible to study vital three-dimensional complex living tissues in ways not yet possible, e.g. by multi-photon and spectral confocal microscopy, light-sheet microscopy, and three-dimensional reconstructions in multicolor representations on living tissues over time.
  • tissue samples which are as heterogeneous as possible, of tissue that is as atraumatic and sterile as possible.
  • Existing cutting methods have disadvantages such as e.g. the formation of pinch artifacts, thermal artifacts and other tissue damage or very long cutting times.
  • the invention is therefore based on the object of providing improved possibilities for providing a tissue sample from living tissue.
  • This object is achieved according to claim 1 by a method for providing a tissue sample from living tissue by the tissue sample is cut as a substantially plane-parallel disc by liquid jet cutting by means of a thin high-pressure liquid jet of a living tissue amount, the cells of the tissue sample get vital and are substantially unaffected by the clipping of the tissue sample from the living tissue set.
  • the invention has the advantage that the desired tissue samples can be provided as substantially plane-parallel slices in a simple, reliable and fast manner.
  • the invention makes it possible to provide the tissue samples essentially atraumatic and sterile, so that in particular infections can be avoided therein.
  • the tissue samples provided in this way are particularly suitable for further analyzes, for example of the type mentioned at the outset. In this context, a thickness tolerance of +/- 30% with respect to the mean thickness of the tissue sample provided applies essentially plane-parallel.
  • Another advantage is that the liquid jet cools the tissue during the cutting process, so that a thermal damage to the tissue during the cutting operation can be avoided as well.
  • the cutting process is performed without direct tool contact, which facilitates compliance with sterility.
  • the high-pressure liquid jet which serves as a cutting jet for cutting off the tissue sample, can be designed in particular as a sterile liquid jet.
  • a cutting fluid for the generation of the liquid jet for example, water can be used, for example, distilled water.
  • Other sterile fluids may also be used, eg, saline (eg, 0.9% saline), alcoholic fluids, or coconut milk.
  • the high-pressure liquid jet can consist of pure liquid, ie the cutting fluid, or a mixture of the cutting fluid and an abrasive agent.
  • sterile materials can be added as abrasives.
  • the abrasive must be biocompatible. It is suitable, for example Abrasives such as sugar, salt, magnesium or iron filings. By adding the abrasive agent, even harder amounts of tissue can be efficiently cut.
  • tissue sample as a substantially plane-parallel disc with a very small thickness, e.g. 400 ⁇ or less, or 200 ⁇ or less.
  • tissue samples are particularly suitable for tissue perfusion and thus culture and for fitting into corresponding microscopic microfluidic examination chambers, e.g. for basic research or for pharmacological and / or toxicological substance testing.
  • tissue samples are particularly suitable for cryopreservation.
  • the liquid jet is provided with a small diameter, e.g. maximum 0.25 mm. Basically, it is advantageous to make the liquid jet as thin as possible, e.g. in the range of 0.04 mm.
  • the high-pressure liquid jet is provided in an advantageous embodiment of the invention in a pressure range of 600 bar to 3300 bar, in particular 700 bar to 3000 bar. Excellent results are achieved with a pressure in the range of 700 bar to 1 100 bar.
  • the living amount of tissue is stored during the liquid jet cutting operation on a replaceable support surface, wherein the support surface is cut through during the cutting of the tissue sample by the liquid jet at least partially.
  • the support surface is replaced accordingly after a cutting operation. This also helps to perform a sterile cutting operation by using a new sterile bearing surface for a new cutting operation.
  • the bearing surface may be formed, for example, as a cellulose nitrate disc, for example with a thickness of about 1 mm.
  • the living amount of tissue is fixed in a liquid jet cutting device at least during liquid jet cutting.
  • a precise cut of the liquid jet can be ensured by the amount of tissue.
  • tissue samples with high plane parallelism can be provided.
  • the living amount of tissue is fixed to the liquid jet cutting device or a component fixed thereto by means of negative pressure and / or by sticking.
  • the living tissue amount can be particularly gently fixed to the liquid jet cutting device. It can be mechanical or other damage to the amount of tissue can be avoided.
  • the amount of tissue is fixed directly to the liquid jet cutting device by means of negative pressure, it is advantageous to provide there as an abutment surface for the amount of tissue there an air-permeable investment component.
  • the investment component may in particular have an open-pore, sponge-like structure. Suitable for this purpose are e.g. Silicate foams, e.g. made of pressed silicate. For example, filter glasses used in chemistry can be used.
  • the open-pored sponge-like structure may have a pore size of e.g. 10 ⁇ to 100 ⁇ have.
  • the living amount of tissue is fixed to a component fixed to the liquid jet cutting apparatus, i. On a component which is not part of the liquid jet cutting device, the tissue sample separated from the tissue amount after the cutting process can remain on this component and at the same time serve as a carrier component for further analyzes.
  • the component may e.g. be designed as a slide for analysis.
  • the amount of tissue may be attached to this component e.g. be fixed by sticking, in particular by sterile adhesive.
  • the component can in turn be fixed to the liquid jet cutting device, for example by means of negative pressure.
  • the negative pressure for fixing the living amount of tissue can be varied, in particular can be varied during the liquid jet cutting process.
  • This has the advantage that via a pressure control of the generated negative pressure to the respective requirements of Cutting process can be adjusted.
  • the negative pressure can be reduced in order to avoid damage to the tissue, while with harder tissue material, such as cartilage or bone, a higher negative pressure can be set. Accordingly, the negative pressure can be varied during the liquid jet cutting operation.
  • the cutting fluid emerging from the interface between the living tissue quantity and the tissue sample is collected by the fluid jet and derived in multiple stages via at least two different energy dissipation agents.
  • the inventive method can be performed in virtually any environment, since the environment is not contaminated by leakage of the cutting fluid.
  • the residual energy of the liquid jet is degraded in a defined manner.
  • the energy dissipation agents may e.g. have a first Energydissipationsmittel, which initially meets the liquid jet and which may be formed as obliquely to the steel direction of the liquid jet employed baffle.
  • a second energy dissipation agent following the first energy dissipation agent may be in the form of spherical hard material particles, e.g. Hard ceramic or carbide balls, be formed, which is arranged in a collecting chamber for the cutting fluid in the beam direction of the liquid jet behind the first Energy dissipationsstoff.
  • spherical hard material particles e.g. Hard ceramic or carbide balls
  • the first energy dissipation agent can also prevent the emerging liquid jet from being reflected into the environment or causing spray or water mist in the surroundings.
  • the second energy dissipation agent allows by the spherical shape of the hard material particles, a deflection of the beam over the spherical surfaces. There is an energy loss due to a defocusing of the beam. In this way, the residual energy still present in the exiting liquid jet is first converted into kinetic energy of the balls, moreover in friction between the balls, and consequently in heat.
  • a fluid jet cutting device which has at least the following:
  • a living tissue receiving means having fixing means for fixing the living tissue amount to the receiving device
  • a feed means for producing a relative movement between the living tissue amount and the high pressure liquid jet, the feeding means being arranged to produce a one-dimensional reproducible relative movement cutting substantially plane-parallel disc-shaped tissue samples from the living tissue set by the liquid jet cutting device.
  • the liquid jet cutting apparatus is arranged to provide a tissue sample in which the cells of the tissue sample are maintained vital and are substantially unaffected by the tissue sample being cut off from the living tissue.
  • the feed device may be designed to generate an automatic feed, e.g. by a biassed spring mechanism or by a motor drive, e.g. an electric drive.
  • the feed device can also be set up to generate a manual feed.
  • a one-dimensional reproducible relative movement between the amount of tissue and the high-pressure liquid jet can be generated.
  • the relative movement can be designed as a linear movement. It can e.g. also a non-linear arcuate motion, e.g. a circular movement.
  • plane-parallel disc-shaped tissue samples can also be provided as a result.
  • the liquid jet cutting device is set up for delivering a sterile high-pressure liquid jet.
  • the pressure generating means for generating the cutting pressure for example a pump, be designed as a sterilizable pressure generating means.
  • the sterilization before carrying out a cutting process can be carried out, for example, by first supplying a disinfecting liquid via the supply device for supplying the cutting fluid and then converting it to the actual cutting fluid.
  • the disinfecting liquid can be dispensed through the pressure generating means via the cutting nozzle, so that even the cutting nozzle is sterilized.
  • the liquid jet cutting device has at least one vacuum fixing device as fixing means, which is set up for negative pressure fixing of the living tissue quantity on the receiving device.
  • the vacuum fixing device may include a vacuum pump. To set a variable negative pressure, the vacuum pump can be controlled via a control device. The vacuum fixation allows a gentle fixation of the amount of tissue on the receiving device.
  • the living amount of tissue may in particular have a receiving device for receiving the amount of living tissue to which it is fixed. If the tissue sample is cut off from the amount of tissue, then in an advantageous embodiment of the invention the high-pressure liquid jet is guided past the receiving device at a distance which substantially corresponds to the desired thickness of the tissue sample. The cut tissue sample is first held on the receiving device after performing the cutting operation.
  • the vacuum fixing device has at least one open-pored, sponge-like structure with a suction surface for sucking the living amount of tissue to the open-pore, having a spongy structure.
  • the silicate foam mentioned above can be used.
  • the liquid jet cutting device has a collecting device for collecting the emerging from the interface between living tissue and tissue sample cutting fluid. In this way it is avoided that the exiting cutting fluid enters the environment.
  • the collecting device may in particular have the at least two different energy-dissipating agents already explained above.
  • the above-mentioned object is further achieved by the use of a liquid jet cutting device of the type described above for providing a tissue sample from living tissue by cutting the tissue sample as a substantially plane-parallel slice by the liquid jet cutting device by means of a thin high-pressure liquid jet of a living tissue amount wherein the cells of the tissue sample are maintained vital and are substantially unaffected by the clipping of the tissue sample from the living tissue set.
  • the cutting nozzle may e.g. have a passage cross-section of not more than 0.25 mm.
  • the cutting nozzle may e.g. be designed as a diamond nozzle or sapphire nozzle.
  • the invention thus permits the plane-parallel cutting of slices of a living tissue amount, eg different solid, inhomogeneous tissues, such as lung, liver, kidney, intestine, muscle tissue, tumor tissue, to bone soft tissue transitions. These tissues contain different proportions and strengths of connective tissue, form or contain small or large cavities and are traversed by pathways, eg airways, blood vessels.
  • the liquid jet cutting device is also set up for cutting by means of abrasive, the cutting fluid be added.
  • the liquid jet cutting device has at least one mixing chamber in which the cutting fluid is mixed with the abrasive and then further transported to the cutting nozzle.
  • Figure 1 a liquid jet cutting device in a schematic representation
  • Figure 2 - a cutting unit of the liquid jet cutting device in perspective view
  • Figure 3 the cutting unit of Figure 2 in a cut, perspective
  • Figure 4 the cutting unit of Figure 2 in a sectional side view.
  • the liquid jet cutting device illustrated in FIG. 1 has a cutting unit 1 as the central component.
  • the cutting unit 1 has a cutting nozzle 2 for dispensing a thin high-pressure liquid jet 3, which serves as a cutting jet.
  • the cutting unit 1 also has a receiving device 4 for receiving and fixing a living amount of tissue.
  • a collecting device 5 is arranged for collecting the emerging from the interface between living tissue and tissue sample cutting fluid.
  • the cutting nozzle 2 is connected via a line to a pressure generating means 6.
  • the pressure generating means 6 may be formed, for example, as a pump, in particular as a piston pump.
  • the pressure generating means 6 becomes cutting fluid taken from a reservoir 7, brought to a predetermined pressure and supplied to the cutting nozzle 2, so that the liquid jet 3 is discharged.
  • a vacuum fixing device is provided which has a vacuum generating device 8, for example a pump for sucking in air.
  • a feed device 9 is present, e.g. in the form of an electromotive linear actuator with which the receiving device 4 and the collecting device 5 are automatically movable relative to the cutting jet 3, e.g. to the left and to the right.
  • the liquid jet cutting apparatus further comprises a control means 10, e.g. can be designed as a programmable logic controller.
  • a control means 10 e.g. can be designed as a programmable logic controller.
  • the pressure generating means 6, the negative pressure generating means 8 and / or the feed device 9 can be controlled.
  • various sensors may be connected to the control device 10, e.g. for regulating the negative pressure generated by the vacuum generating device 8, for controlling the feed speed by the feed device 9 and / or for regulating the pressure of the high-pressure liquid jet 3.
  • the receiving device 4 has a holding body 40 with a front side extending substantially vertically, ie parallel to the liquid jet 3, and with a support 43 arranged substantially perpendicular thereto.
  • a support surface 42 On the support 43 is arranged as a separate part of the support 43 a support surface 42 which is formed as a disposable part, which is replaced after performing a cutting operation.
  • a living amount of tissue 1 1 On the support surface 42 a living amount of tissue 1 1 is arranged, from which a tissue sample is cut off.
  • the cutting process has already been carried out to about a third.
  • the support surface 42 is cut through by the liquid jet 3 with.
  • the support surface 42 serves as a vibration damper to avoid vibrations of the living tissue amount 1 1.
  • a vacuum fixing device is present.
  • This has an open-pored sponge-like structure 41, which e.g. can be used in a recess of the holding body 40 and held therein.
  • a channel 44 is further provided, which is guided to the back of the open-pored, sponge-like structure 41.
  • the channel 44 is connected to the vacuum generating device 8 via a pipe or a hose. In this way, the amount of tissue 1 1 is fixed to the structure 41 by suction.
  • the collecting device 5 is arranged for collecting the emerging from the interface between living tissue amount 1 1 and the tissue sample cutting fluid.
  • the collecting device 5 initially has immediately below the liquid jet 3 a deflection bevel 51, which at a certain angle, e.g. 45 degrees or 60 degrees, to the liquid jet 3 is angled.
  • a deflection bevel 51 which at a certain angle, e.g. 45 degrees or 60 degrees, to the liquid jet 3 is angled.
  • the cutting fluid is directed into a container 52 having an interior space 50 in which spherical hard material particles are disposed.
  • the container 52 can be removed from the device and the liquid collected therein can be disposed of in this way.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung einer Gewebeprobe aus lebendem Gewebe, indem durch Flüssigkeitsstrahlschneiden mittels eines dünnen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls von einer lebenden Gewebemenge die Gewebeprobe als im Wesentlichen planparallele Scheibe abgeschnitten wird, wobei die Zellen der Gewebeprobe vital erhalten werden und durch das Abschneiden der Gewebeprobe von der lebenden Gewebemenge im Wesentlichen nicht beeinträchtigt werden. Die Erfindung betrifft außerdem eine Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung sowie eine Verwendung einer derartigen Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung zur Bereitstellung einer Gewebeprobe aus lebendem Gewebe.

Description

Verfahren zur Bereitstellung einer Gewebeprobe aus lebendem Gewebe, Flüs- sigkeitsstrahlschneidvorrichtung und deren Verwendung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung einer Gewebeprobe aus lebendem Gewebe gemäß Anspruch 1 . Die Erfindung betrifft außerdem eine Flüssigkeits- strahlschneidvorrichtung gemäß Anspruch 6 sowie eine Verwendung einer derartigen Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung zur Bereitstellung einer Gewebeprobe aus lebendem Gewebe.
Die Analyse lebender menschlicher Gewebeverbände kann als Modellsystem für Erkrankungen dienen und kann entsprechende neue Erkenntnisse erbringen und zum Testen klinisch-pharmakologischer Interventionen beitragen. Eine Reihe neuerer Entwicklungen macht es möglich, vitale dreidimensionale komplexe lebende Gewebe in bisher nicht möglicher Weise zu untersuchen, z.B. durch Mehrphotonen- und spektrale Konfokalmikroskopie, Licht-Blatt Mikroskopie sowie durch dreidimensionale Rekonstruktionen in Mehrfarbendarstellungen an lebenden Geweben über die Zeit. Für solche Analysen besteht ein Bedarf daran, aus heterogenen Gewebestücken lebenden Gewebes möglichst atraumatisch und steril geeignete Gewebeproben bereitzu- stellen. Existierende Schneidverfahren haben Nachteile, wie z.B. die Bildung von Quetschartefakten, thermischen Artefakten und sonstigen Schädigungen am Gewebe oder sehr lange Schneidzeiten.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, verbesserte Möglichkeiten zur Be- reitstellung einer Gewebeprobe aus lebendem Gewebe anzugeben. Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch ein Verfahren zur Bereitstellung einer Gewebeprobe aus lebendem Gewebe, indem durch Flüssigkeitsstrahlschneiden mittels eines dünnen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls von einer lebenden Gewe- bemenge die Gewebeprobe als im Wesentlichen planparallele Scheibe abgeschnitten wird, wobei die Zellen der Gewebeprobe vital erhalten werden und durch das Abschneiden der Gewebeprobe von der lebenden Gewebemenge im Wesentlichen nicht beeinträchtigt werden. Die Erfindung hat den Vorteil, dass auf einfache, zuverlässige und schnelle Weise die gewünschten Gewebeproben als im Wesentlichen planparallele Scheiben bereitgestellt werden können. Durch die Erfindung gelingt es, die Gewebeproben im Wesentlichen atraumatisch und steril bereitzustellen, sodass insbesondere auch Infektionen darin vermieden werden können. Die auf diese Weise bereitgestellten Gewebeproben eignen sich in besonderer weise für weitere Analysen z.B. der eingangs genannten Art. Als im Wesentlichen planparallel gilt in diesem Zusammenhang eine Dickentoleranz von +/- 30% bezüglich der mittleren Dicke der bereitgestellten Gewebeprobe.
Ein weiterer Vorteil ist, dass der Flüssigkeitsstrahl das Gewebe beim Schneidvorgang kühlt, sodass auch hierdurch eine thermische Schädigung des Gewebes beim Schneidvorgang vermieden werden kann. Zudem wird der Schneideprozess ohne direkten Werkzeugkontakt durchgeführt, was die Einhaltung der Sterilität erleichtert.
Der Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl, der als Schneidstrahl zum Abschneiden der Gewebeprobe dient, kann insbesondere als steriler Flüssigkeitsstrahl ausgebildet sein. Dementsprechend kann als Schneidflüssigkeit für die Erzeugung des Flüssigkeitsstrahls beispielsweise Wasser verwendet werden, z.B. destilliertes Wasser. Es können auch andere sterile Flüssigkeiten genutzt werden, z.B. Kochsalzlösung (z.B. 0,9%ige Kochsalzlösung), alkoholische Flüssigkeiten oder Kokosmilch. Der Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl kann dabei aus reiner Flüssigkeit bestehen, d.h. der Schneidflüssigkeit, oder eine Mischung aus der Schneidflüssigkeit und einem Ab- rasivmittel sein. Als Abrasivmittel können insbesondere sterile Materialien hinzugefügt werden. Ferner muss das Abrasivmittel biokompatibel sein. Es eignen sich z.B. Abrasivm ittel wie Zucker, Salz, Magnesium- oder Eisenspäne. Durch Hinzufügen des Abrasivm ittels können auch härtere Gewebemengen effizient geschnitten werden.
Mittels der Erfindung ist es insbesondere möglich, die Gewebeprobe als im Wesentli- chen planparallele Scheibe mit einer sehr geringen Dicke bereitzustellen, z.B. 400 μιτι oder weniger, oder 200 μιτι oder weniger. Solche relativ dünnen Gewebeproben eignen sich in besonderer Weise für die Gewebeperfusion und damit eine Kultur und zur Einpassung in entsprechende mikroskopierbare, mikrofluidische Untersuchungskammern, z.B. zur Grundlagenforschung oder zur pharmakologischen und/oder toxi- kologischen Substanztestung. Ferner eignen sich solche Gewebeproben in besonderem Maße für eine Kryokonservierung.
Dementsprechend ist es vorteilhaft, wenn der Flüssigkeitsstrahl mit geringem Durchmesser bereitgestellt wird, z.B. maximal 0,25 mm. Grundsätzlich ist es vorteilhaft, den Flüssigkeitsstrahl möglichst dünn auszubilden, z.B. im Bereich von 0,04 mm.
Der Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in einem Druckbereich von 600 bar bis 3300 bar bereitgestellt, insbesondere 700 bar bis 3000 bar. Hervorragende Ergebnisse werden mit einem Druck im Bereich von 700 bar bis 1 100 bar erzielt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die lebende Gewebemenge während des Flüssigkeitsstrahlschneidvorgangs auf einer auswechselbaren Auflagefläche gelagert wird, wobei die Auflagefläche während des Ab- Schneidens der Gewebeprobe durch den Flüssigkeitsstrahl wenigstens zum Teil mit durchschnitten wird. Auf diese Weise können unerwünschte Schwingungen an der Gewebemenge oder der bereits abgetrennten Gewebeprobe, die aufgrund des Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls oder dem Flüssigkeitsstrahl nachströmender Luft auftreten können, zuverlässig vermieden werden. Die Auflagefläche wird dementsprechend nach einem Schneidvorgang ausgetauscht. Dies trägt auch zur Durchführung eines sterilen Schneidvorgangs bei, indem für einen neuen Schneidvorgang eine neue sterile Auflagefläche eingesetzt wird. Die Auflagefläche kann z.B. als Zellulose-Nitrat- Scheibe ausgebildet sein, z.B. mit einer Dicke von ca. 1 mm. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die lebende Gewebemenge zumindest während des Flüssigkeitsstrahlschneidens in einer Flüssigkeits- strahlschneidvorrichtung fixiert. Hierdurch kann eine präzise Schnittführung des Flüssigkeitsstrahls durch die Gewebemenge sichergestellt werden. Auf diese Weise kön- nen Gewebeproben mit hoher Planparallelität bereitgestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die lebende Gewebemenge an der Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung oder einem daran fixierten Bauteil mittels Unterdruck und/oder durch Festkleben fixiert wird. Auf diese Weise kann die lebende Gewebemenge besonders schonend an der Flüssigkeits- strahlschneidvorrichtung fixiert werden. Es können mechanische oder sonstige Schädigungen der Gewebemenge vermieden werden. Wird die Gewebemenge direkt an der Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung mittels Unterdruck fixiert, so ist es vorteilhaft, als Anlagefläche für die Gewebemenge dort ein luftdurchlässiges Anlagebauteil vorzusehen. Das Anlagebauteil kann insbesondere eine offenporige, schwammartige Struktur aufweisen. Geeignet sind hierfür z.B. Silikatschäume, z.B. aus gepresstem Silikat. Beispielsweise können in der Chemie verwendete Filtergläser eingesetzt werden. Die offenporige schwammartige Struktur kann dabei eine Porengröße von z.B. 10 μιτι bis 100 μιτι aufweisen.
Wird die lebende Gewebemenge an einem an der Flüssigkeitsstrahlschneidvorrich- tung fixierten Bauteil fixiert, d.h. an einem Bauteil, das nicht Teil der Flüssigkeits- strahlschneidvorrichtung ist, so kann die nach dem Schneidvorgang von der Gewebemenge abgetrennte Gewebeprobe an diesem Bauteil verbeiben und dieses Bauteil zugleich als Trägerbauteil für weitere Analysen dienen. So kann das Bauteil z.B. als Objektträger für Analysen ausgebildet sein. Die Gewebemenge kann an diesem Bauteil z.B. durch Festkleben fixiert sein, insbesondere durch sterilen Klebstoff. Das Bauteil kann an der Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung wiederum beispielsweise mittels Unterdruck fixiert sein.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Unterdruck zum Fixieren der lebenden Gewebemenge variierbar ist, insbesondere während des Flüssigkeitsstrahlschneidvorgangs variierbar ist. Dies hat den Vorteil, dass über eine Druckregelung der erzeugte Unterdruck den jeweiligen Erfordernissen des Schneidvorgangs angepasst werden kann. So kann z.B. bei weicherem Gewebematerial der Unterdruck reduziert werden, um Schädigungen des Gewebes zu vermeiden, während bei härterem Gewebematerial, z.B. Knorpel oder Knochen, ein höherer Unterdruck eingestellt werden kann. Dementsprechend kann der Unterdruck wäh- rend des Flüssigkeitsstrahlschneidvorgangs variiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die aus der Schnittstelle zwischen lebender Gewebemenge und Gewebeprobe austretende Schneidflüssigkeit des Flüssigkeitsstrahls aufgefangen und mehrstufig über wenigstens zwei unterschiedliche Energiedissipationsmittel abgeleitet wird. Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren in praktisch jeder Umgebung durchgeführt werden, da die Umgebung durch Austreten der Schneidflüssigkeit nicht verunreinigt wird. Zudem wird die Restenergie des Flüssigkeitsstrahls in definierter Weise abgebaut. Die Energiedissipationsmittel können z.B. ein erstes Energiedissipationsmittel aufweisen, auf das der Flüssigkeitsstrahl zunächst trifft und das als schräg zur Stahlrichtung des Flüssigkeitsstrahls angestelltes Ablenkteil ausgebildet sein kann. Ein dem ersten Energiedissipationsmittel folgendes zweites Energiedissipationsmittel kann in Form von kugelförmigen Hartmaterialpartikeln, z.B. Hartkeramik- oder Hartmetall-Kugeln, ausgebildet sein, die in einer Auffangkammer für die Schneidflüssigkeit in Strahlrichtung des Flüssigkeitsstrahls hinter dem ersten Energiedissipationsmittel angeordnet ist.
So kann durch das erste Energiedissipationsmittel zudem vermieden werden, dass der austretende Flüssigkeitsstrahl in die Umgebung reflektiert wird oder in der Umge- bung Gischt oder Wassernebel entstehen. Das zweite Energiedissipationsmittel erlaubt durch die Kugelform der Hartmaterialpartikel eine Ablenkung des Strahls über die Kugeloberflächen. Es erfolgt ein Energieverlust durch eine Defokussierung des Strahls. Auf diese Weise wird die im austretenden Flüssigkeitsstrahl noch vorhandene Restenergie zunächst in Bewegungsenergie der Kugeln umgesetzt, zudem in Reibung zwischen den Kugeln, und demzufolge in Wärme.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Flüssigkeitsstrahl- schneidvorrichtung, die wenigstens folgendes aufweist:
a) eine Schneiddüse zum Abgeben eines dünnen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls, b) ein Druckerzeugungsmittel zur Erzeugung des Schneiddrucks einer Schneidflüssigkeit des Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls,
c) eine Zuführungsvorrichtung zur Zuführung der Schneidflüssigkeit zum Druckerzeugungsmittel,
d) eine Aufnahmevorrichtung für eine lebende Gewebemenge mit Fixierungsmitteln zur Fixierung der lebenden Gewebemenge an der Aufnahmevorrichtung, e) eine Vorschubeinrichtung zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der lebenden Gewebemenge und dem Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl, wobei die Vorschubeinrichtung zur Erzeugung einer eindimensionalen reproduzierbaren Relativbewegung eingerichtet ist, um durch die Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung im Wesentlichen planparallele, scheibenförmige Gewebeproben von der lebenden Gewebemenge abzuschneiden.
Auch hierdurch können die zuvor erläuterten Vorteile realisiert werden. Vorteilhafterweise ist die Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung eingerichtet zur Bereitstellung einer Gewebeprobe, bei der die Zellen der Gewebeprobe vital erhalten werden und durch das Abschneiden der Gewebeprobe von der lebenden Gewebemenge im Wesentlichen nicht beeinträchtigt werden. Die Vorschubeinrichtung kann zur Erzeugung eines automatischen Vorschubs ausgebildet sein, z.B. durch einen vorgespannten Federmechanismus oder durch einen Motorantrieb, z.B. einen Elektroantrieb. Die Vorschubeinrichtung kann auch zur Erzeugung eines manuellen Vorschubs eingerichtet sein. Mittels der Vorschubeinrichtung kann eine eindimensionale reproduzierbare Relativbewegung zwischen der Ge- webemenge und dem Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl erzeugt werden. Die Relativbewegung kann als Linearbewegung ausgebildet sein. Es kann z.B. auch eine nichtlineare, bogenförmige Bewegung erfolgen, z.B. eine kreisförmige Bewegung. Auch hierdurch können im Ergebnis wieder planparallele scheibenförmige Gewebeproben bereitgestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung zur Abgabe eines sterilen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls eingerichtet ist. Auf diese Weise wird vermieden, dass die Gewebeprobe durch den Flüssigkeitsstrahl kontaminiert oder infiziert wird. Es ist ferner vorteilhaft, die wesentlichen Bauteile der die Flüssigkeitsstrahlschneid- vorrichtung, die mit der Gewebemenge und der Gewebeprobe in Kontakt kommen, als sterilisierbare Bauteile auszubilden und vor der Durchführung eines Schneidvor- gangs entsprechend zu sterilisieren. So kann z.B. das Druckerzeugungsmittel zur Erzeugung des Schneiddrucks, z.B. eine Pumpe, als sterilisierbares Druckerzeugungsmittel ausgebildet sein. Die Sterilisation vor der Durchführung eines Schneidvorgangs kann z.B. dadurch erfolgen, dass über die Zuführvorrichtung zur Zuführung der Schneidflüssigkeit zunächst eine Desinfektionsflüssigkeit eingespeist wird und anschließend auf die eigentliche Schneidflüssigkeit umgestellt wird. Die Desinfektionsflüssigkeit kann dabei durch das Druckerzeugungsmittel über die Schneiddüse abgegeben werden, sodass auch gleich die Schneiddüse sterilisiert wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung als Fixierungsmittel wenigstens eine Unter- druckfixiereinrichtung aufweist, die zum Unterdruck-fixieren der lebenden Gewebemenge an der Aufnahmevorrichtung eingerichtet ist. Die Unterdruckfixiereinrichtung kann eine Unterdruckpumpe aufweisen. Zur Einstellung eines variierbaren Unterdrucks kann die Unterdruckpumpe über eine Steuereinrichtung steuerbar sein. Die Unterdruckfixierung erlaubt eine schonende Fixierung der Gewebemenge an der Aufnahmevorrichtung.
Die lebende Gewebemenge kann insbesondere eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme der lebenden Gewebemenge aufweisen, an der diese fixiert wird. Wird die Gewebeprobe von der Gewebemenge abgeschnitten, so wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl in einem Abstand von der Aufnahmevorrichtung vorbeigeführt wird, der im Wesentlichen der gewünschten Dicke der Gewebeprobe entspricht. Die abgeschnittene Gewebeprobe wird nach Durchführung des Schneidvorgangs zunächst weiterhin an der Aufnahmevorrichtung gehalten.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Unterdruckfixiereinrichtung wenigstens eine offenporige, schwammartige Struktur mit einer Ansaugfläche zum Ansaugen der lebenden Gewebemenge an die offenporige, schwamnnartige Struktur aufweist. Hierfür kann z.B. der eingangs genannte Silikatschaum verwendet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung eine Auffangvorrichtung zum Auffangen der aus der Schnittstelle zwischen lebender Gewebemenge und Gewebeprobe austretenden Schneidflüssigkeit aufweist. Auf diese Weise wird vermieden, dass die austretende Schneidflüssigkeit in die Umgebung gelangt. Die Auffangvorrichtung kann insbesondere die zuvor bereits erläuterten wenigstens zwei unterschiedlichen Energiedissipa- tionsmittel aufweisen.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch die Verwendung einer Flüs- sigkeitsstrahlschneidvorrichtung der zuvor erläuterten Art zur Bereitstellung einer Gewebeprobe aus lebendem Gewebe, indem durch die Flüssigkeitsstrahlschneidvor- richtung mittels eines dünnen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls von einer lebenden Gewebemenge die Gewebeprobe als im wesentlichen planparallele Scheibe abgeschnitten wird, wobei die Zellen der Gewebeprobe vital erhalten werden und durch das Abschneiden der Gewebeprobe von der lebenden Gewebemenge im Wesentlichen nicht beeinträchtigt werden. Auch hierdurch können die zuvor erläuterten Vor- teile realisiert werden.
Die Schneiddüse kann z.B. einen Durchlassquerschnitt von maximal 0,25 mm aufweisen. Die Schneiddüse kann z.B. als Diamantdüse oder Saphirdüse ausgebildet sein.
Die Erfindung erlaubt somit das planparallele Abschneiden von Scheiben von einer lebenden Gewebemenge, z.B. unterschiedlich fester, inhomogener Gewebe, wie z.B. Lunge, Leber, Niere, Darm, Muskelgewebe, Tumorgewebe, bis hin zu Knochen- Weichgewebeübergängen. Diese Gewebe enthalten unterschiedliche Anteile und Festigkeiten von Bindegewebe, bilden oder enthalten kleine oder große Hohlräume und sind von Leitungsbahnen durchzogen, z.B. Atemwege, Blutgefäße. Neben einem variabel harten Reinflüssigkeitsstrahl ist die Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung auch eingerichtet zum Schneiden mittels Abrasivmitteln, die der Schneidflüssigkeit beigegeben werden. Um mit Abrasiven zu schneiden, weist die Flüssigkeitsstrahl- schneidvorrichtung wenigstens eine Mischkammer auf, in der die Schneidflüssigkeit mit dem Abrasivmittel gemischt wird und dann zur Schneiddüse weitertransportiert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 - eine Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung in schematischer Darstellung und
Figur 2 - eine Schneideinheit der Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung in perspektivischer Darstellung und
Figur 3 - die Schneideinheit gemäß Figur 2 in geschnittener, perspektivischer
Darstellung und
Figur 4 - die Schneideinheit gemäß Figur 2 in geschnittener Seitenansicht.
In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.
Die in Figur 1 dargestellte Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung weist als zentrale Komponente eine Schneideinheit 1 auf. Die Schneideinheit 1 weist eine Schneiddüse 2 zum Abgeben eines dünnen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls 3 auf, der als Schneid- strahl dient. Die Schneideinheit 1 weist ferner eine Aufnahmevorrichtung 4 zur Aufnahme und Fixierung einer lebenden Gewebemenge auf. Unterhalb der Aufnahmevorrichtung 4 ist eine Auffangvorrichtung 5 zum Auffangen der aus der Schnittstelle zwischen lebender Gewebemenge und Gewebeprobe austretenden Schneidflüssigkeit angeordnet.
Die Schneiddüse 2 ist über eine Leitung mit einem Druckerzeugungsmittel 6 verbunden. Das Druckerzeugungsmittel 6 kann z.B. als Pumpe ausgebildet sein, insbesondere als Kolbenpumpe. Durch das Druckerzeugungsmittel 6 wird Schneidflüssigkeit aus einem Vorratsbehälter 7 entnommen, auf einen vorbestimmten Überdruck gebracht und der Schneiddüse 2 zugeführt, sodass der Flüssigkeitsstrahl 3 abgegeben wird. Zum Fixieren einer Gewebeprobe an der Aufnahmevorrichtung 4 ist eine Unterdruck- fixierungseinrichtung vorhanden, die eine Unterdruckerzeugungseinrichtung 8 aufweiset, z.B. eine Pumpe zum Ansaugen von Luft.
Ferner ist eine Vorschubeinrichtung 9 vorhanden, z.B. in Form eines elektromoto- risch betriebenen Linearstellers, mit dem die Aufnahmevorrichtung 4 und die Auffangvorrichtung 5 relativ zum Schneidstrahl 3 automatisch bewegbar ist, z.B. nach links und nach rechts.
Zur Steuerung der beschriebenen Komponenten weist die Flüssigkeitsstrahlschneid- Vorrichtung ferner eine Steuereinrichtung 10 auf, die z.B. als speicherprogrammierbare Steuerung ausgebildet sein kann. Durch die Steuereinrichtung 10 können das Druckerzeugungsmittel 6, die Unterdruckerzeugungseinrichtung 8 und/oder die Vorschubeinrichtung 9 gesteuert werden. Hierzu können verschiedene Sensoren mit der Steuereinrichtung 10 verbunden sein, z.B. zur Regelung des durch die Unterdrucker- zeugungseinrichtung 8 erzeugten Unterdrucks, zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeit durch die Vorschubeinrichtung 9 und/oder zur Regelung des Drucks des Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls 3.
Wie in den Figuren 2 bis 4 erkennbar ist, weist die Aufnahmevorrichtung 4 einen Hal- tekörper 40 mit einer sich im Wesentlichen vertikal, d.h. parallel zum Flüssigkeitsstrahl 3, erstreckenden Frontseite sowie einer im Wesentlichen senkrecht dazu angeordneten Auflage 43 auf. Auf der Auflage 43 ist als von der Auflage 43 separates Teil eine Auflagefläche 42 angeordnet, die als Einwegteil ausgebildet ist, das nach Durchführung eines Schneidvorgangs ausgetauscht wird. Auf der Auflagefläche 42 ist eine lebende Gewebemenge 1 1 angeordnet, aus der eine Gewebeprobe abgeschnitten wird. Wie erkennbar ist, ist der Schneidvorgang bereits etwa zu einem Drittel durchgeführt worden. Während des Schneidvorgangs wird die Auflagefläche 42 durch den Flüssigkeitsstrahl 3 mit durchschnitten. Die Auflagefläche 42 dient dabei als Schwingungsdämpfer zur Vermeidung von Schwingungen der lebenden Gewebemenge 1 1 .
Da ein einfaches Auflegen der Gewebemenge 1 1 auf der Auflagefläche 42 bei vielen Gewebearten nicht zu zufriedenstellenden Schneidergebnissen führt, ist zusätzlich zur Fixierung der Gewebemenge 1 1 eine Unterdruckfixierungseinrichtung vorhanden. Diese weist eine offenporige schwammartige Struktur 41 auf, die z.B. in einer Aussparung des Haltekörpers 40 eingesetzt und darin gehalten werden kann. In dem Haltekörper 40 ist ferner ein Kanal 44 vorgesehen, der bis zur Rückseite der offenpo- rigen, schwammartigen Struktur 41 geführt ist. Der Kanal 44 wird über ein Rohr oder einen Schlauch mit der Unterdruckerzeugungseinrichtung 8 verbunden. Auf diese Weise wird die Gewebemenge 1 1 an der Struktur 41 durch Ansaugen fixiert.
Unterhalb der Auflage 43 ist die Auffangvorrichtung 5 zum Auffangen des aus der Schnittstelle zwischen lebender Gewebemenge 1 1 und der Gewebeprobe austretenden Schneidflüssigkeit angeordnet. Die Auffangvorrichtung 5 weist zunächst unmittelbar unterhalb des Flüssigkeitsstrahls 3 eine Ablenkschräge 51 auf, die in einem bestimmten Winkel, z.B. 45 Grad oder 60 Grad, zu dem Flüssigkeitsstrahl 3 abgewinkelt ist. Hierdurch wird die austretende Schneidflüssigkeit abgelenkt und verliert dadurch bereits einen Teil ihrer Energie. Die Schneidflüssigkeit wird in einen Behälter 52 mit einem Innenraum 50 geleitet, in dem kugelförmige Hartmaterialpartikel angeordnet sind. Hierdurch wird die restliche Energie der austretenden Schneidflüssigkeit dissipiert. Der Behälter 52 kann von der Vorrichtung abgenommen werden und die darin aufgefangene Flüssigkeit kann auf diesem Wege entsorgt werden.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Bereitstellung einer Gewebeprobe aus lebendem Gewebe (1 1 ), indem durch Flüssigkeitsstrahlschneiden mittels eines dünnen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls (3) von einer lebenden Gewebemenge (1 1 ) die Gewebeprobe als im wesentlichen planparallele Scheibe abgeschnitten wird, wobei die Zellen der Gewebeprobe vital erhalten werden und durch das Abschneiden der Gewebeprobe von der lebenden Gewebemenge (1 1 ) im Wesentlichen nicht beeinträchtigt werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die lebende Gewebemenge (1 1 ) während des Flüssigkeitsstrahlschneidvor- gangs auf einer auswechselbaren Auflagefläche (42) gelagert wird, wobei die Auflagefläche (42) während des Abschneidens der Gewebeprobe durch den Flüssigkeitsstrahl (3) wenigstens zum Teil mit durchschnitten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lebende Gewebemenge (1 1 ) an der Flüssigkeitsstrahlschneidvor- richtung oder einem daran fixierten Bauteil mittels Unterdruck und/oder durch Festkleben fixiert wird.
4. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterdruck zum Fixieren der lebenden Gewebemenge (1 1 ) variierbar ist, insbesondere während des Flüssigkeitsstrahlschneidvorgangs variierbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus der Schnittstelle zwischen lebender Gewebemenge (1 1 ) und Gewebeprobe austretende Schneidflüssigkeit des Flüssigkeitsstrahls (3) aufgefangen und mehrstufig über wenigstens zwei unterschiedliche Energiedissipati- onsmittel abgeleitet wird.
Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung, die wenigstens folgendes aufweist:
a) eine Schneiddüse (2) zum Abgeben eines dünnen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls (3),
b) ein Druckerzeugungsmittel (6) zur Erzeugung des Schneiddrucks einer Schneidflüssigkeit des Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls (3),
c) eine Zuführungsvorrichtung (7) zur Zuführung der Schneidflüssigkeit zum Druckerzeugungsmittel (6),
d) eine Aufnahmevorrichtung (4) für eine lebende Gewebemenge (1 1 ) mit Fixierungsmitteln zur Fixierung der lebenden Gewebemenge (1 1 ) an der Aufnahmevorrichtung (4),
e) eine Vorschubeinrichtung (9) zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der lebenden Gewebemenge (1 1 ) und dem Hochdruck-Flüssigkeitsstrahl (3), wobei die Vorschubeinrichtung (9) zur Erzeugung einer eindimensionalen reproduzierbaren Relativbewegung eingerichtet ist, um durch die Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung im Wesentlichen planparallele, scheibenförmige Gewebeproben von der lebenden Gewebemenge (1 1 ) abzuschneiden.
Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung zur gäbe eines sterilen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls (3) eingerichtet ist.
Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung als Fixierungsmittel wenigstens eine Unterdruckfixiereinnchtung (8, 41 ) aufweist, die zum Unterdruck-fixieren der lebenden Gewebemenge (1 1 ) an der Aufnahmevorrichtung (4) eingerichtet ist.
9. Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdruckfixiereinrichtung (8, 41 ) wenigstens eine offenporige, schwammartige Struktur (41 ) mit einer Ansaugfläche zum Ansaugen der lebenden Gewebemenge (1 1 ) an die offenporige, schwammartige Struktur (41 ) aufweist.
10. Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung eine Auffangvorrichtung (5) zum Auffangen der aus der Schnittstelle zwischen lebender Gewebemenge (1 1 ) und Gewebeprobe austretenden Schneidflüssigkeit aufweist.
1 1 . Verwendung einer Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10 zur Bereitstellung einer Gewebeprobe aus lebendem Gewebe, indem durch die Flüssigkeitsstrahlschneidvorrichtung mittels eines dünnen Hochdruck-Flüssigkeitsstrahls (3) von einer lebenden Gewebemenge (1 1 ) die Gewebeprobe als im wesentlichen planparallele Scheibe abgeschnitten wird, wobei die Zellen der Gewebeprobe vital erhalten werden und durch das Abschneiden der Gewebeprobe von der lebenden Gewebemenge (1 1 ) im Wesentlichen nicht beeinträchtigt werden.
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