WO2009021501A2 - Zellkulturmesssystem und verfahren für vergleichende untersuchungen an zellkulturen - Google Patents

Zellkulturmesssystem und verfahren für vergleichende untersuchungen an zellkulturen Download PDF

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    • C12M41/32—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of concentration of substances in solution

Definitions

  • the invention relates to a cell culture measuring system and a method for comparative investigations
  • Cell cultures In particular, it can be used when functional effects on living cultured cells that are to be exercised and evaluated as a result of agents that can affect the cells. In this case, the behavior or change in the morphology of cells under the influence of substances contained in test liquid or test liquids which produce such effects can be detected.
  • EP 0 394 406 B1 discloses a method and a device for detecting an effect of a cell-influencing agent on living cells, in which a microfluid chamber in which living cells are cultured flows through solutions or suspensions containing a line-influencing agent become.
  • all living cells contained in the microfluidic chamber are influenced by the cell-influencing agent, so that for a comparative examination at least a second microfluid chamber must be present in which an examination can take place without the influence of a cell-influencing agent.
  • the last-mentioned aspect is also problematic in the apparatus described in DE 199 20 811 B4 for carrying out investigations on cell cultures.
  • this known device is a trough-shaped receptacle, in the bottom side, a cell culture is contained in a liquid culture medium to be used.
  • a partial space can be separated as a reaction space from the remaining part.
  • cell-influencing agents can act on the cells arranged there, whereas another area of the receptacle can not be influenced by such agents.
  • a separating body which may be in the form of a stamp, but it can lead to leaks, so that a cell-influencing agent escape from the reaction chamber and can get into the other part of the receptacle.
  • this aspect relates to information and / or stimulus transmission between cells influenced by a agent and cells not affected by the agent.
  • this object is achieved by a cell culture measuring system which has the features of claim 1.
  • the investigations can with a method according to the invention using such a cell culture measuring system according to claim 11.
  • a cell culture measuring system is designed such that a cell culture carrier with cell cultures cultivated thereon is arranged within a flow channel on which at least one inflow and at least one outflow for a liquid culture medium are present. Through the river channel from the inflow to the outflow, a liquid culture medium is passed. At least one additional inflow for a test fluid is present at the flow channel. This inflow is arranged in the flow direction of the culture medium between the inflow for the culture medium and the outflow of the flow channel so that it flows through the culture medium
  • At least two sensors are arranged in the region of the cell culture, at least one sensor being arranged in the region of the cells unaffected by the test liquid and at least one further sensor in the region of cells influenced by the test liquid.
  • These sensors can then be used to detect cell functions or effects of cell metabolism as well as changes in the morphology of cells.
  • a test fluid enters a flow channel and maintains certain flow conditions the displacement of the culture medium flowing through the flow channel through the test liquid is such that a relatively sharp boundary surface forms between the culture medium and the test liquid as it flows through both liquids and there is virtually no convection and diffusion of test liquid or agents influencing the cells contained in a test liquid outside Area to be used to study the influence of a test fluid.
  • test fluid can already cause a cell-influencing effect.
  • agents it is also possible for such agents to be present in dissolved form or for a test liquid to be a suspension.
  • liquid culture medium and / or a test liquid may be arranged at one or more tributaries, a semipermeable membrane or a micro-sieve, as examples of bubble traps, on the / a liquid culture medium and / or a test liquid can flow into the flow channel / can.
  • a semipermeable membrane or a micro-sieve as examples of bubble traps
  • the sensors used in the comparative investigations which are arranged in the region of the test liquid and unaffected in the area of test liquid-influenced cells, should each be the same sensors, which are sensitive in the same way. However, several, e.g. Couples or triples of the same sensors with different sensitivity can be arranged in the non-affected or in the affected areas of the cell culture. As a result, different comparative examinations of cells can be carried out simultaneously.
  • Sensors which are then arranged in an unaffected by test liquid area and then have at least two such sensors at different distances to cells that have been influenced by test liquid.
  • At least one inflow of test liquid should be arranged between an inflow for culture medium and the at least one outflow at a flow channel.
  • This at least one further inflow for test fluid should then flow into the flow channel at an angle between 0 ° and 90 °, preferably 45 ° and 90 ° with respect to the flow direction of the culture medium, which applies at least to the region of the flow channel, in the liquid culture medium and test liquid then together flow in the direction of an outflow from the river channel.
  • a cell culture carrier which can be used on a cell culture measuring system according to the invention can be formed from a polymeric material.
  • This polymeric material may be selectively functionalized on its surface before use in order to selectively achieve or suppress adhesion of cells.
  • Such functionalization can be achieved by irradiation with electromagnetic radiation in the wavelength range of the ultraviolet light under the simultaneous influence of a reactive gas.
  • a lid member may be formed of an optically transparent polymeric material. This additionally opens up the possibility of being able to carry out microscopic investigations on the cell culture.
  • the flow channel geometrically such that a greater width is present in the region of an inlet for test liquid than is the case for the region at which an inflow for culture medium is arranged.
  • the flow rate of the liquid culture medium in Reduced region of the flow of test liquid and formed in this area a predominantly laminar flow, which can be much better with a sharp boundary layer, the formation of a range in which cells are affected by test liquid, by displacement of liquid culture medium by test liquid can be exploited.
  • a laminar flow of test fluid and culture medium should be maintained.
  • sensors can be used, which applies to the same sensors but also sensors with different sensitivity, which can be arranged in the affected by test liquid and not affected by test liquid areas.
  • sensors may be pH-sensitive, oxygen-sensitive, glucose-sensitive, optical (morphology, fluorescence), electrical (electrical potentials) and / or electro-physiological (concentrations) sensitive.
  • measuring signals can be detected at certain times, for example when the test liquid inlet has been opened. Then, an influence by the test liquid is exerted on a range of cells. The time may then be recorded until an effect of test fluid on cells occurs and subsequently, in turn, this effect has an effect on cells located in an area unaffected by test fluid remains.
  • the respective temporally recorded measured values can then be evaluated subsequently and the respective effect of the test fluid can be determined.
  • the one or more inflows / inflows can / can be switched off in a defined form or also turned on / opened.
  • test liquid can be supplied over a predeterminable time period and then the supply of test fluid can be stopped again.
  • it can be investigated, for example, to what extent the effect of the agent influencing the cells subsides, is partially or completely irreversible.
  • the conditions of cell cultivation and examination of the cell affecting agent can be easily kept constant
  • comparative studies are carried out with agents which influence the cells and at the same time, under the same conditions, also on cells which are not influenced by such an agent.
  • the uninfluenced cells are a reference for the comparative studies.
  • a cell culture measuring system may have an open but also a closed flow channel.
  • the area which also influences the cells in question by a cell-influencing agent can be influenced in its size and with the corresponding proportion of cells.
  • a culture medium without test liquid can circulate and / or overflow all cells.
  • at least one test liquid of known composition can then be supplied for a predeterminable period of time in such a way that only part of the cells is circulated and / or overflowed with test liquid.
  • After completion of the supply of test liquid then again only culture medium can be performed to all cells. This can be done with all sensors during the entire time a detection.
  • measuring signals can be recorded intermittently continuously or else at predeterminable time intervals.
  • Fig. 1 in schematic form a plan view of an example of a cell culture measuring system according to the invention
  • FIG. 2 shows in schematic form a further example in plan view of a Zeilkulcmesssystem according to the invention
  • FIG. 3 shows in schematic form a plan view of an example of a cell culture measuring system according to the invention with a plurality of test liquid feeds;
  • FIG. 4 shows an example of a cell culture measuring system according to the invention in a plan view with two outflows and one inflow for a culture medium.
  • FIG. 1 In the example of a cell culture measuring system 1 according to the invention shown in FIG. 1, there is a flow channel 1 'with an inlet 2 for a liquid culture medium from which the liquid culture medium flows through the flow channel 1' in the direction of an outflow 3 of the flow channel 1 '. flows. From Fig. 1 it is clear that the flow channel 1 'has a widened area / cross section between the inlet 2 and the outlet 3.
  • a cell culture carrier 10 arranged on the cell cultures / are arranged. At the cell culture carrier 10 sensors 5, 6 and 7 are provided with which cell functions can be detected.
  • the sensors 5, 6 and 7 are arranged at equal distances from one another and, in this example, on a diagonal axis of the cell culture carrier 10 formed in a square shape here.
  • the inflow 4 is here aligned at a 90 ° angle with respect to the flow direction of the culture medium between the inflow 2 and the outflow 3.
  • FIG. 1 also illustrates how the test fluid flowing in through the inflow 4 displaces liquid culture medium and an area with cultured cells on the cell culture carrier 10 is influenced by the test fluid or by a means which influences the cells in a test fluid.
  • the sensor 7 is arranged, with which a detection of test liquid-influenced cells is possible. With the sensors 5 and 6 arranged in areas unaffected by test liquid, the same detection can be performed on cells unaffected by test liquid.
  • the example shown in FIG. 2 differs from the example of FIG. 1 only by the embodiment of the inlet 4 for test liquid. This is not by the wall of the flow channel 1 'laterally led from the outside, but the inflow 4 for test liquid is formed in this example, although on the same side and in the middle of the cell culture carrier 10 but on the cell culture carrier 10.
  • a plurality of test liquid feeds 4 are provided on one side of the flow channel 1 'and arranged equidistant from each other.
  • an inflow 2 is present in the middle at a flow channel 1 '.
  • the supplied liquid culture medium then flows in the direction of the outflow 3.
  • test liquid inlets 4 are arranged in the flow channel V so that cells and sensors 6 and 7 are circulated and / or overflowed with test liquid, whereas a region of cells unaffected by test liquid remains and the sensor 5 remains.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zellkulturmesssystem sowie ein Verfahren für vergleichende Untersuchungen an Zellkulturen. Aufgabe der Erfindung ist es, Möglichkeiten vorzuschlagen, mit denen vergleichende Untersuchungen an Zellkulturen, bei gleichen Bedingungen an Zellen, die von einer Testflüssigkeit beeinflusst und Zellen, die von einer Testflüssigkeit nicht beeinflusst sind, vornehmen zu können. Bei einem Erfindungsgemäßen Zellkulturmesssystem sind Zellkulturen auf einem Zellkulturträger innerhalb eines Flusskanals kultiviert. Es sind ein Zufluss und einem Abfluss für ein flüssiges Kulturmedium und mindestens zwei Sensoren vorhanden. Außerdem ist mindestens ein weiterer Zufluss für eine Testflüssigkeit in Strömungsrichtung des Kulturmediums zwischen dem Zufluss für das Kulturmedium und dem Abfluss des Flusskanals, so angeordnet ist, dass durch Verdrängung des Kulturmediums die durch den Flusskanal strömende Testflüssigkeit lediglich einen Teil der auf dem Zellkulturträger vorhanden Zellen um- und/oder überströmt. Außerdem ist mindestens ein Sensor im Bereich der von Testflüssigkeit unbeeinflussten Zellen und mindestens ein weiterer Sensor im Bereich von mit Testflüssigkeit beeinflussten Zellen angeordnet.

Description

Zellkulturmesssystem und Verfahren für vergleichende Untersuchungen an Zellkulturen
Die Erfindung betrifft ein Zellkulturmesssystem sowie ein Verfahren für vergleichende Untersuchungen an
Zellkulturen. Sie kann insbesondere eingesetzt werden, wenn funktionelle Wirkungen auf lebende kultivierten Zellen, die infolge von Mitteln, die die Zellen beeinflussen können, ausgeübt und bewertet werden sollen. Dabei kann das Verhalten oder die Veränderung der Morphologie von Zellen unter dem Einfluss von in Testflüssigkeit enthaltenen Substanzen oder Testflüssigkeiten die solche Wirkungen hervorrufen, detek- tiert werden.
Dabei ist es üblicherweise gewünscht, dass vergleichende Untersuchungen an lebenden Zellkulturen durchgeführt werden, um entsprechende Aussagen über die Wirkungen von zellenbeeinflussenden Mitteln treffen zu können. Dementsprechend ist es erforderlich, dass die in unterschiedlicher Form beeinflussten Zellkulturen ansonsten unter gleichen Bedingungen kultiviert werden, so dass unterschiedliche auf Zellkulturen wirkende Einflüsse ausgeschlossen werden können.
So ist aus EP 0 394 406 Bl ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachweis einer Wirkung eines zeilbeeinflussenden Mittels auf lebende Zellen bekannt, bei der eine Mikrofließkammer, in der lebende Zellen kul- tiviert sind, von Lösungen oder Suspensionen, die ein zeilbeeinflussendes Mittel enthalten durchströmt werden. Dabei werden aber alle in der Mikrofließkammer enthaltenen lebenden Zellen von dem zeilbeeinflussenden Mittel beeinflusst, so dass für eine vergleichen- de Untersuchung zumindest eine zweite Mikrofließkammer vorhanden sein muss, in der eine Untersuchung ohne den Einfluss eines zellbeeinflussenden Mittels erfolgen kann. Durch den Einsatz mindestens zwei solcher voneinander getrennten Mikrofließkammern ist es aber problematisch, die gewünschten gleichen Bedingungen für die Zelluntersuchungen einhalten zu können. Außerdem besteht bei dieser bekannten technischen Lösung keine Möglichkeit, Untersuchung bezüglich durch zeilbeeinflussende Mittel hervorgerufene Interaktionen an Zellen und auch die Erkennung einer Reizweiterleitung zwischen von dem zeilbeeinflussenden Mittel beeinflussten Zellen auf von diesen Mitteln nicht beeinflussten Zellen zu erfassen.
Letztgenannter Aspekt ist aber auch bei der in DE 199 20 811 B4 beschriebenen Vorrichtung zur Durchführung von Untersuchungen an Zellkulturen problematisch. Bei dieser bekannten Vorrichtung soll ein trogförmiges Aufnahmebehältnis, in dem bodenseitig eine Zellkultur in einem flüssigen Kulturmedium enthalten ist, eingesetzt werden. Durch einen in das Aufnahmebehältnis eingesetzten Trennkörper, der bis zum Boden des Aufnahmebehältnisses eingeführt werden kann, kann ein Teilraum als Reaktionsraum vom übrigen Teil abgetrennt werden. In einem solchen Reaktionsraum können darin zellbeeinflussende Mittel auf die dort angeordneten Zellen wirken, wohingegen ein anderer Bereich des Aufnahmebehältnisses nicht von solchen Mitteln beeinflusst werden kann.
Beim Einführen eines solchen Trennkörpers, der in Form eines Stempels ausgebildet sein kann, kann es aber zu Undichtheiten kommen, so dass ein zellbeein- flussendes Mittel aus dem Reaktionsraum austreten und in den anderen Teil des Aufnahmebehälters gelangen kann.
Wird aber ein Trennkörper so eingeführt, dass ein vollständiger Abschluss eines Reaktionsraums auftritt, können Informations- und/oder Reizweiterlei- tungen innerhalb einer vollständigen in einem Aufnahmebehältnis enthaltenen Zellkultur nicht untersucht werden. Dieser Sachverhalt betrifft insbesondere die Informations- und/oder Reizweiterleitung zwischen von einem Mittel beeinflussten Zellen zu von dem Mittel nicht beeinflussten Zellen zu.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung Möglichkeiten vorzuschlagen, mit denen vergleichende Untersuchungen an Zellkulturen, bei gleichen Bedingungen an Zellen, die von einer Testflüssigkeit beeinflusst und Zellen, die von einer Testflüssigkeit nicht beeinflusst sind, vornehmen zu können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Zellkul- turmesssystem, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Die Untersuchungen können mit einem erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung eines solchen Zellkulturmesssystems gemäß Anspruch 11 durchgeführt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen und Weiterbildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.
Ein erfindungsgemäßes Zellkulturmesssystem ist dabei so ausgebildet, dass innerhalb eines Flusskanals, an dem mindestens ein Zufluss und mindestens ein Abfluss für ein flüssiges Kulturmedium vorhanden sind, ein Zellkulturträger mit an diesem kultivierten Zellkulturen angeordnet ist. Durch den Flusskanal wird vom Zufluss zum Abfluss ein flüssiges Kulturmedium hindurchgeführt. Am Flusskanal ist mindestens ein weiterer Zufluss für eine Testflüssigkeit vorhanden. Dieser Zufluss ist in Strömungsrichtung des Kulturmediums zwischen dem Zufluss für das Kulturmedium und dem Abfluss des Flusskanals so angeordnet, dass er das
Kulturmedium verdrängt und so die durch den Flusskanal strömende Testflüssigkeit lediglich einen Teil der auf dem Zellkulturträger vorhanden Zellen um- und/oder überströmt. Im Bereich der Zellkultur sind mindestens zwei Sensoren angeordnet, wobei mindestens ein Sensor im Bereich der von Testflüssigkeit unbe- einflussten Zellen und mindestens ein weiterer Sensor im Bereich von mit Testflüssigkeit beeinflussten Zellen angeordnet ist.
Mit diesen Sensoren können dann Zellfunktionen oder Wirkungen des Zellstoffwechsels sowie Veränderungen der Morphologie von Zellen detektiert werden.
Eine Testflüssigkeit gelangt so in einen Flusskanal und bei Einhaltung bestimmter Strömungsbedingungen erfolgt die Verdrängung des durch den Flusskanal hindurchströmenden Kulturmediums durch die Testflüssigkeit so, dass sich zwischen Kulturmedium und Testflüssigkeit eine relative scharfe Grenzfläche beim Durchströmen beider Flüssigkeiten ausbildet und dabei nahezu keine Konvektion und Diffusion von Testflüssigkeit bzw. in einer Testflüssigkeit enthaltenen die Zellen beeinflussenden Mittel außerhalb des Bereichs, der für die Untersuchung des Einflusses einer Test- flüssigkeit genutzt werden soll, erfolgt.
Dies kann beispielsweise durch geeignete Steuerung oder Regelung der durch den Flusskanal geführten Volumenströme von Kulturmedium und/oder Testflüssigkeit erreicht werden. Es kann ausreichend sein, Kulturmedium mit einem konstant gehaltenen Volumenstrom über Zu- und Abfluss durch den Flusskanal zu führen und lediglich den Volumenstrom der Testflüssigkeit, der über den weiteren Zufluss in den Flusskanal einge- führt wird, entsprechend gezielt zu beeinflussen.
Eine Testflüssigkeit kann als solche bereits eine zellbeeinflussende Wirkung hervorrufen. In einer Testflüssigkeit können aber auch solche Mittel in ge- löster Form enthalten sein oder eine Testflüssigkeit eine Suspension sein.
Um zu erreichen, dass ausschließlich Flüssigkeit durch den Flusskanal hindurchgeführt wird, die keine Gasblasen enthält, kann an einem oder mehreren Zuflüssen eine semipermeable Membran oder ein Mikro- sieb, als Beispiele für Blasenfallen, angeordnet sein, über die/das ein flüssiges Kulturmedium und/oder eine Testflüssigkeit in den Flusskanal ein- strömen kann/können. Für die Beeinflussung der zugeführten Volumenströme von Kulturmedium und/oder Test- flüssigkeit können an sich bekannte und geeignete Mikrodosiersysteme eingesetzt werden.
Die bei den vergleichenden Untersuchungen eingesetz- ten Sensoren, die im Bereich der von Testflüssigkeit unbeeinflussten und im Bereich von Testflüssigkeit beeinflussten Zellen angeordnet sind, sollten jeweils gleiche Sensoren sein, die in gleicher Form sensitiv sind. Es können aber auch mehrere, z.B. Paare oder Tripel von gleichen Sensoren mit unterschiedlicher Sensitivität in den nicht oder in den beeinflussten Bereichen der Zellkultur angeordnet sein. Dadurch können dann gleichzeitig unterschiedliche vergleichende Untersuchungen an Zellen durchgeführt werden.
Insbesondere bei Untersuchungen, bei denen auch eine Informations- und/oder Reizweiterleitung zwischen Zellen vorgenommen werden sollen, ist es vorteilhaft, die Sensoren in jeweils gleichen Abständen voneinan- der anzuordnen. Dies betrifft dann auch zusätzliche
Sensoren, die dann in einem von Testflüssigkeit unbe- einflussten Bereich angeordnet sind und dabei dann mindestens zwei solcher Sensoren unterschiedliche Abstände zu Zellen, die von Testflüssigkeit beeinflusst worden sind, aufweisen.
Wie bereits angesprochen, soll mindestens ein Zufluss von Testflüssigkeit zwischen einem Zufluss für Kulturmedium und dem mindestens einen Abfluss an einem Flusskanal angeordnet sein. Dieser mindestens eine weitere Zufluss für Testflüssigkeit sollte dann in einem Winkel zwischen 0° und 90°, bevorzugt 45° und 90° in Bezug zur Strömungsrichtung des Kulturmediums in den Flusskanal münden, wobei dies zumindest für den Bereich des Flusskanals zutrifft, in dem flüssiges Kulturmedium und Testflüssigkeit dann gemeinsam in Richtung eines Abflusses aus dem Flusskanal strömen.
Bei der Erfindung besteht auch vorteilhaft die Mög- lichkeit, Sensoren unmittelbar am oder auch im Zellkulturträger auszubilden, was der Möglichkeit eines modularen Aufbaus eines Zellkulturmesssystems förderlich ist.
Ein an einem erfindungsgemäßen Zellkulturmesssystem einsetzbarer Zellkulturträger kann aus einem polyme- ren Material gebildet sein. Dieses polymere Material kann vor der eigentlichen Nutzung selektiv bereichsweise an seiner Oberfläche funktionalisiert werden, um selektiv eine Adhäsion von Zellen erreichen oder unterdrücken zu können. Eine solche Funktionalisie- rung kann durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung im Wellenlängenbereich des ultravioletten Lichts unter gleichzeitigem Einfluss eines Reaktivga- ses erreicht werden.
Ein solcher Zellkulturträger aber auch andere Teile eines erfindungsgemäßen Zellkulturmesssystems, wie z.B. auch ein Deckelelement können aus einem optisch transparenten polymeren Material gebildet sein. Dadurch erschließt sich zusätzlich die Möglichkeit an der Zellkultur mikroskopierende Untersuchungen vornehmen zu können .
Bei dem erfindungsgemäßen Zellkulturmesssystem ist es außerdem günstig, den Flusskanal geometrisch so zu gestalten, dass im Bereich eines Zuflusses für Testflüssigkeit eine größere Breite vorhanden ist, als dies auf den Bereich an dem ein Zufluss für Kulturme- dium angeordnet ist, zutrifft. Dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit des flüssigen Kulturmediums im Bereich des Zuflusses für Testflüssigkeit reduziert und in diesem Bereich eine überwiegend laminare Strömung ausgebildet, die deutlich besser mit einer scharfen Grenzschicht die Ausbildung eines Bereichs, in dem Zellen von Testflüssigkeit beeinflusst werden, durch Verdrängung von flüssigem Kulturmedium durch Testflüssigkeit ausgenutzt werden kann. Es sollte eine laminare Strömung von Testflüssigkeit und Kulturmedium eingehalten sein.
Bei einem erfindungsgemäßen Zellkulturmesssystem können, wie bereits angesprochen, unterschiedliche Sensoren eingesetzt werden, wobei dies auf jeweils gleiche Sensoren aber auch Sensoren mit unterschiedlicher Sensitivität, die in den von Testflüssigkeit beein- flussten und von Testflüssigkeit nicht beeinflussten Bereichen angeordnet sein können, zutrifft. Solche Sensoren können pH-sensitiv, Sauerstoffsensitiv, glu- cosesensitiv, optisch (Morphologie, Fluoreszenz) , e- lektrisch (Elektrische Potentiale) und/oder elektro- physiologisch (Konzentrationen) sensitiv sein.
Bei den vergleichenden Untersuchungen von Zellen sollte mit den Sensoren eine Bestimmung zeitaufgelöst durchgeführt werden, um insbesondere die Möglichkeit der Bestimmung eines Stoffaustauschs, einer Informa- tions- und/oder Reizweiterleitung zu ermöglichen. So können Messsignale zu bestimmten Zeitpunkten erfasst werden, wenn beispielsweise der Zufluss für Testflüs- sigkeit geöffnet worden ist. Dann wird ein Einfluss durch die Testflüssigkeit auf einen Bereich von Zellen ausgeübt. Es kann dann die Zeit erfasst werden, bis eine Wirkung von Testflüssigkeit auf Zellen auftritt und nachfolgend dann diese Wirkung wiederum Einfluss auf Zellen hat, die in einem Bereich angeordnet sind, der von Testflüssigkeit unbeeinflusst bleibt.
Die jeweiligen zeitlich erfassten Messwerte können dann nachfolgend ausgewertet und die jeweilige Wir- kung der Testflüssigkeit ermittelt werden.
An einem erfindungsgemäßen Zellkulturmesssystem können aber auch mehrere Zuflüsse in Strömungsrichtung des flüssigen Kulturmediums am Flusskanal nacheinan- der angeordnet, vorhanden sein. Dadurch lassen sich unterschiedliche Konzentrationen eines die Zellen beeinflussenden Mittels in unterschiedlichen Bereichen des Flusskanals erreichen, so dass eine differenzierte Beeinflussung von Zellen mit Testflüssigkeit und/oder einem die Zellen beeinflussenden Mittel in differenzierter Form erreichen lässt. Es können aber auch allein oder zusätzlich unterschiedliche Testflüssigkeiten, die unterschiedliche Zellen beeinflussende Mittel enthalten in dieser Form zuführen. So können Zellen unter gleichen Bedingungen, bis auf die jeweils unterschiedliche Zusammensetzung von Testflüssigkeiten, untersucht werden.
Der eine oder auch mehrere Zufluss/Zuflüsse kann/können in definierter Form ab- oder auch angeschaltet/geöffnet werden. So kann beispielsweise Testflüssigkeit über einen vorgebbaren Zeitraum zugeführt und danach die Zufuhr von Testflüssigkeit wieder beendet werden. In dieser Form kann beispielswei- se untersucht werden, inwiefern die Wirkung des die Zellen beeinflussenden Mittels wieder nachlässt, teilweise oder vollständig irreversibel ist.
Bei der Erfindung können die Bedingungen bei der Zellkultivierung und der Untersuchung des Zellen beeinflussenden Mittels ohne weiteres konstant gehalten werden und dabei vergleichende Untersuchungen an mit einem die Zellen beeinflussenden Mittel und gleichzeitig bei den gleichen Bedingungen auch an Zellen, die von einem solchen Mittel nicht beeinflusst wer- den, vorgenommen werden. Die unbeeinflussten Zellen stellen eine Referenz für die vergleichenden Untersuchungen dar.
Ein erfindungsgemäßes Zellkulturmesssystem kann einen offenen aber auch einen geschlossenen Flusskanal aufweisen. Durch gezielte Beeinflussung der durch den Flusskanal geführten Volumenströme von flüssigem Kulturmedium und Testflüssigkeit können ganz gezielt der Bereich, der von einem zellenbeeinflussenden Mittel auch die jeweiligen Zellen beeinflusst, in seiner Größe und mit dem entsprechenden Anteil von Zellen beeinflusst werden.
Bei der Durchführung der Untersuchungen kann so vor- gegangen werden, dass zuerst Zellen an einem Zellkulturträger kultiviert werden, was auch im erfindungsgemäßen Zellkulturmesssystem und dabei auch bereits im Flusskanal erfolgen kann. Es kann dabei ein Kulturmedium ohne Testflüssigkeit alle Zellen um- und/oder überströmen. Nachfolgend kann dann für eine vorgebbare Zeitdauer mindestens eine Testflüssigkeit mit bekannter Zusammensetzung so zugeführt werden, dass lediglich ein Teil der Zellen mit Testflüssigkeit um- und/oder überströmt wird. Nach Beendigung der Zufuhr von Testflüssigkeit kann dann wieder ausschließlich Kulturmedium zu allen Zellen geführt werden. Dabei kann eine Detektion mit allen Sensoren während der gesamten Zeit erfolgen. Selbstverständlich können Messsignale dabei kontinuierlich oder auch in vorgebbaren Zeitintervallen intermittierend erfasst werden. Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
Dabei zeigen
Fig. 1 in schematischer Form eine Draufsicht auf ein Beispiel eines erfindungsgemäßen ZellkulturmessSystems ;
Fig. 2 in schematischer Form ein weiteres Beispiel in Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes ZeilkultürmessSystem;
Fig. 3 in schematischer Form eine Draufsicht auf ein Beispiel eines erfindungsgemäßen ZeIl- kulturmesssystems mit mehreren Zuflüssen für Testflüssigkeit; und
Fig. 4 ein Beispiel eines erfindungsgemäßen ZeIl- kulturmesssystems in einer Draufsicht mit zwei Abflüssen und einem Zufluss für ein Kulturmedium.
Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel eines erfindungsgemäßen Zellkulturmesssystems 1 ist ein Flusskanal 1' mit einem Zufluss 2 für ein flüssiges Kulturmedium vorhanden, von dem ausgehend das flüssige Kulturmedium durch den Flusskanal 1' in Richtung auf ei- nen Abfluss 3 des Flusskanals 1' strömt. Aus Fig. 1 wird deutlich, dass der Flusskanal 1' einen verbreiterten Bereich/Querschnitt zwischen dem Zufluss 2 und dem Abfluss 3 aufweist. Dort ist ein Zellkulturträger 10, auf dem Zellkulturen angeordnet/ausgebildet sind, angeordnet. Am Zellkulturträger 10 sind Sensoren 5, 6 und 7 vorhanden, mit denen Zellfunktionen detektiert werden können .
Die Sensoren 5, 6 und 7 sind in gleichen Abständen zueinander und bei diesem Beispiel auf einer diagonalen Achse, des hier in quadratischer Form ausgebildeten Zellkulturträgers 10, angeordnet.
An einer Seite des Flusskanals 1' ist ein weiterer Zufluss 4 für eine Testflüssigkeit vorhanden, durch den in definierter Form Testflüssigkeit in den Flusskanal V einströmen kann. Der Zufluss 4 ist hier in einem 90° -Winkel in Bezug zur Strömungsrichtung des Kulturmediums zwischen dem Zufluss 2 und dem Abfluss 3 ausgerichtet.
Mit Fig. 1 wird außerdem verdeutlicht, wie die durch den Zufluss 4 einströmende Testflüssigkeit flüssiges Kulturmedium verdrängt und ein Bereich mit kultivierten Zellen auf dem Zellkulturträger 10 von der Testflüssigkeit oder einem in einer Testflüssigkeit enthaltenen, die Zellen beeinflussenden Mittel, beein- flusst wird. Bei diesem Beispiel ist es die rechte obere Ecke in der Darstellung von Fig. 1, in dem der Sensor 7 angeordnet ist, mit dem eine Detektion von mit Testflüssigkeit beeinflussten Zellen möglich ist. Mit den Sensoren 5 und 6, die in Bereichen, die von Testflüssigkeit unbeeinflusst bleiben, angeordnet sind, kann die gleiche Detektion an von Testflüssigkeit unbeeinflussten Zellen durchgeführt werden.
Das in Fig. 2 gezeigte Beispiel unterscheidet sich vom Beispiel nach Fig. 1 lediglich durch die Ausbil- düng des Zuflusses 4 für Testflüssigkeit. Dieser ist nicht durch die Wandung des Flusskanals 1' seitlich von der Außenseite geführt, sondern der Zufluss 4 für Testflüssigkeit ist bei diesem Beispiel zwar an der gleichen Seite und auch in der Mitte des Zellkulturträgers 10 aber am Zellkulturträger 10 ausgebildet.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel sind mehrere Zuflüsse 4 für Testflüssigkeit an einer Seite des Flusskanals 1' vorhanden und hier äquidistant zueinander angeordnet.
Dadurch kann eine gezielte Beeinflussung einer Konzentration an Testflüssigkeit oder einem Mittel, das die Zellen beeinflusst, das in der Testflüssigkeit enthalten ist, lokal differenziert verändert werden, wie dies mit dem oberhalb dargestellten Pfeil verdeutlicht ist. Dementsprechend werden Zellen, die weiter in Richtung des Abflusses 3 nach Zuflüssen 4 für Testflüssigkeit angeordnet sind, mit einer erhöhten Konzentration beaufschlagt. Durch Anordnung meh- rerer Sensoren 7 in diesem Bereich kann auch der konzentrationsabhängige Einfluss auf die Zellen detek- tiert werden.
Bei dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel eines erfin- dungsgemäßen Zellkulturmesssystems ist ein Zufluss 2 in der Mitte an einem Flusskanal 1' vorhanden. Das zugeführte flüssige Kulturmedium strömt dann in Richtung des Abflusses 3.
Es sind außerdem bei diesem Beispiel zwei Zuflüsse 4 für Testflüssigkeit im Flusskanal V so angeordnet, dass Zellen und Sensoren 6 und 7 mit Testflüssigkeit um- und/oder überströmt werden, wohingegen ein von Testflüssigkeit unbeeinflusster Bereich von Zellen und der Sensor 5 verbleibt. So können Untersuchungen unter gleichen Bedingungen an Zellen mit mehreren Testflüssigkeiten, also auch mit unterschiedlichen Zellen beeinflussenden Mitteln durchgeführt werden.
Im mittleren Bereich des Flusskanals 1' wird lediglich Kulturmedium hindurchgeführt.

Claims

Patentansprüche
1. Zellkulturmesssystem für vergleichende Untersuchungen an Zellkulturen, bei dem Zellkulturen auf einem Zellkulturträger kultiviert sind, dabei die Zellen innerhalb eines Flusskanals mit einem Zufluss und einem Abfluss für ein flüssiges Kulturmedium und mindestens zwei Sensoren angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer Zufluss (4) für eine Testflüssigkeit in Strömungsrichtung des Kulturmediums zwischen dem
Zufluss (2) für das Kulturmedium und dem Abfluss (3) des Flusskanals (I' ) , so angeordnet ist, dass durch Verdrängung des Kulturmediums die durch den Flusskanal (I' ) strömende Testflüssig- keit lediglich einen Teil der auf dem Zellkulturträger (10) vorhanden Zellen um- und/oder ü- berströmt und dabei mindestens ein Sensor (5) im Bereich der von Testflüssigkeit unbeeinflussten Zellen und mindestens ein weiterer Sensor (6 bis 9) im Bereich von mit Testflüssigkeit beein- flussten Zellen angeordnet ist.
2. Zellkulturmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den Flusskanal (1') geführte Volumenstrom von Kulturmedium und/oder Testflüssigkeit Steuer- oder regelbar ist.
3. Zellkulturmesssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Testflüssigkeit ein die Zellen beeinflussendes Mittel ist oder ein solches enthält.
4. Zellkulturmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass gleiche Sensoren (5 bis 9) im Bereich der von
Testflüssigkeit unbeeinflussten Zellen und im Bereich von mit Testflüssigkeit beeinflussten Zellen angeordnet sind.
5. Zellkulturmesssystem nach einem der vorhergehen- den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zufluss (4) für Testflüssigkeit in einem Winkel zwischen 0° und 90° in Bezug zur Strömungsrichtung des Kulturmediums in den Flusskanal (I' ) mündet.
6. Zellkulturmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren (5 bis 9) unmittelbar am oder im Zellkulturträger (10) ausgebildet sind.
7. Zellkulturmesssystem nach einem der vorhergehen- den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der
Flusskanal (I' ) im Bereich eines Zuflusses (4) für Testflüssigkeit eine größere Breite aufweist, als im Bereich an dem der Zufluss (2) für Kulturmedium angeordnet ist.
8. Zellkulturmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Zellkulturträger (10) aus einem po- lymeren Material gebildet und selektiv bereichsweise an seiner Oberfläche funktionalisiert ist.
9. Zellkulturmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sen- soren (5 bis 9) in gleichen Abständen zueinander angeordnet sind.
10. Zellkulturmesssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass pH- sensitive, Sauerstoffsensitive, glucosesensiti- ve, optisch, elektrisch und/oder elektrophysio- logisch sensitive Sensoren (5 bis 9) vorhanden sind.
11. Verfahren für vergleichende Untersuchungen an Zellkulturen unter Verwendung eines Zellkultur- messsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kulturmedium über einen Zufluss (2) zu mindestens einem Ab- fluss (3) durch einen Flusskanal (l')f in dem Zellen auf einem Zellkulturträger (10) angeordnet sind, hindurchströmt und die Zellen um- und/oder überströmt und über mindestens einen weiteren Zufluss (4) eine Testflüssigkeit dem Flusskanal (I' ) zwischen ei- nem Zufluss (2) und einem Abfluss (3) zugeführt wird/
wobei die Strömung der Testflüssigkeit das Kulturmedium bereichsweise verdrängt und die Test- flüssigkeit einen Bereich von Zellen beeinflusst und ein Teil der Zellen unbeeinflusst bleibt und
mit mindestens einem Sensor (5) Zellfunktionen von von Testflüssigkeit unbeeinflussten und mit mindestens einem weiteren Sensor (6 bis 9) Zellfunktionen von von Testflüssigkeit beeinflussten Zellen bestimmt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung zeitaufgelöst durchgeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Reizweiterleitung und/oder ein Stoffaustausch von Zellen aus von Testflüssigkeit beeinflussten Bereichen zu von Testflüssigkeit unbeeinflussten Zellen bestimmt wird/werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Testflüssigkeit mit unterschiedlichen Zellen beeinflussenden Mitteln oder Konzentrationen solcher Zellen beeinflussenden Mitteln über mehrere Zuflüsse (4) dem Flusskanal (1') in Strömungsrichtung des Flusskanals (1) zugeführt und so die Zellen bereichsweise differenziert beeinflusst werden.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein polymerer ZeIl- kulturträger (10) eingesetzt wird, dessen Oberfläche bereichsweise und/oder selektiv durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung aus dem Wellenlängenspektrum des ultravioletten Lichts in einer Reaktivgasatmosphäre funktiona- lisiert worden ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Zu- fluss von Testflüssigkeit ab-, angeschaltet, gesteuert und/oder geregelt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom des durch den Flusskanal (I' ) hindurchströmenden Kulturmediums und/oder der Testflüssigkeit gesteuert oder geregelt wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der Zellen und/oder der Anteil an Zellen, der von Testflüssigkeit beein- flusst wird, durch Steuerung oder Regelung der zugeführten Testflüssigkeit bestimmt wird/werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass Zellen unter gleichen Bedingungen kultiviert werden, dabei über eine bestimmte Zeitdauer ein Kulturmedium alle Zellen um- und/oder überströmt, nachfolgend mindestens eine Testflüssigkeit über einen Zufluss (4) und eine vorgebbare Zeitdauer so zugeführt wird, dass ein Teil der Zellen von Testflüssigkeit beeinflusst und ein Teil der Zellen unbeeinflusst bleibt und anschließend, die Zufuhr von Testflüssigkeit beendet und dann alle Zellen wieder ausschließlich von Kulturmedium um- und/oder überströmt werden und wobei über die gesamte Zeit Zellfunktionen bestimmt werden.
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