FR 2546717 A1 19841207 FR 8317877 A 19831110 i 2546717 - 1 7 ARTHUR PFEIFFER VAKUUMTECHNIK WETZLAR GMBH Procédé pour réaliser des matériaux biologiqus souples, rendus inaltérables et contenant ou non un agent conser- vateur. L'invention concerne un procédé pour rendre inaltérable un matériau biologique contenant ou non un agent conservateur, tout en conservant sa grandeur naturelle, sa consistance, sa possibilité de préparation, sa plasticité, sa souplesse ainsi que sa structure interne 1 o et externe. Pour l'enseignement et dans des buts de présenta- tion ainsi que pour la conservation dans les musées, notamment dans les domaines de l'anatomie, de la patholo- gie et de la biologie et leurs domaines périphériques, on utilise soit des échantillons dits humides soit des modèles artificiels Les échantillons humides présentent l'inconvénient de devoir être conservés en permanence dans un liquide conservateur et ne peuvent être enlevés que temporairement de ces liquides à des fins de démonstration. Les modèles synthétiques sont des imitations d'échantillons naturels et présentent l'inconvénient d'une fidélité de reproduction insuffisante, d'une consistance non naturelle, d'une absence de mobilité et d'un manque de possibilité de préparation ou naturalisation Pour la réalisation d'échantillnns biologiques naturels durables sur lesquels on peut effectuer des démonstrations, jusqu'ici il existe d'ailleurs encore les possibilités suivantes: 1 La conservation des matériaux dans des liqui- des conservateurs dans des récipients en verre, appelés échantillons humides, 2 La dessiccation des échantillons, 3 La lyophilisation des échantillons, 4 le paraffinage d'échantillons séchés ou lyophilisés, 5 l'enrobage d'objets imprégnés par une matière synthétique dans des blocs de matières syn- -2- thétiques transparents, la conservation de coupes d'objets biologi- ques au moyen d'un agent d'inclusion entre deux supports en verre ou entre des feuilles, 7 l'enveloppement d'échantillons par des matières synthétiques, 8 la méthode pour rendre des échantillons inaltérables par imprégnation des objets soit directement soit indirectement par l'intermédiaire d'agents intermédiaires, au moyen de résines synthétiques. Les méthodes indiquées ci-dessus se présentent de la façon suivante Exemple 1 Des échantillons humides sont conservés dans un liquide conservateur dans des récipients en verre. Le liquide conservateur doit être renouvelé à intervalles réguliers, et l'échantillon est fixé mécaniquement à l'intérieur du récipient en verre dans des buts de démons- tration Dans ce type de conservation de matériau de démonstration il existe l'inconvénient que les échantil- lons ne peuvent être que regardés extérieurement et ne peuvent pas être touchés et manipulés Les structures superficielles et profondes apparaissent de façon dis- tordue par suite des agents présentant des indices de réfraction différents Par ailleurs, les échantillons perdant leur coloration naturelle. Exemple 2 La dessiccation d'échantillons biologiques ne peut être effectuée que pour des petits objets, étant donné que la dessiccation fait apparaître un rétrécisse- ment du matériau Les échantillons ainsi préparés présentent en outre encore l'inconvénient qu'ils peuvent être très légèrement endommagés par des actions mécaniques. -3- Exemple 3 Des échantillons biologiques lyophilisés ne rétrécissent pas, il est vrai, à l'opposé des échantil- lons soumis à une dessiccation, et conservent leur forme, mais 1 ils sont extraordinairement sensibles vis-à- vis d'influences mécaniques extérieures, et 2 la consistance du tissu est altérée de façon importante sous l'effet de la lyophilisation, dans le sens d'un durcissement du tissu. Exemple 4 Des échantillons imprégnés de paraffine ne permettent pas une représentation superficielle détaillée claire étant donné que la paraffine n'est pas transparente. En outre, de tels échantillons sont très fragiles et ne peuvent être maintenus propres qu'avec une dépense impor- tante en moyens techniques. Exemple 5 Des échantillons enrobés de matière synthétique correspondent à la forme de préparation des échantillons humides décrits dans le paragraphe ad 1, mais présentent cependant l'avantage par rapport à ceux-ci que les blocs de matière synthétique sont incassables et que l'échan- tillon est insensible vis-à-vis d'influences extérieures grâce à l'enrobage dans la matière synthétique. Exemple 6 Des coupes d'échantillons, qui sont placées entre des plaquettes de verre ou des feuilles, présentent l'inconvénient d'un danger important de cassure et d'une souplesse réduite - Exemple 7 Selon le brevet US 2 698 809 on connaît un procédé pour l'enrobage externe de matériaux biologiques, dans lequel les échantillons sont entourés d'une matière synthétique en conservant une coloration correcte Dans cette méthode de traitement, l'agent d'enrobage ne pé- nètre pas dans l'échantillon (Lit Science Vol 54, 49-50, 1941) Par suite du durcissement, les objets traités de cette manière ont une consistance plus dure, perdent leur plasticité et ne peuvent plus être préparés ou naturalisés après coup. Exemple 8 Les méthodes décrites dans le brevet DE 2710147. 9-41 pourla conservation d'échantillons à partir d'objets putrescibles du point de vue biologique et les procédés pour leur fabrication conviennent pour faire des démons- trations sur leur surface laissée libre Les échantillons peuvent être touchés et également regardés à la loupe. Ils possèdent bien entendu l'inconvénient qu'après la fabrication de l'échantillon une préparation, c'est-à- dire une autre fragmentation systématique des échantillons, n'est plus possible, la consistance de l'échantillon ne correspond plus à sa consistance initiale, la plasticité et la souplesse du tissu se sont considérablement modifiées par rapport à l'état initial, et la méthode de fabrication au moyen d'agents intermédiaires ou d'autres agents sol- vants ainsi que l'enrobage dans une matière synthétique prennent beaucoup de temps, sont coûteux et présentent un facteur d'insécurité lors de la fabrication régulière d'échantillons, du fait du durcissement différent des matières synthétiques en raison de légères variations des quantités des composants de la résine synthétique. Toutes les méthodes connues citées ci-dessus pour assurer l'inaltérabilité d'objets biologiques présentent des inconvénients, étant donné que pour ceux- ci il apparaît une altération de la consistance par suite d'une homogénéisation du tissu par l'agent d'enro- bage, liée à une perte-plus ou moins importante de plasticité et de souplesse; En outre, une préparation supplémentaire des échantillons biologiques ainsi traités n'est plus possible Les méthodes de fabrication sont en outre très coûteuses en moyens techniques et sont d'un prix de revient très élevé par suite de l'utilisation -5- d'agents chimiques spéciaux pour l'imprégnation et 1 'enrrobage La présente invention se propose de permettre de fabriquer, de façon extrêmement avantageuse du point de vue prix, des échantillons biologiques pouvant être conservés de façon illimités, dont la grosseur, la consistance, la plasticité, la possibilité de prépara- tion, la souplesse et la structure interne et externe correspondent à l'état naturel Ce faisant, la grosseur des objets qui doivent âtre traités ne doit en outre pas représenter un facteur limitatif pour le procédé. L'enseignement biochimique et technique consti- tue la base pour la solution de ce problème Ainsi, le point décisif pour rendre inaltérable des matériaux bio- logiques réside dans l'élimination totale de l'eau-du tissu et de l'agent conservateur éventuel, de manière qu'aucun autre processus métabolique ne puisse altérer la tissu Etant donné que l'élimination de l'eau du tissu et des agents de conservation éventuels par l'in- termédiaire de la dessiccation, de la lyophilisation ou par échange au moyen d'agents intermédiaires suivi d'un enrobage par une matière synthétique conduisent à des altérations de consistance, de dimension ainsi que de plasticité et de souplesse, da telles techniques ne conviennent pas pour la solution du problème De plus, outre l'exigence de l'élimination de l'eau du tissu et d'agents conservateurs éventuels, il existe encore le problème de l'introduction d'un agent d'enrobage neutre du point de vue de la consistance et de la sou- plesse dans l'échantillon biologique, qui en outre doit pouvoir être éliminé chaque fois que cela est souhaité. Ces exigences supposent tout d'abord que l'agent d'enro- bage doit être miscible à l'eau dans n'importe quelles proportions, et deuxièmement qu'il doit y avoir une substitution moléculaire directe par l'agent d'enrobage vis-à-vis de l'eau du tissu et des agents conservateurs éventuels qui doivent être éliminés Ce problème est résolu selon l'invention grâce au fait que par substi- _,i;'Do-* moléculaire directe, l'eau du tissu et les agents cor-erv&teurs eventuellement présents sont remplacés sou S vid 1 e, sans utiliser d'agent ntermédiaire ni d'agent solvant a sans éliminer lis lipides du tissu, par des moyens d'imprégnation solubles dans l'eau. A titre d'agent d'enrobage pour ce problème le polyéthylène-glycol convient particulièrement bien, étant donné qu'en outre il présente l'avantage de pouvoir être utilisé avec différents poids moléculaires et par consé- quent différentes consistances qui peuvent être commandées en fonction de la chaleur pendant la substitution molécu- laire Un autre avantage du polyéthylène-glycol est son prix avantageux Le problème de la substitution molécu- laire peut maintenant être résolu grâce au fait que l'eau du tissu et des liquides conservateurs éventuels possè- dent une tension de vapeur nettement plus faible que celle du polyéthylène-glycol De ce fait, il existe la possi- bilité d'une distillation directe du tissu de l'eau et des liquides conservateurs éventuels et d'un remplacement moléculaire immédiat par le polyéthylène-glycol Ceci empêche -une modification du volume et de la consistance des objets ainsi traités Etant donné que le polyéthylè- ne-glycol est une substance inerte du point de vue chimi- que, aucune modification chimique secondaire n'est en outre provoquée au niveau des échantillons, comme c'était le cas pour les méthodes connues jusqu'ici Il en résulte qu'avec cette méthode on obtient une fidélité parfaite de l'échantillon par rapport à l'original. La substitution moléculaire suppose une distilla- tion de l'eau du tissu et d'éventuels liquides conserva- teurs Ceci est provoqué par une perturbation négative permanente de la chute de tension partielle pour l'eau du tissu et les éventuels agents conservateurs On peut accélérer ce processus de la distillation de l'eau du tissu et d'éventuels agents conservateurs et leur subs- titution moléculaire par du polyéthylène-glycol, lorsque 7- l'on procède sous vide. L'utilisation du vide conduit à une augmentation e-ponetialle de la vitesse de la substitution molé- cîilaire, suivant la chute de tension partielle de l'eau du tissu et des éventuels liquides conservateurs, en Fonction de la puissance d'aspiration des pompes à vide utilisées L'utilisation de cette technique a en outre pour résultat que l'eau du tissu et les éventuels liquides conservateurs sont également éliminés du milieu d'enro- 1 l bage en excès (polyéthylène-glycol), de sorte que celui- ci reste sous sa forme pure et par conséquent peut être utilisé ultérieurement sans perte Etant donné qu'après la réalisation de la substitution moléculaire aucun autre traitement n'est nécessaire, comme par exemple une poly- mérisation qui est utilisée dans d'autres méthodes connues, il n'apparait aucun rétrécissement ni aucune altération de la consistance Par conséquent, le procédé décrit ci- dessus pour rendre inaltérables des matériaux biologiques contenant ou non un agent conservateur représente un optimum non atteint jusqu'ici pour conserver la grosseur naturelle, la consistance, la possibilité de préparation ou naturalisation, la plasticité, la souplesse et la structure interne et externe Il Èaut en outre mettre l'1 a&cent notamment sur le fait qu'en particulier la molillité de liaisons articulées doit être maintenue dans son intégralité, ce qui n'était généralement pas possible jusqu'ici dans le cas de préparations durables, étant donné que toutes les méthodes connues jusqu'ici avaient pour résultat un rétrécissement et-un durcisse- ment des parties molles propres à l'articulation. En outre, le fait que les propriétés du poly- éthylène-glycol, à l'opposé de celles d'agents conserva- taurs et d'enrobage à base de résine synthétique, ne sont pas nuisibles à la santé n'est pas négligeable Ceci signifie un maniement simple et sans complication pour l'utilisateur de matériaux traités de cette façon. 8 - L'application pratique de l'invention sera mas i-utx'iit c ite à l'aide des exemples non limitatifs 1 Réalisation d'un échantillon fonctionnel totalement mobile d'une articulation de genou humain. L'articulation du genou d'un cadavre en salle de préparation, fixée dans la formaline, est traitée pour obtenir un échantillon sous forme de bandes Sans autre prétraitement, celle-ci est placée dans un conteneur à l'épreuve de la pression qui est partiellement rempli de polyéthylèneglycol liquide 400, et y est immergée Le conteneur fermé de façon étanche à l'air est mis sous vide à l'aide d'une pompe à vide, pendant plusieurs heures, jusqu'à substitution complète de l'eau par le polyéthylène-glycol o L'échantillon maintenant imprégné de polyéthylène-glycol est sorti du conteneur et est placé sur une base absorbante, jusqu'à ce que le polyéthylèneagiycol an excès se trouvant à l'extérieur se soit totalement écoulé Pour améliorer l'aspect et vitrifier la surface, l'échantillon peut être vaporisé à l'aide de PVC (chlorure de polyvinyle). 2 Réalisation d'un échantillon d'organe souple à partir du coeur. Pour la préparation d'un coeur fixé dans la formalina avec représentation de la muscula- ture superficielle et des vaisseaux coro- naires, la paroi des oreillettes est découpée pour êtra rabattue Sans autre prétraitement cet échantillon humide est traité comme décrit dans le paragraphe 1. 3 Réalisation d'un échantillon de pied rendu inaltérable et susceptible d'être préparé ultérieurement. -9- Un pied amputé conservé dans la formaline est traité de la manière décrite dans le para- graphe 1, puis est préparé anatomiquement de la façon habituelle Les caractéristiques de préparation des tissus sont nettement améliorées visà-vis d'un échantillon humide uniquement fixé dans la formaline sur les points suivants a) la tissu adipeux est stabilisé, de sorte qu'il n'y a pratiquement aucun écoulement de la graisse, comme cela est courant habituellement. b) Le tissu nerveux est devenu solide à la déchi- rure et peut être analysé jusque dans les fibres nerveuses individuelles, de sorte que même les ramifications nerveuses les plus fines peuvent être largement exposées dans la périphérie Ceci n'est pas possible dans le cas d'échantillons habituels. c) La tissu de liaison plus lâche se présente sous la forme de fibres fines, en correspon- dance avec sa constitution naturelle, et n'est-pas gelé de façon homogène, comme dans le cas des échantillons courants. d) Les vaisseaux sanguins apparaissent de nouveau, par suite de la stabilisation de la structure de leurs parois, sous leur forme circulaire naturelle, et ne sont donc pas affaissés comme dans les échantillons humides habituels. e) La musculature reprend rapidement la couleur brunrouge du tissu vivant, tandis que dans les échantillons normalement conservés le sang disparaît en grande partie. f) Toutes les autres structures du tissu peu- vent également être mieux préparées et repré- sentées. - Il va de soi que les exemples ci-dessus n'ont été donnes que pour illustrer des modes de mise en oeuvre di Joe de l'invention et qu'ils ne sauraient an li miter la portéeo En outrae, il est précisé que l'invention concerne également le polyéthylène-glycol à titre de moyen spécia- lement destiné à la mise en oeuvre du procédé revendiqué, ainsi que les matériaux biologiques obtenus par ce procé- dé. il - REVENDICATIONS 1 Procédé pour l'obtention de matériaux biologi- ques souples, rendus inaltérables et contenant ou non urk agent conservateur, caractérisé par le fait que par substitution moléculaire directe, l'eau du tissu et des agents conservateurs éventuellement présents sont remplacés, sane utiliser d'agent intermédiaire ni d'agent solvant et sans éliminer les lipides du tissu, par des agents d'imprégnation solubles dans l'eau qui ne nécessi- tant plus de traitement ultérieur. 2 Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'eau du tissu et d'éventuels agents conservateurs présents sont remplacés sous vide par des agents d'imprégnation solubles dans l'eau qui ne nécessi- tent plus de traitement ultérieur. 3 Procédé suivant les revendications 1 et 2, carac- térisé par le fait qu'on utilise du polyéthylène-glycol en tant qu'agent d'imprégnation soluble dans l'eau. 4 Procédé suivant l'une quelconque des revendica- tions 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que les surfaces des matériaux ainsi préparés sont ensuite éga- lement vitrifiées. A titre de moyen spécialement destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, polyéthylène-glycol. 6 Matériaux biologiques obtenus par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4.