DE8813314U1

DE8813314U1 - Vorrichtung zur Durchführung biologischer Experimente

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Publication number: DE8813314U1
Application number: DE8813314U
Authority: DE
Original assignee: Erno Raumfahrttechnik 2800 Bremen De GmbH
Current assignee: Erno Raumfahrttechnik 2800 Bremen De GmbH
Priority date: 1988-10-22
Filing date: 1988-10-22
Publication date: 1989-01-12

Description

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Vorrichtung zur Durchführung

\ Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchfahrung von biologischen Experimenten, insbesondere von Zeilfusionsexperimenten * unter dem Zustand der Schwerelosigkeit oder verminderter Schwer- ] «cnft, bestehend ms miteinander in verbindung stehenden, Flüssig-I Keitsmedien enthaltenden RSumen, zwischen den jeweils Absperror- i gane angeordnet sind.

\ Bei der Durchführung von Zeilfusionsexperimenten werden in einer : TransportiOsung bereitgehaltene biologische Zellen unterschied-¹ liehen Typs in einer Fusionskammer zusammengebracht. Dabei besteht " das Problem, daß ein Transfer des Zellmaterials zwischen den einzelnen Räumen und den darin befindlichen unterschiedlichen Flüssigkeitsmedien erfolgen muß, wodurch stets die gefahr einer Kontamination gegeben ist. Dies gilt insbesondere bei Zellfusionsexperimenten, die unter dem Zustand verminderter Schwerkraft bzw. unter Schwerelosigkeit durchgeführt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingang genannten Art so auszubilden, daß die Durchführung von Fusionsexperimenten möglich ist, ohne daß es hierbei zu einer Vermischung der in den einzelnen Räumen befindlichen Flüssigkeiten oder zu ei-

■ lter Exposition gegenüber der Außenumgebunq kommt.

_J; Die Erfindung löst diese Aufgabe, indes sie vorsieftt, daß wenigs-

f tens zwei voneinander getrennte RSurae in einem geschlossenen Be-■·. halter angeordnet sind, zwischen u^mn Absperrorgane in Form von

Hähnen vorgesehen sind, £eren Hahnküken im Durchlaßb?reir^::

■ sacklochartige Bohrungen aufweisen.

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Dadurch ist es möglich, die für das Experiment vorgesehenen Zellen innerhalb eines hermetisch geschlossenen Systems zu lagern und ohne eine mögliche Kontaminationsgefahr bzw. eine Vermischung von Flüssigkeiten von einem Raum in einen zweiten zu transferieren.

In vorteilhafter Heiterbildung der erfindungsgemafien Vorrichtung J. ist es dabei ferner möglich, innerhalb des Behalters eine Reihe weiterer Räume mit unterschiedlichen Lösungen, insbesondere Nährlösungen für die Vor- und Kachbehandlung des Zellmaterials, im Rahmen der eigentlichen Fusion vorzusehen. Diese Raune sind ebenfalls durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Absperrorgane voneinander getrennt und werden von Zellmaterial durch das Offnen der entsprechenden Absperrorgane sukzessive durchlaufen.

Die in den weiteren Ansprüchen angegebenen Maßnahmen betreffen in erster Linie Ausgestaltungen der Absperrorgane, die sich als besonders vorteilhaft sowohl hinsichtlich des vorgesehenen Einsatzes unter de» Zustand der Schwerelosigkeit als auch hinsichtlich eines zugleich tinfachen und funktionstüchtigen Aufbaus erwiesen haben.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbelspielen naher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 «ine Vorrichtung zur Durchführung von ZeIIfuslonsexsperlmtnten in schtmatlscher, geschnittener Darstellung,

Fig. 2 eine Detal!darstellung des oberen Teils der in Flg. 1 ichemetisch dargestellten Anordnung,

Flg. 3 die Anordnung nach Fig. 2 in einer anderen BttltlguneitttUung und

I.

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Fig. 4 sin weiteres Absperrorgan.

Bei der in Fig. 1 in schottischer Darstellung gezeigten Anordnung handelt es sich um eine sogenannte Coabi-Kammer för Zellfusionsexperinente, die unter den Zustand der Schwerelosigkeit bzw. vermiß derter Schwerkraft dtirchgeff&ri weixfen. Die Kammer besteht aus einem zylindrischen Behalter 1, der in Fall des hier dargestellten AusfOhrungsbeispieis aus Acrylglas gefertigt ist und der durch einen Stahldeckel 2 verschlossen ist, welcher mit Rippen 3 versehen ist. Im Innern des Behälters 1 sind eine Reihe von einzelnen Riumen 4 bis 7 vorgesehen, die übereinanderliegend angeordnet sind.

In den Trennwanden zwischen den Raunen 4 bis 7 sind jeweils Absperrorgane 8 bis 10 angeordnet, die den Transfer von Zellmaterial zwischen den einzelnen Raunen dienen und deren Aufbau nachfolgend noch naher erläutert wird.

Die die einzelnen Raune 4 bis 7 begrenzenden Trennwände sind in Richtung auf die jeweils im Bereich der Mittelachse des Behalters 1 angeordneten Absperrorgane 8 bis 10 konisch zulaufend ausgebildet. Im Boden des Behalters 1 ist ein weiteres Absperrorgan 11 vorgesehen. Ober das der Raum 7 nit einem in einem zweiten Behalter 12 befindlichen weiteren Raum 13 verbindbar ist. Zwischen dem Boden des Behalters 1 und dem zweiten Behälter 12 1st auf einer Tragerplatte 14 ein Septum 15 angeordnet, durch das eine unter dem Absperrorgan 11 gehalterte Nadel 16 In den darunter befindlichen Raten 13 führt, In dem in diesem Fall ein Silikon-Beutel angeordnet 1st.

Der Raum 6, der als eigentliche Fuslonskammtr dient, ist mit Fuiionielektroden 17 und tintm Ttmperaturiensor 18 ausgestattet. Schließlich Ut im Bereich der Fusionekammer 6 in der Außenwand

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des BefAlters 1 ein Fenster 19 for Beobachtungszwecke vorgesehen.

Der Aufbau der Absperrorgane ist aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich. Diese Figuren zeigen den oberen Teil einer Anordnung, wie sie in Fig. 1 schematise!! abgebildet ist. Der Behalter 1 ist bei den hier dargestellten AusfOhrungsbeispiel modulartig aus einzelnen Elementen 20 und 21 zusammengesetzt und wird durch den Deckel 22 eit Rippen 23 nach oben abgeschlossen. Zwischen den in den Modulen 20 und 21 befindlichen Raunen 24 und 25 ist ein Absperrorgan angeordnet, daß nach Art eines Hahnes aufgebaut ist und dessen Gehäuse in den Modul 21 integriert ist.

Das konusfömige Hahnkflken 28 weist, anstelle einer sonst bei derartigen Anordnungen gebräuchlichen Durchgangsbohrung, eine sacklochartige Bohrung 30 auf. Die Form dieser Bohrung 30 ist ebenfalls konisch gewählt, wobei die Symmetrieachse der Bohrung 30 mit der Mittelachse des gesamten zylindrischen Behalters 1 zusammenfallt. In gieichtr Meise ist auch das ebenfalls in dieser Figur dargestellte zweif · Absperrorgan 29 ausgebildet, das ebenfalls eine sacklochartige, konisch zulaufende Bohrung aufweist.

Schließlich sind auch die einzelnen Räume 24 und 25 jeweils in der Weise auf das nachfolgende Absperrorgan 28 bzw. 29 hin konisch ausgebildet, daß sie als trichterförmiger Einlauf für die zugeordnete Bohrung 30 bzw. 31 fungieren. Auch die den Absperrorganen nachgeordneten Auslaufe 32 sind im Fall des hier dargestellten Ausfuhrungsbeispiels konisch ausgebildet. Die Durchmesser der Einbzw. Auslaufe sind dabei jeweils dem Durchmesser der Bohrung 30 bzw. 31 des zugeordneten HahnkQkens 28 bzw. 29 angepaßt.

Dem Behalter 1 sind femer eine in der Zeichnung nicht dargestellte Zentrlfugiereinrichtung, vermittels derer d«r gesamte Behalter zentrifugiert werden kann sowie ein ankoppelbarer Vibrationsmischer zugeordnet.

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₍, Zur Durchführung eines Zellfusionsexperinientes wird der oberste im

Behälter 1 befindliche Raum 4 bzw. 24 mit Ausgangszellmaterial zweier unterschiedlicher Typen gefüllt, das sich in einer Trans-

\ portlösißig befindet. Die übrigen Räume 5, 7 und 13 werden mit spezifischen Nähr- bzw. Wachstumslösungen befüllt, während die Fu-

• «ionskasmer 6 ein spezielles Fusionsmedium enthält.

Durch Zentrifugieren, beispielsweise 10 Minuten bei «.jiner Beschleunigung von etwa 200 g, wird das Zellmaterial als Pellet in der als Schale ausgebildeten Bohrung 30 des Hahnkükens 28 gesammelt. Indem nun das HahnkOken von «and um 180 Grad gedreht wird und so die in Fig. 3 dargestellte Position einnimmt, gelangt dieses Zellpellet in den nachfolgenden Raum 5 bzw. 25, der dia erste Nährlösung enthält.

", Nach dem Resuspensieren des Zellmaterials mit Hilfe des Vi bra- \ tionsmischers und einer vorgesehenen Verweildauer in diesem Raum 5 bzw. 25 wird durch erneutes Zentrifugieren wiederum ein ZeIl- : pellet gebildet, das nunmehr in der Bohrung 31 des Hahnkükens 29 vorliegt. Durch Drehen dieses '.flkens um ebenfa**s 180 Grad jird das Zellmaterial in die eigentliche Fusionskaramer 6 befördert, wo durch die Fusionselektroden 17 das für die Fusion erfordert icf*e elektrische Spannungsfeld erzeugt wird. Der Ablauf des Fusionsexperimentes kann dabei Ober das Sichtfenster 19 mit Hilfe eines Mlkroskcps beobachtet werden.

Nach erfolgter Fusion und erneutem Zentrifugieren wird das Zellgut Ober das Absperrorgan 10, das analog zu den beiden Absperrorgan«! &bgr; und 9 aufgebaut ist, In den Raum 7, der als Postfuslons-Mtdlum tine weitere Nährlösung enthält, transferiert, wo es erneut suspendiert wird.

Von hier aus gelangt das Ztllmaterial schließlich Ober das Absperrorgan 11, btl dam es sich In diesem IFaH in ein Hahnkdken

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mit Durchgingebohrung handelt, in dm untersten Raum 13, wobei es Ober die Nidel 16 in den ftilikonbeutal gelangt. Ou Septum 18 dichtet dabei diesen teil der Anordnung gegen den darüber befindlichen Raun ab. Soll nun bei Versuehsende das in diesen Raun 13 befindliche Probennaterial entnommen werden, so wird die Nadel 16 aus den Septum 15 gezogen, wodurch der unterste Bereich füssigkeitsdicht verschlossen ist.

Des in Fig. 4 dargestellte Absperrorgan weist gegenüber den in den Fig. 2 und 3 dargestellten einen teilweise geänderten Aufbau auf. Auch hier ist in einen Modul 41 in einer Bohrung 43 ein Hahnküken 48 nit einer konischen, sacklochartigen bohrung 40 angeordnet. In eegensatz zu der vorstihend beschriebenen Anordnung sind in diesen Fall das HahkQken 46 sowie die diese aufnehmende Bohrung 43 zylindrisch ausgebildet. Das Hahnküken 46 ist in dieser Bohrung in axialer Richtung beweglich gehaltert, wobei insgesamt drei O-Ringe 46, 47 und 49 fOr die erforderliche Abdichtung sorgen. Der in den Raun 45 führende Auslauf 42 ist bei dieser Anordnung gegenober den von Raun 44 gebildeten Einlauftrichter un die Strecke, die der axialen Verschiebung dos Hahnkükens 48 entspricht, versetzt angeordnet.

Un bei diesen Absperrorgan ein Ze11pe11et aus den Raun 44 in den Raun 45 zu transferieren, muß zusatzlich zur Verdrehung des Hahnkükens 48 un 180 6rad eine Verschiebung in axialer Richtung durchgeführt werden. Die Vorteile dieser Anordnung gegenüber der in den Fig. 2 und 3 dargestellten liegen dabei in den besonders einfachen Herste! lu&gsm^t tcMteüen·

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1	8-10.	, 25,	Behalter
2. 22	28, 29,	. 45	Deckel
3, 23	11		Rippen
4-7. 24	12	48
44	13		Räume
14
15		Absperrorgane
16		Il
17		zweiter Behälter
18		weiterer Raun (Silikon-Beutel)
19		Tragerplatte
30. 31,		Septum
43		Nadel
46, 47.	40	Fusionselektroden
		Temperatursensor
	49	Beobachtungsfenster
	Bohrung (HahnkQken)
Bohrung für &pgr;&agr;&pgr;&pgr;&kgr;&udiagr;&kgr;&bgr;&pgr;
O-Ringe

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Claims

Brauen, 20-30-1988

ERNO - Raumfahrttechnik

ggbctansprOche:

20 25 30

J_-1 Vorrichtung zur Durchführung von biologischen Experimenten, insbesondere von Zellfusionsexperimenten unter dem Zustand der Schwerelosigkeit oder verminderter Schwerkraft, bestehend aus miteinander in Verbindung stehenden, FlQssigkeitsmedien enthaltenden Räumen, zwischen denen jeweils Absperrorgane angeordnet sind, d a d urch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei voneinander getrennte Rlume (4-7) in einem geschlossenen Behalter (1) angeordnet sind, zwischen denen Absperrorgane (8-10) in Form von Hahnen vorgesehen sind, deren Hahnküken (28, 29, 48) im DurchlaBberelch Jeweils sacklochertige Bohrungen (30, 31, 40) aufweisen.

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Patantsbteilung

2. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennz e i c hnet, daß die dem jeweils nachfolgenden Absperrorgan (8-11) zugeordneten Bereiche der Räume (4-7) jeweils trichterförmig in Richtung auf die Bohrungen (30, 31, 40) zulaufend ausgebildet sind.

10

15

3^ Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gele e &eegr; &eegr; zeichnet, daß die Bohrungen (30, 31, 40} Jeweils konisch sich verengend ausgeführt sind.

4^ Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) eine zylindrische Form aufweist und daß die Einlaufbereiche der HahnkQken (28, 29) im Bereich der Mittelachse des Behalters (1) angeordnet sind.

20

5^ Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a durch gekennzeichnet, daß tier Behalter (1) modulartig aufgebaut ist.

25

30

6± Vorrichtung nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Modulelement (20, 21, 41) JewelIi einen Raun (24, 25, 44, 45) sowie eine senkrecht zur Behalterlangsachse verlaufende Aufnahmbohrung (43) '0> ein HahnkOken (28, 29 48) enthalt.

7± Verrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

dadurch g &bgr; k e &eegr; &eegr; &zgr; · i c h &eegr; 11, daft der Behalt*- (i) insgesamt vier voneinander getrennte Modulelemnte (4-7) aufweist.

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PattntttMsllung

W-S1

I₁ vorrichtung nach einem dir Ansprüche 1 bit 7, d a d u r c h gikifinziiehnit, dift einer dir Mum (4-7) als Pusionskamnar (&bgr;) ausgebildet und mit Fuftfonselektroden (17) versehen ist.

9^ vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, das die Fusionskammer (6) ein ieaobacntungsfenster (19) aufweist.

10. Vorrichtung nach einem aw Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet» daß an den Behalter (1) ein weiterer Behälter (12) ansetzbar ist, der mit einem der im Behälter (1) befindliehen Raune (7) verbindbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichne t, daß zwischen dem ersten Behalter (1) und dem zweiten Behalter (12) ein Septum (15) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a durch gekennzeichnet, daß dem Behälter (1) eine Zentrifugiereinheit zugeordnet ist.

H. Vorrichtang nach eine« der Ansprüche 1 bis 12. dadurch gekennzeichnet, daß an den (1) eine Vi brat ionsei m-ichtung ankoppelbar ist.

Seftllter

14. Vorrichtung nacH einee der Ansprüche 1 bis 13, d a durch gekennzeichnet, daß der Beftaiter (1) aus eins» Kunststi

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- 4

Patentabteilung

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16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichne t, daß der Behälter (1) aus Acrylglas besteht.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, d a d urch gekennzeichnet, daß der oberste der im Behälter (1) angeordneten Räume (4-7) durch einen mit Rippen (3) versehenen Stahldeckel (2) verschlossen ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, d a d u r ch gekennzeichnet, daß die Hahnküken (28, 29) der Absperrorgane (8-10) sowie die diese aufnehmenden Bohrungen konisch ausgebildet sind, wobei die Längsachse der Bohrungen angenähert senkrecht zur Langsachse des Behalters (1) verlauft.

18. vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16,

~" dadurch gekennzeichn e t, daß die Hahnküken (48) sowie die diese aufnehmenden Bohrungen (43) zylindrisch ausgebildet sind und daß die Hahnküken in axialer Richtung verschieblich gehaltert sind.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichn e t, dad die Hahnköfcen (28, 29, 48) aus Stahl bestehen und mit einer Beschichtung aus eine« Kunststoff verseilen sind.

20. Vorrichtung nach eines der Ansprüche 1 Ms 19, dadurch gekennzeichn e t» daß die Hahnküken &idigr;» 48} vefSCftiieSüäre Kanäle zum Beföiien der raue besitzen·

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Pattniibttlking

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21. Vorrichtung nteh einem der Ansprache 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Transfer von Material von einem Innenraum (4, 5, 6, 7) zum benachbarten durch Drehen der Venti!küken (28, 48) geschieht.

ZZ. vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis Zi, dadurch gekennzeichne t, daß sich eines Modulelementes zwei Räume befinden.

Innerhalb

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, d a d u rch gekennzeichnet, daß sich innerhalb der Fusionskammer (6) ein elektrisch anregbarer Schwingquarz befindet.