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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen langgestreckten Hohlkörper, der
kristalliner Cellulose umfasst, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 und eine Verwendung kristalliner Cellulose. Sie
betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines kristalline
Cellulose umfassenden langgestreckten Hohlkörpers, einen nach
diesem Verfahren hergestellten langgestreckten Hohlkörper
und eine Hohlform zur Herstellung des langgestreckten Hohlkörpers.
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Stand der Technik
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Beim
Menschen und bei vielen Säugetieren sind die Beinvenen,
die das Blut in Richtung Herz führen, die am stärksten
durch die Schwerkraft belasteten Blutgefäße. Sie
verfügen über sogenannte Venenklappen, d. h. Ausbuchtungen
der Blutgefäßwand, die wie ein Ventil wirken können
und im Idealfall einen Blutfluss nur in eine Richtung entgegen der Schwerkraft
erlauben, während sie ein Zurückfließen des
Blutes verhindern. Durch eine überwiegend sitzende Lebensweise
und häufiges Stehen kann es im Alter zu einer Ausweitung
der Venen kommen, sogenannte Krampfadern, und die Venenklappen können dann
nicht mehr ihre Funktion erfüllen. Es kann zu Blutstauungen
kommen und in schweren Fällen können Ulzerationen
entstehen, und der Erhalt der Beine kann gefährdet sein.
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Arterien,
vor allem solche mit großem Innendurchmesser, können
durch synthetisch hergestellte Schläuche, z. B. aus Polyester
("Dacron") oder expandiertem Polytetrafluorethylen (ePTFE, "Teflon®") ersetzt werden. Für
Venen, die Blut zum Herzen führen, ist bisher kein Ersatz
beschrieben worden. Ein Grund könnte sein, dass das Blut
in den Venen langsamer fließt und damit das Risiko eines
sich ausbildenden Verschlusses we sentlich höher ist als
in den Arterien. Als Therapie sind elastische Stützstrümpfe bekannt,
die die Venen zusammenpressen und dadurch die Funktion der Klappen
verbessern sollen.
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Die
Internationale Offenlegungsschrift
WO 01/61026 A1 beschreibt die Herstellung
eines kurzen Hohlkörpers mit kleinem Innendurchmesser aus
mikokristalliner Cellulose mit Hilfe von Bakterien. Dieser Hohlkörper
soll sich als Intraponat in der Halsschlagader einer Ratte für
längere Zeit funktionsfähig erwiesen haben und
soll während dieser Zeit trotz einer hohen Strömungsgeschwindigkeit
des Blutes von Endothelzellen besiedelt worden sein. In dem Dokument
wird außerdem berichtet, dass keinerlei Fremdkörperreaktionen
beobachtet wurden.
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Der Erfindung Zugrundeliegendes
Problem
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten langgestreckten
Hohlkörper, der kristalliner Cellulose umfasst, bereitzustellen.
Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, eine neue
Verwendung kristalliner Cellulose bereitzustellen. Weiterhin liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur
Herstellung eines kristalliner Cellulose umfassenden langgestreckten
Hohlkörpers und eine verbesserte Hohlform zur Herstellung
des langgestreckten Hohlkörpers bereitzustellen.
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Erfindungsgemäße Lösung
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Zur
Lösung der Aufgabe lehrt die Erfindung langgestreckte Hohlkörper,
der kristalline Cellulose umfasst, mit den Merkmalen der Ansprüche
1 und 16, eine Verwendung eines langgestreckten Cellulosehohlkörpers
mit den Merkmalen des Anspruchs 7, ein Verfahren zur Herstellung
eines langgestreckten Cellulosehohlkörpers mit den Merkmalen
des Anspruchs 8 und eine Hohlform zur Herstellung des langgestreckten
Cellulosehohlkörpers mit den Merkmalen des Anspruchs 17.
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Es
ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung, dass sie die vorteilhaften
Eigenschaften kristalliner Cellulose, vorzugsweise mikrokristalliner
Cellulose in der nativen Form, wie von dem Bakterium Acetobacter
xylinum hergestellt, zur Herstellung des langgestreckten Hohlkörpers
nutzt. Kristalline Cellulose hat sich in Experimenten als besonders
gewebefreundlich erwiesen.
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Es
ist ein erreichbarer Vorteil des erfindungsgemäßen
langgestreckten Hohlkörpers, dass seine Ausbuchtungen eine
Steuerung einer Strömung eines Mediums, z. B. einer Blutströmung,
durch den Hohlkörper erlaubt.
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Es
ist ein erreichbarer Vorteil des erfindungsgemäßen
langgestreckten Hohlkörpers, dass er mit Endothelzellen
besiedelt werden kann, um einen frühzeitigen Verschluss
zu verhindern. Insbesondere ist erreichbar, dass er bereits vor
der Implantation mit Endothelzellen besiedelt werden kann.
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Es
ist ein Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung eines Hohlkörpers, der kristalliner Cellulose
umfasst, dass die Cellulose-bildenden Organismen in einen durch
eine Hohlform gebildeten Innenraum eingeschlossen werden, der die
Form des langgestreckten Hohlkörpers hat und der von den
Organismen mit kristalliner Cellulose gefüllt wird.
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Es
ist ein Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens,
dass es sich das Prinzip der "verlorenen Form" zu Nutze macht, d.
h. eine Form einsetzt, die im Schritt des Entformens wenigstens
teilweise ihre Gestalt verliert.
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Es
ist ein erreichbarer Vorteil des erfindungsgemäßen
Verfahrens, dass beim Entformen durch die Ausbuchtungen gebildete
Hinterschneidungen kein Hindernis darstellen. Insbesondere ist erreichbar,
dass die Ausbuchtungen beim Entformen nicht beschädigt
oder zerstört werden.
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Der
erfindungsgemäße langgestreckte Hohlkörper
kann z. B. als Ersatz eines venösen Blutgefäßes
bei Säugetieren, insbesondere beim Menschen, eingesetzt
werden.
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Aufbau und Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung
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In
einer bevorzugten Ausführung der Erfindung besteht der
langgestreckte Hohlkörper im Wesentlichen aus Wasser und
kristalliner Cellulose, besonders vorzugsweise mikroskristalliner
Cellulose, wie sie vom Bakterium Acetobacter xylinum gebildet wird.
Das bevorzugte Material enthält weniger als 10 Prozent
kristalline Cellulose. Das Wasser ist bei dem bevorzugten Material
teilweise und unterschiedlich stark an die mikrokristalline Cellulose
gebunden.
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Der
langgestreckte Hohlkörper ist vorzugsweise rohrförmig,
besonders vorzugsweise mit Öffnungen an seinen Enden, so
dass ein Medium, vorzugsweise ein flüssiges Medium, besonders
vorzugsweise Blut, durch das Lumen des Hohlkörpers geleitet
werden kann. Vorzugsweise hat das Lumen des Hohlkörper,
besonders Vorzugsweise auch die Außenseite, einen im Wesentlichen
kreisförmigen Querschnitt. Der Hohlkörper kann
in einer Ausführung der Erfindung Verzweigungen aufweisen.
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Vorzugsweise
sind die Ausbuchtungen des langgestreckten Hohlkörpers
so ausgebildet, dass sie die Strömung eines Mediums, das
durch den langgestreckten Hohlkörper geleitet wird, in
eine Sperrrichtung stärker abbremsen können als
in eine der Sperrrichtung entgegen gesetzten Richtung. Das Medium
wird durch den langgestreckten Hohlkörper vorzugsweise
in dessen Längsrichtung geleitet. Das bevorzugte Medium
ist ein flüssiges Medium, besonders vorzugsweise Blut.
Die Ausbuchtungen sind vorzugsweise durch die Strömung
des durch den langgestreckten Hohlkörper geleiteten Mediums
bewegbar und/oder verformbar. Sie sind vorzugsweise so ausgebildet,
dass sie sich, wenn sie in Sperrrichtung angeströmt werden,
ihren Strömungswiderstand vergrößern,
vorzugsweise indem sie ihren Strömungsquerschnitt vergrößern,
vorzugsweise indem sie in das Medium hineinbewegt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Ausbuchtungen
so ausgebildet, dass sie die Strömung des Mediums in die
Sperrrichtung im Wesentlichen unterbinden können, so dass
das Medium den langgestreckten Hohlkörper im Wesentlichen
nur entgegen der Sperrrichtung durchströmen kann. Hierdurch
ist erreichbar, dass die Funktion der Ausbuchtungen im Wesentlichen
der von Venenklappen in menschlichen Beinvenen entspricht. Diese Ausführung
der Erfindung kann deshalb als Ersatz für Beinvenen beim
Menschen, besonders geeignet sein.
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In
einer bevorzugten Ausführung sind die Ausbuchtungen als
Taschen ausgebildet, besonders vorzugsweise bilden sie die Taschen
zusammen mit der Innenwand. Bevorzugte Taschen sind ähnlich den
natürlichen Venenklappen ausgebildet. Die Taschen sind
vorzugsweise jeweils mit einer Öffnung ausgestattet, wobei
die Öffnungen der mehreren Taschen besonders vorzugsweise
im Wesentlichen zu dem gleichen Ende des langgestreckten Hohlkörpers weisen.
Hierdurch ist erreichbar, dass alle Taschen bei vorgegebener Strömungsrichtung
einheitlich bremsend oder nicht-bremsend wirken.
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Besonders
vorzugsweise liegen sich im Lumen des Hohlkörpers mehrere
Ausbuchtungen bezüglich der Längsrichtung des
Hohlkörpers auf gleicher Höhe gegenüber.
Besonders vorzugsweise liegen sich jeweils genau zwei Ausbuchtungen
gegenüber, es sind aber auch Ausführungen der
Erfindung denkbar, in denen sich drei oder mehr Ausbuchtungen jeweils
gegenüberliegen. Die sich auf gleicher Höhe einander
gegenüberliegenden Ausbuchtungen sind vorzugsweise bezüglich
einer Umfangslinie des Hohlkörpers gleichmäßig
beabstandet. Vorzugsweise sind die einander gegenüberliegenden
Ausbuchtungen durch eine Strömung eines Mediums in Sperrrichtung
so bewegbar und/oder verformbar, dass sie den Querschnitt des Lumens
im wesentlichen verschließen, vorzugsweise indem sie aneinander
anliegen, um die Strömung des Mediums in Sperrrichtung im
Wesentlichen zu unterbinden. Andererseits sind sie durch eine Strömung
eines Mediums entgegen der Sperrrichtung so bewegbar und/oder verformbar, dass
im Querschnitt des Lumens zwischen sich eine Öffnung bilden,
um einen Durchfluss des Mediums entgegen der Sperrrichtung zu erlauben.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren verläuft
die Wachstumsrichtung der kristallinen Cellulose vorzugsweise im
Wesentlichen von einer ersten Längsseite des Innenraums
zu seiner im Wesentlichen gegenüberliegenden zweiten Längsseite.
Dadurch, dass der Cellulosehohlkörper nicht entlang der
Längsachse des Innenraums sondern im Wesentlichen senkrecht
dazu wächst, ist erreichbar, dass der Hohlkörper
nicht mehr in seiner Länge durch die in Wachstumsrichtung
erreichbare Schichthöhe begrenzt ist. Die Schichthöhe
mit bekannten geeigneten Bakterien herstellbarer Celluloseschichten
ist im Allgemeinen auf ca. 20 mm begrenzt.
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Die
irreversible Verformung kann bei dem erfindungsgemäßen
Herstellungsverfahren beispielsweise durch ein plastisches Verformen,
einen Verlust der Form durch Bruch oder durch wenigstens teilweisen Übergang
in einen flüssigen oder gasförmigen Aggregatzustand,
vorzugsweise durch Schmelzen oder Verdampfen, geschehen. Es sind
aber auch Ausführungen der Erfindung denkbar, bei denen
die Verformung durch chemische Behandlung, z. B. mittels eines Lösungsmittels,
oder durch mechanische Behandlung, z. B. durch Ultraschall, herbeigeführt wird.
Der Teil der Hohlform, der im Schritt des Entformens irreversibel
verformt wird, grenzt vorzugsweise vor dem Verformen an die in der
Hohlform gebildete Cellulose an.
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Die
Hohlform umfasst vorzugsweise eine äußere Form
und mindestens einen Formkern. Der Formkern dient vorzugsweise als
Platzhalter für das Lumen des erfindungsgemäßen
Hohlkörpers. Vorzugsweise wird beim Schritt des Entformens
wenigstens ein Teil des Formkerns verformt. Die äußere Form
ist vorzugsweise rohrförmig und weist besonders vorzugsweise
an zwei gegenüberliegenden Längsseiten je eine Öffnung
oder Öffnungen auf, z. B. durchgehende Längsspalte.
Als Material für die äußere Form wird
Glas oder einem anderen Material bevorzugt, das bezüglich
der zur Ausführung des Verfahrens verwendeten und/oder
dabei entstehenden Stoffe und Organismen chemisch inert ist.
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Eine
andere mögliche äußere Form besteht aus
einem gaspermeablen Material, das besonders vorzugsweise sauerstoffdurchlässsig
ist, z. B. Silikon oder ein Wasser enthaltendes Gel (Hydrogel).
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Der
bevorzugte Formkern weist im Wesentlichen die äußere
Gestalt eines langgestreckten Zylinders auf, der mit Einkerbungen
versehen ist, um an der Innenwand des Hohlkörpers Ausbuchtungen
zu bilden. Die Einkerbungen sind vorzugsweise Schlitze. Sie liegen
vorzugsweise in einer Ebene, die mit der Längsachse des
Formkerns einen Winkel von weniger als 90° (bezogen auf
einen Vollwinkel von 360°), vorzugsweise zwischen 15° und
75°, besonders vorzugsweise zwischen 30° und 60°,
besonders vorzugsweise ca. 45°, einschließen.
Die Einkerbungen reichen vorzugsweise jeweils vom Rand bis nahezu
zur Längsachse des Formkerns. Mit einem solchen Formkern
ist es erreichbar, einen langgestreckten Hohlkörper mit
taschenförmigen Ausbuchtungen auszubilden. Die Einkerbungen
erstrecken sich vorzugsweise über die gesamte Breite des
Formkerns. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung
liegen die Einkerbungen jeweils paarweise gegenüber, um
eine im Wesentlichen pfeilförmige Anordnung zu bilden.
Auf diese Weise können Ausbuchtungen in Form von jeweils
paarweise gegenüberliegenden Taschen gebildet werden, deren Öffnungen
in die gleiche Richtung entlang der Längsachse des langgestreckten
Hohlkörpers weisen.
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Vorzugsweise
wird beim Entformen der Teil der Hohlform, der verformt wird, besonders
vorzugsweise die gesamte Form mit Wärme behandelt. Der Schritt
des Entformens umfasst vorzugsweise ein wenigstens teilweises Schmelzen
des Teils der Hohlform, der verformt wird. Ein bevorzugter Formkern umfasst
ein sich im Wesentlichen über die gesamte Länge
des Formkerns erstreckendes Stabilisierungselement, das im Schritt
des Entformens nicht schmilzt. Das Stabilisierungselement ist vorzugsweise
ein Blatt mit einer Stärke von vorzugsweise weniger als
1 mm, besonders vorzugsweise zwischen 0,02 und 0,1 mm. Das Stabilisierungselement
liegt vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene mit der Mittelachse
des Formkerns. Das bevorzugte Stabilisierungselement erstreckt sich
im Wesentlichen über die gesamte Breite des Formkerns.
Als Materialien für das Stabilisierungselement werden Stahl,
Kunststoff, Carbonfaser- oder Glasfasermaterialien bevorzugt.
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Beim
Schritt des Entformens wird der Formkern vorzugsweise im Wesentlichen
entfernt, besonders vorzugsweise quantitativ, d. h. rückstandslos. Dazu
wird der Formkern vorzugsweise zunächst erhitzt, um ihn
zu schmelzen. Anschließend wird das zurückgebliebene
Stabilisierungselement aus dem Hohlkörper entnommen. In
einer bevorzugten Ausführung der Erfindung liegt der Schmelzpunkt
des im Schritt des Entformens schmelzenden Teils der Hohlform über
28°C, besonders vorzugsweise bei oder über 30°C,
besonders vorzugsweise bei oder über 60°C. Es
ist ein erreichbarer Vorteil dieser Ausführung der Erfindung,
dass der Formkern während des Kultivierens der Cellulose
stabil bleibt. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung
liegt der Schmelzpunkt des im Schritt des Entformens schmelzenden Teils
der Hohlform unter 100°C, besonders vorzugsweise unter
80°C, besonders vorzugsweise bei 62°C. Es ist
ein erreichbarer Vorteil dieser Ausführung der Erfindung,
dass der Formkern bei einer Temperatur geschmolzen werde kann, bei
der der Cellulosehohlkörper nicht beschädigt wird.
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Der
Teil des Formkerns, der beim Entformen schmilzt, ist vorzugsweise
im Wesentlichen hydrophob. Es ist ein Aspekt dieser Ausführung
der Erfindung, dass ausgenutzt wird, dass ein hydrophobes Material
von der hydrophilen Oberfläche des Cellulosehohlkörpers
abgestoßen wird. Es ist ein erreichbarer Vorteil dieser
Ausführung der Erfindung, dass die Hohlform im Wesentlichen
quantitativ entfernt werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst der
Teil des Formkerns, der beim Entformen schmilzt, ein thermoplastisches
Material, besonders vorzugsweise ein thermoplastisches Wachs und/oder
Polymermaterial. Es ist ein erreichbarer Vorteil von Formkernen
aus thermoplastischen Materialien, dass sie durch Gießen
hergestellt werden können. Es ist ein weiterer Vorteil
von Wachs und/oder Polymermaterialien, dass ihre Oberflächen einfach
durch Polieren geglättet werden können, um die
enge Anlagerung der Cellulose zu erleichtern.
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Ein
bevorzugtes Wachs und/oder Polymermaterial umfasst Polyvinylalkohol
(PVA), besonders vorzugsweise zu einem Anteil von mehr als 1%, besonders
vorzugsweise mehr als 50%. In einer besonders bevorzugten Ausführung
der Erfindung besteht das Wachs- und/oder Polymermaterial im Wesentlichen
vollständig aus Polyvinylalkohol. Es ist ein erreichbarer
Vorteil dieser Ausführung der Erfindung, dass ein Zurückbleiben toxischer
Rückstände nach dem Entfernen der Hohlform vermieden
werden kann, weil Polyvinylalkohol nicht-toxisch ist.
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Ein
anderes bevorzugtes Wachs- und/oder Polymermaterial ist das aus
der Dentaltechnik bekannte sogenannte "Sommerwachs". Es ist ein
erreichbarer Vorteil dieser Ausführung der Erfindung, dass
das Material mechanisch so stabil ist, dass auch filigrane Strukturen
erhalten bleiben. Es ist ein erreichbarer Vorteil dieser Ausführung
der Erfindung, dass ein Zurückbleiben toxischer Rückstände
nach dem Entfernen der Hohlform vermieden werden kann, weil Sommerwachs
nicht-toxisch ist.
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Bei
einem bevorzugten erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren
sind die Cellulosebildenden Organismen Bakterien, besonders vorzugsweise Bakterien
vom Stamm Acetobacter xylinum. Es ist denkbar, dass auch andere
Cellulose bildende Mikroorganismen eingesetzt werden, wie z. B.
geeignete Stämme von Agrobacterium, Rhizobium, Sarcina, Pseudomonas,
Achromobacter, Aerobacter und Zooglea. Da die Gene der Cellulose
synthetisierenden Enzymkomplexe von Acetobacter xylinum bekannt sind,
könnten diese auch in andere Mikroorganismen, wie z. B.
Escherichia coli durch die Anwendung bekannter molekularbiologischer
Verfahren eingebracht werden, wodurch auch diese Organismen Cellulose
synthetisieren könnten.
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Für
die Kultivierung von Acetobacter xylinum sind unterschiedliche Nährmedien
beschrieben. Ein geeignetes, häufig verwendetes Medium
ist das im Biochemical Journal 58 von 1954, Seiten 345–352 beschriebene
Medium von Schramm und Hestrin. Der gesamte diesbezügliche
Inhalt des vorgenannten Artikels ist durch Verweis Teil der vorliegenden Offenbarung.
Ein Nachteil dieses Mediums kann darin bestehen, dass es nicht genau
definiert ist, da es Hefeextrakt und Pepton enthält.
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Für
die Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein vollsynthetisches
Medium bevorzugt, wie z. B. von Forng et al. in Applied
and Environmental Microbiology von 1989, Band 55, Nr. 5, Seiten 1317–1319 beschrieben.
Der gesamte diesbezügliche Inhalt des vorgenannten Artikels
ist durch Verweis Teil der vorliegenden Offenbarung. Ein Nachteil dieses
Mediums kann in dem etwas langsameren Wachstum der Bakterien bestehen.
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Es
ist auch denkbar, den sogenannten Kombucha-Teepilz zur Ausführung
der Erfindung zu verwenden. Diese Kultur enthält neben
Acetobacter xylinum zahlreiche andere in Symbiose lebende Organismen,
wie Hefen und Bakterien, und lässt sich durch ein Medium,
bestehend lediglich aus Schwarztee und Saccharose, (100 g/l) unterhalten.
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Zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird vorzugsweise zunächst eine Nährlösung
außerhalb der Hohlform mit dem Cellulose-bildenden Organismus
beimpft. Die Cellulose ist vorzugsweise mikrobielle Cellulose. Die
z. B. von dem Bakterium Acetobacter xylinum produzierte Cellulose ist
anfänglich weniger dicht und von geringerer Festigkeit.
Daher wird vorzugsweise erst abgewartet, bis auf dem Nährmedium
eine ausreichend dichte Schicht von Cellulose abgelagert wurde.
Dies ist in der Regel nach ca. 7 bis 10 Tagen der Fall.
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In
einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens wird die Hohlform
horizontal mit der oder den seitlichen Öffnung(en) auf
eine wachsende Schicht Cellulose-produzierender Bakterien gelegt.
Da das spezifische Gewicht der Cellulose in etwa gleich dem des
Nährmediums ist, wird die Celluloseschicht vorzugsweise
unterstützt, z. B. durch ein netzförmiges Objekt
aus Teflon oder Glas.
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Der
Hohlkörper wächst vorzugsweise in eine Richtung
senkrecht zur Längsachse des Innenraums, besonders vorzugsweise
von unten nach oben. In einer bevorzugten Ausführung der
Erfindung gelangen die Bakterien durch eine oder mehrere untere Öffnung(en)
in der Hohlform in diese hinein, um sie mit Cellulose auszufüllen,
wobei gleichzeitig auf kurzem Weg flüssiges Medium zur
Versorgung der Bakterien an die Cellulose-Oberfläche diffundieren kann.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen und
einem Ausführungsbeispiel mit weiteren Einzelheiten näher
erläutert. Es zeigen:
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1:
Eine schematische perspektivische Aufrissdarstellung eines erfindungsgemäßen
langgestreckten Cellulosehohlkörpers mit Ausbuchtungen an
seiner Innenwand;
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2:
Eine schematische perspektivische Darstellung eines Formkerns für
das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung
eines langgestreckten Cellulosehohlkörpers von oben;
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3:
Eine schematische Darstellung des Formkerns aus 2 von
oben, wobei das Stabilisierungselement in der Ebene der Seite liegt;
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4:
Eine schematische Darstellung des Formkerns aus 2 und 3 von
der Seite, wobei das Stabilisierungselement senkrecht zur Ebene
der Seite verläuft;
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5:
Eine schematische Darstellung des Formkerns aus 2, 3 und 4 von
vorne, wobei das Stabilisierungselement senkrecht zur Ebene der
Seite verläuft;
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6:
Eine schematische perspektivische Darstellung einer Hohlform mit äußerer
Form und Formkern zur Durchführung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens;
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7:
Eine schematische Querschnittsdarstellung der Hohlform aus 6 mit
einem noch nicht fertig gewachsenen langgestreckten Hohlkörper
und Angabe der Wachstumsrichtung; und
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8:
Eine schematische Darstellung eines Aufbaus zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens.
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Beschreibung anhand eines
Ausführungsbeispiels
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Der
in 1 dargestellte langgestreckte Cellulosehohlkörper 1 ist
im Wesentlichen rohrförmig und hat einen Außendurchmesser
von ca. 3 mm. Er ist mit jeweils paarweise an seiner Innenwandung 2 ausgebildeten
Ausbuchtungen 3, 4 versehen, die mit der Hohlkörperwand 2 Taschen
bilden. Die Paare von Ausbuchtungen 3, 4 sind
jeweils durch einen schmalen Schlitz 5 voneinander getrennt.
Wenn ein Medium, z. B. Blut, die Ausbuchtungen 3, 4 in
Durchlassrichtung 6 anströmt, weichen diese in
Richtung Innenwand 2 aus und vergrößern
dadurch den Querschnitt des Schlitzes 5, so dass das Medium
passieren kann. Wenn hingegen Medium entgegen der Durchlassrichtung 6,
also in Sperrrichtung, die Ausbuchtungen 3, 4 anströmt,
werden die Ausbuchtungen 3, 4 aneinander gepresst,
so dass der Schlitz 5 verschlossen wird. Auf diese Weise
kann ein Durchfluss von Medium weitgehend unterbunden werden. Die
Ausbuchtungen 3, 4 wirken so ähnlich
den natürlichen Venenklappen.
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In
den 2 bis 5 ist ein Formkern 7 zur Herstellung
des in 1 dargestellten Cellulosehohlkörpers
wiedergegeben. Der Formkern 7 besteht im Wesentlichen aus
einem Wachszylinder 8, der in regelmäßigen
Abständen mit Paaren von Schlitzen 9, 10 versehen
ist, die in einer Mittelebene des Formkerns pfeilförmig
zusammenlaufen. Zur Stabilisierung des Formkerns 7 ist
in dieser Mittelebene ein Federstahlblatt 11 in den Formkern 7 eingeschlossen.
Die Schlitze 9, 10 reichen über die gesamte Breite
des Wachszylinders 8 und bis zum Stahlblatt 11.
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Die
Herstellung des Wachszylinders 8, der das Federstahlblatt 11 enthält,
ist insofern nicht trivial, als das Federstahlblatt 11 genau
mittig positioniert werden muss und es schwierig ist, ein langes
Rohr mit einem Innendurchmesser von mehreren Millimetern luftblasenfrei
mit heißem Wachs zu füllen und anschließend
zerstörungsfrei zu entformen. Zur Herstellung des Formkerns 7 werden
deshalb zwei Hälften eines längs geschnittenen
Glasrohres verwendet, die mit einem Schliff versehen wurden, so
dass sie exakt aufeinander passen. Eine ebene Platte aus Teflon
wird mit einer Rille versehen, die so beschaffen ist, dass eine
Glasrohrhälfte bezüglich ihres äußeren Querschnitts genau
hineinpasst und die geschliffenen Flächen mit der Teflon-Platte
bündig abschließen. Die Rille ist etwas länger
als die Glasrohrhälfte und steht an beiden Enden ca. 1
cm über. Die Teflon-Platte mit der eingelegten Rohrhälfte
wird in einem Wärmeschrank auf 90 bis 100°C erhitzt
und dann mit heißem Wachs befüllt, so dass das
Wachs ebenfalls bündig mit dem Glasschliff und der Teflon-Platte
abschließt. Dieser Vorgang wird mit der zweiten Glashälfte
wiederholt, mit dem Unterschied, dass dieses Mal über dem
halben Glasrohr ein dünnes Federstahlblatt, dessen Breite
etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Glasrohrs, genau
mittig positioniert wird. Nach dem Erkalten werden die beiden mit
Wachs befüllten Glashälften zusammengefügt
und in zusammengepresstem Zustand kurzzeitig wieder auf 90 bis 100°C
erhitzt. Nach dem abermaligen Erkalten kann durch Entfernen der Glashälften
der Wachszylinder 8 mit dem eingebetteten Federstahlblatt 11 entnommen
werden.
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Anschließend
werden die Schlitze 9, 10 mit Hilfe eines heißen
Drahts auf beiden Seiten und entlang der Längsachse des
Wachszylinders 8 in Abständen von ca. 5 cm eingebracht.
Die Schlitze 9, 10 reichen von der Außenseite
bis zum Federstahlblatt 11 und verlaufen über
die gesamte breite des Wachszylinders 8. Das dadurch entstandene
Objekt 7 ist so stabil, dass es als Platzhalter für
das Lumen des Cellulosehohlkörpers 1 dienen kann.
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Wie
in 6 dargestellt, hat die Hohlform 12 außerdem
eine äußere Form mit einem Innenraum in Form eines
Hohlzylinders mit zwei ringförmigen Enden und Längsseiten 13 und 14.
Der Innenraum wird durch zwei Rohrhälften aus Glas 15, 16,
den Formkern 7 und zwei O-Ringen 13, 14 gebildet.
Spaltförmige Öffnungen 19, 20,
die zwischen den Rohrhälften über die gesamte
Länge der Hohlform verlaufen, machen den Innenraum 25 der
Hohlform 12 von außen zugänglich.
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Wie
in 7 dargestellt, wächst der Cellulosehohlkörper 21 innerhalb
des Innenraums 25 der Hohlform 12 in die allgemeine
durch den Pfeil 22 angegebene Richtung senkrecht zur Längsachse
des Innenraums von einer Längsseite 13 zu der
anderen Längsseite 14.
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Genauer
wächst die Cellulose zunächst durch die Öffnung 19 in
der Hohlform 12 auf der ersten Längsseite 13 in
die Hohlform 12 hinein und dann entlang der Pfeile 23, 24 zur
anderen Längsseite 14. Gleichzeitig kann über
eine zweite Öffnung 20 ein Luftaustausch mit der
Umgebung der Hohlform 12 stattfinden, insbesondere um die
Organismen mit Sauerstoff zu versorgen. Durch die Öffnung 19 kann die
Cellulose von außen die nötigen Nährstoffe
aus dem Wachstumsmedium zu den Organismen im Inneren der Hohlform
transportieren. Schließlich wächst die Cellulose
in die Öffnung 20 hinein.
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Wie
in 7 schematisch dargestellt, wird ein steriles Gefäß 26 mit
2000 mL Fassungsvermögen mit 1000 mL einer sterilen Nährlösung 27,
bestehend aus 20 g Glucose, 5 g Hefeextrakt, 5 g Bactopepton, 2,7
g Natriumphosphat und 1,15 g Citronensäure-Monohydrat,
pH 6,0, gefüllt und mit einer 3 Tage alten Vorkultur aus
Acetobacter xylinum (z. B. Gluconacetobacter xylinum, DSN-No. 2325,
DSZN Braunschweig) angeimpft. Wenn sich nach ca. 7 Tagen eine etwa
3 mm dicke Schicht 28 aus Cellulose auf der Flüssigkeitsoberfläche
gebildet hat, wird diese durch ein Netz 29 aus Teflon,
expandiertes Polytetrafluorethylen (ePTFE), z. B. Zahnseide GLIDE, W.
L. GÖRE & ASSOCIATES
Inc.) unterstützt, das in einem von Stützen 30 aus
Glas getragenen Glasrahmen 31 aufgespannt ist. Zwei Glasrohre
(Duran-Glas), Innendurchmesser 6 mm, Wandstärke 1,5 mm,
Länge 150 mm werden in Längsrichtung so durchsägt,
dass zwei Teile 15, 16 entstehen, die mit den
Schnittflächen aufeinandergelegt eine Höhe von ca.
7 mm ergeben. Die beiden Glasrohrteile 15, 16 werden
dann symmetrisch um den Formkern 7, der an beiden Enden
mit je einem O-Ring 17, 18 aus Gummi (vulkanisierter
Kautschuk) bestückt ist, positioniert und an den Enden
mit einem Teflon-Faden (Zahnseide GLIDE, W. L. GÖRE & ASSOCIATES Inc.)
befestigt. Die so hergestellte Hohlform 12, die auf beiden
Seiten einen durchgehenden Spalt 19, 20 von einer
Breite von ca. 2 mm aufweist, wird mit dem Spalt 19 nach
unten auf die mit einem Netz 31 unterstützte Celluloseoberfläche
gelegt und bei 28°C in einem Brutschrank kultiviert. Die
Besiedlung der Hohlform 12 durch die Bakterien und ihr
Ausfüllen mit Cellulose dauert in der Regel 2 bis 3 Wochen.
In dieser Zeit ist darauf zu achten, dass verbrauchtes bzw. verdunstetes
Medium 27 gegebenenfalls ersetzt wird. Wenn die Hohlform 12 vollständig
mit Cellulose aufgefüllt ist, kann sie geöffnet
und der Cellulosehohlkörper 6 samt dem Formkern 7 entnommen
werden und in kochend-heißem Wasser erhitzt werden.
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Dadurch
schmilzt das Wachs und das Stahlblatt 11 kann, ohne die
Ausbuchtungen 3, 4 zu verletzen, herausgezogen
werden. Verbleibende Wachsreste können leicht durch Spülen
mit heißem Wasser (in Durchlassrichtung 6) entfernt
werden. Hierdurch kann der Cellulosehohlkörper 6 auch
desinfiziert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
-
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - Biochemical
Journal 58 von 1954, Seiten 345–352 [0032]
- - Forng et al. in Applied and Environmental Microbiology von
1989, Band 55, Nr. 5, Seiten 1317–1319 [0033]