DE19526533C2 - Expositionsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Expositionsvorrichtung für mit gas- und/oder partikelförmigen Beimengungen, insbesondere Zigarettenrauch, angereicherte Gasgemi­ sche auflebende Zellkulturen.

Es ist bekannt, lebende Zellkulturen dem Einfluß to­ xikologisch oder in anderer Form auf diese wirkenden gas- oder partikelförmigen Beimengungen auszusetzen, um deren Wirkung auf die lebenden Zellen zu erfor­ schen.

Hierbei treten häufig Probleme bei der Dosierung der Beimengungen auf und es ist schwierig festzustellen, mit welcher Menge die Zellkulturen tatsächlich expo­ niert worden sind. Ein weiters Problem ergibt sich dadurch, daß die lebenden Zellen mit einer Nährlösung versorgt werden müssen, die dem Einfluß der Beimen­ gungen im Gasgemisch soweit als möglich entzogen sein sollen.

Auch die in der US 5 308 758 beschriebene Lösung weist diesen Nachteil auf. Dabei wird biologisches Material ebenfalls mit Gas exponiert. Dort wird aber beschrieben, daß die Austrocknung und damit das Ab­ sterben des biologischen Materials verhindert werden soll, in dem die Kammer in der das biologische Mate­ rial exponiert wird, zusätzlich befeuchtet wird. Im übrigen wird der exponierende Gasstrom durch die Pro­ be und damit auch durch die Nährlösung geführt.

Aus der WO 90/04645 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, bei der lebende Zellkulturen eingesetzt werden. Bei dieser Vorrichtung sind jedoch die lebenden Zellkulturen in einer Durchflußkammer angeordnet, bei der die lebenden Zellkulturen sowohl mit dem zu untersuchenden Medium als auch mit der Nährflüssigkeit in Kontakt stehen. Diese Anordnung führt deshalb auch zu Meßungenauigkeiten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Expositions­ vorrichtung zu schaffen, mit der eine dosierte Expo­ nierung lebender Zellkulturen mit gas- und/oder par­ tikelförmigen Beimengungen angereicherten Gasge­ mischen, insbesondere Zigarettenrauch, möglich ist und eine geringe Beeinträchtigung bei der Zuführung eines Nährmediums hervorgerufen wird, zu schaffen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung erge­ ben sich bei Anwendung der in den untergeordneten Ansprüchen enthaltenen Merkmalen.

In der erfindungsgemäß ausgebildeten Expositionsvor­ richtung können die lebenden Zellkulturen, den mit entsprechend angereichertem Gasgemisch, das in der Regel Luft sein wird, direkt ausgesetzt werden. Bei Untersuchungen des Einflusses von Zigarettenrauch auf die lebenden Zellkulturen ist die Expositionsvorrich­ tung an einen Raucherzeuger angeschlossen und bevor­ zugt in einem Inkubator aufgenommen. Im Inkubator können vorzugsweise Bedingungen von ca. 98% RH, 10% CO₂ und eine Temperatur von 37°C eingehalten werden.

Der Zigarettenraucherzeuger kann, mittels eines Com­ puters gesteuert, einen Rauch erzeugen, der zwischen 100 bis 1500 mg je m³ Tabakrauch enthält. Das so an­ gereicherte Luftgemisch wird über eine Zuleitung in die Expositionsvorrichtung geführt und in dieser über ein Zuleitungssystem direkt an mindestens einen Trä­ ger für die lebenden Zellkulturen geleitet. Es kann jedoch auch ein Verteilungssystem vorhanden sein, in dem die angereicherte Luft zu mehreren Trägern für gleiche Zellkulturen führbar ist. Dabei gelangt das angereicherte Luftgemisch von oben über das Zu­ leitungssystem, direkt an die einzelnen Zellkulturen. Diese sind auf einer permeablen Membran aufgebracht, die von unten mit einem weiteren Zuleitungssystem für das Nährmedium in Verbindung stehen. Das Nährmedium kann dadurch direkt an die Zellkulturen geführt wer­ den, ohne daß es dem direkten Einfluß des exponieren­ den Gasgemisches ausgesetzt ist.

Das gesamte System, zu dem die Expositionsvorrichtung gehört, sichert eine statische Exposition mit frisch gelöstem Zigarettenrauch im Luftstrom. Dabei wird die Rauchparikelkonzentration, die Zugdauer im Raucher­ zeuger und die tatsächliche Rauchexpositionszeit va­ riabel, aber für einzelne Tests konstant eingestellt.

Der mit einem Schrittmotor angetriebene Raucherzeuger liefert beispielsweise 3,5 ml in 2 sec., bei einem Ver­ dünnungsfaktor von 2,85. Der erzeugte Rauch wird aus dem bereits genannten Inkubator mit vorbereiteter Luft gemischt, wobei das Verdünnungsverhältnis mit der Förderrate des vorverdünnten Zigarettenrauches einge­ stellt wird. Im Zuleitungssystem, vor der Exposi­ tionsvorrichtung, kann sich ein Ventil befinden, daß geöffnet wird und das angereicherte Luftgemisch in die Expositionsvorrichtung gelangen kann. Nach einer vorgegebenen Zeit wird dieses wieder geschlossen und die Exposition der lebenden Zellkulturen mit dem mit Zigarettenrauch angereicherten Luftgemisch kann be­ ginnen, wenn gleichzeitig ein am Luftabführungssystem befindliches Ventil geschlossen ist.

Das Nährmedium kann über ein zusätzliches Zuleitungs­ system mit Hilfe einer Pumpe direkt an die permeablen Membranen, auf denen die lebenden Zellkulturen ange­ ordnet sind, geführt werden. Die Dosierung erfolgt hierbei durch eine entsprechende Steuerung bzw. Rege­ lung der Pumpe.

Die Bestimmung der momentanen Konzentration des bei­ gemengten Zigarettenrauches wird mit einem Aerosol­ photometer ermittelt. Dagegen kann die absolute Kon­ zentrationsmenge, mittels Filtern mit Standardprüf­ verfahren ermittelt werden.

Besonders vorteilhaft ist es, um die Abscheiderate von Partikeln auf die Membranen zu erhöhen, eine elektrostatische Abscheidevorrichtung anzuordnen, die den im Luftgemisch enthaltenen Partikeln immanente Ladung ausnutzt. Die Verwendung einer solchen elek­ trostatischen Abscheidevorrichtung sichert eine voll­ ständige Abscheidung auf den Membranen.

Zusätzlich kann für ungeladene Partikeln eine ent­ sprechende Aufladungsvorrichtung vorgesehen sein, die direkt am Lufteintritt oder bereits vor der eigentli­ chen Expositionsvorrichtung angeordnet sein kann. Mit dieser Aufladungsvorrichtung können die Partikeln entsprechend negativ oder positiv polarisiert werden und es ist somit möglich, alle Partikeln quantitativ abzuscheiden. Bei Kenntnis der Expositionskonzentra­ tion ist dann auch die tatsächlich auf die Zellen gelangte Dosis bestimmbar, so daß die tatsächliche Exposition der Zellen gezielt beeinflußt und für nachfolgende Untersuchungen reproduzierbar nachvoll­ zogen werden kann.

Nachfolgend soll die erfindungsgemäße Expositionsvor­ richtung an einem Ausführungsbeispiel näher beschrie­ ben werden.

Dabei zeigt die einzige Figur, eine Schnittdarstel­ lung einer Expositionsvorrichtung unter Verwendung einer elektrostatischen Abscheidevorrichtung.

Die in der Figur dargestellte Expositionsvorrichtung ist an einen nicht dargestellten Raucherzeuger an­ schließbar und in einem ebenfalls nicht dargestellten Inkubator aufgenommen. Dabei gelangt die mit Zigaret­ tenrauch angereicherte Luft durch eine zentrale in einer Deckplatte 1 angeordnete Raucheintrittsöffnung 2, in die Vorrichtung. Die Deckplatte 1 besteht dabei aus Edelstahl und die zentrale Raucheinlaßöffnung 2 weist einen Durchmesser von 3 mm auf.

Die Deckplatte 1 ist mit einer ebenfalls aus Edel­ stahl bestehenden Bodenplatte 4 und einer Rauchver­ teilungsebene 11 mittels Schnellverschlüssen 12 ver­ bindbar. Die aus Teflon bestehende bzw. damit be­ schichtete Rauchverteilungsebene 11 weist ein Zulei­ tungssystem 3 auf, das stern- und kanalförmig ausge­ bildet ist, wobei die einzelnen Kanäle 3 in sich ko­ nisch erweitert öffnenden Kammern enden und das ange­ reicherte Luftgemisch von oben in der jeweiligen Kam­ mer auf Zellkulturen 6 geleitet wird. Bei diesem Aus­ führungsbeispiel befindet sich oberhalb der Zellkul­ turen 6, in der jeweiligen Kammer, ein Metallsieb 7, das mit einer Hochspannungsquelle 10 verbunden ist und gemeinsam die elektrostatische Abscheideeinheit bildet.

Über ein ebenfalls kanalförmig ausgebildetes Abluft­ system, kann die mit Rauch angereicherte Luft, über einen zentralen Luftabzug 13, aus den Kammern ent­ fernt werden.

Unterhalb der Zellkulturen sind Zu- und Abführungen 5 für das Nährmedium für die lebenden Zellkulturen vor­ handen, die mit einer ebenfalls nicht dargestellten Pumpe und einem Vorratsbehälter verbunden sind.

In dieser Darstellung sind die permeablen Membranen, auf denen die Zellkulturen 6 angeordnet sind, nicht erkennbar.

Zwischen der Bodenplatte 5 und der Rauchverteilungs­ ebene 11, werden an den jeweiligen Kammern Träger­ platten 8 für Transwel s 9 gehalten.

Claims (4)

1. Expositionsvorrichtung für mit gas- und/oder partikelförmigen Beimengungen angereicherte Gas­ gemische auflebende Zellkulturen, bei der das Gasgemisch über ein Zuleitungssystem direkt an die auf mindestens einem Träger angeordneten lebenden Zellkulturen führbar ist, wobei das Nährmedium über ein weiteres Zuleitungssystem (5) von unten durch den Träger an die Zellkultu­ ren (6) führbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger als permeable Membran ausgebildet und das Gasleitungssystem für das angereicherte Gasgemisch so ausgebildet ist, daß es von oben auf die Zellkulturen (6) exponierend wirkt und oberhalb der Zellkulturen abgeführt wird.

2. Expositionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellkulturen in einer elektrostatischen Abscheidevorrichtung angeordnet sind, die aus einem Metallsieb (7) und einer Bodenplatte (4), die mit einer Hoch­ spannungsquelle (10) verbunden sind, gebildet ist.

3. Expositionsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Ein­ tritts (2) des angereicherten Gasgemisches eine Aufladungsvorrichtung angeordnet ist.

4. Verwendung der Expositionsvorrichtung nach An­ spruch 1 zur Exposition von lebenden Zellkultu­ ren mit Zigarettenrauch.