Устройство для крепления и промывания плотных биологических материалов

Настоящая полезная модель относится к лабораторному оборудованию биологических лабораторий и может быть использована для эффективного и бережного промывания органов и тканей лабораторных животных любыми растворами, в том числе детергентами при децеллюляризации.
Для проведения качественной и равномерной децеллюляризации (удаления клеточных компонентов из органа или ткани путем промывания специальными детергентами с сохранением внеклеточного матрикса и трехмерной структуры органа) необходимо плотно, но бережно закрепить ткань или орган внутри оборудования. Однако сплошная поверхность, на которой планируется закрепить ткани, не подойдет, т.к. это будет мешать проникновению раствора со стороны крепления к этой поверхности. Для максимальной эффективности процесса децеллюляризации необходимо, чтобы биологическая ткань была окружена движущимся потоком детергентов со всех сторон.
В настоящее время существует ряд устройств для крепления тканей и органов, например, кассеты для фиксации биологического материала или кассеты для подготовки образцов биологических тканей к гистологическим исследованиям. Однако их основными недостатками является невозможность плотного крепления биологических тканей к поверхности устройства для предотвращения ее скручивания и деформации. Для процесса децеллюляризации необходимо плотное, но бережное размещение полностью всей поверхности ткани, обеспечивающее растворам максимальный доступ ко всему биологическому материалу.
Из существующего уровня техники известна полезная модель (Пат. RU 140360 U1, дата публикации 10.05.2014 г.), представляющая собой ложку-сито для заваривания чая, которая относится к многоразовым средствам для заваривания чая или иных настоев. Она включает корпус, состоящий из двух частей, соединенных между собой пластинчатой пружиной с возможностью прилегания одной части к другой, причем при нажатии на держало одной из частей корпуса, они разъединяются между собой на составные части.
Недостатком устройства является просторный отсек, в котором невозможно плотно зафиксировать плоскую ткань. Также недостатком является крепление устройства к стенке стакана, которое не позволяет раствору циркулировать со всех сторон.
Известна полезная модель (Пат. US 5427742, дата публикации 27.06.1995 г.), представляющая собой кассету для обработки небольших образцов ткани, которая включает в себя прямоугольное коробкообразное основание, имеющее перфорированную нижнюю стенку и съемную перфорированную крышку. На основании и на крышке имеется круглый сетчатый отсек для образцов тканей. Соединение основания и крышки образует закрытую область внутри круглого сетчатого отсека для удержания образца ткани во время подготовки к исследованию. Внешняя кассета позволяет обрабатывающим жидкостям течь через круглый сетчатый отсек и противостоит вытеканию мелких образцов ткани из него во время обработки. Внешняя базовая рама прямоугольной формы соответствует стандартным формам образцов ткани для микротомов. Круглый сетчатый отсек изготовлен из тканного нейлонового материала.
Недостатком устройства является техническая сложность конструкции и редкая применимость, обоснованная лишь для некоторых опытов, в которых применяются маленькие частицы ткани. Поскольку в процессе децеллюляризации тканей должна происходить тщательная промывка от клеточного составляющего биологического материала для получения внеклеточного матрикса (ВКМ), необходимо хорошее проникновение растворов к тканям и частицам биоматериала.
Известен способ изготовления дермального матрикса, относящийся к децеллюляризации плоских тканей и органов (Пат. RU2524619C2, дата публикации 27.07.2014 г.). Способ содержит применение орбитального шейкера с изменяющейся скоростью вращения. На шейкер помещают герметично закрытые стаканы, содержащие необходимые растворы для децеллюляризации, с погруженным внутрь биоматериалом.
Недостатком данного способа является неограниченная подвижность биологического материала с отсутствием какой-либо фиксации, что непосредственно может влиять на структуру и механические свойства получаемого в итоге биоматериала.
Известно изобретение для фиксации биоматериала - кассетное устройство с откидной крышкой для ткани (Пат. US 4549670, дата публикации 29.10.1985 г.). На данный момент в мире существует огромное количество модификаций представленного устройства, но они не представляют для нас практической значимости ввиду их особенности фиксирования биологического материала. Данное кассетное устройство для ткани включает в себя съемную откидную крышку, которая легко прикрепляется и отсоединяется от основания. Изобретение представляет собой проницаемую для жидкости кассету, приспособленную для приема образца ткани и для удержания образца ткани во время контакта с обрабатываемой жидкостью.
Недостатки системы: сложная в изготовлении, обладает небольшими размерами, достаточно закрытая для тщательной промывки биологического материала.
Существует способ восстановления функциональных свойств тканеинженерной конструкции диафрагмы (Пат. RU 2654686 C1, дата публикации 21.05.2018 г.). Применяемое в этом способе устройство для децеллюляризации включает в себя чашку Петри, к которой прикреплена сетка. Все помещаемые на нее биологические материалы свободно располагаются без фиксации.
Недостатком этого устройства является то, что при использовании стандартного ротационного метода нет надежного закрепления биологического материала. На устройство можно помещать разнообразные по форме и размерам ткани, но нет возможности их фиксировать в одном положении. Незакрепленный биологический материал может разрушаться, что негативно скажется на его механических свойствах и плотности ВКМ. Также отсутствие возможности проведения промывки (или децеллюляризации) биологического материала со всех сторон может отразиться на результатах эксперимента.
Наиболее близким к предлагаемому нами устройству является полезная модель RU 199321 U1, дата публикации 26.08.2020 г. Полезная модель представляет собой устройство для крепления плоского биологического материала внутри стандартного стакана для биологических образцов на 120 мл, включающее сетчатый материал, который выполнен в виде двух трапеций, соединенных между собой по нижнему основанию, причем по периметру трапеции имеются плоские плотные пластиковые края в виде жесткого каркаса и двух пластиковых трубок-фиксаторов с продольными разрезами, соединяющих края двух сетчатых трапеций после их закрытия.
2
Недостатком данной модели является мягкий материал сетки и небольшой размер, который не позволяет использовать данную модель для работы с биологическими тканями толщиной от 2 мм, так как из-за недостаточной фиксации между сетками биологический материал под своим весом опускается на низ полезной модели, также нет возможности использовать образцы площадью больше чем 5 см или несколько объектов сразу.
2
Технический результат заключается в создании устройства, способного обеспечить плотное и безопасное закрепление биологических тканей и органов лабораторных животных толщиной 5 мм и размером до 96 см для проведения качественного процесса промывания, а именно для децеллюляризации.
Технический результат решается тем, что внутри стакана имеются направляющие, выполненные из прозрачного силикона, а сетчатый материал в виде двух трапеций выполнен из нержавеющей стали с размером ячеек 1×1 мм. Трапеции выполнены размером: высота - 85 мм, длина нижнего основания -120 мм, верхнего - 130 мм.
Полезная модель поясняется подробным описанием и иллюстрациями, на которых изображено:
Фиг. 1 - Схема устройства: а) 1 - стандартный стакан для биологических образцов на 1000 мл; 2 - направляющие; б) 3 - сетчатые основания, выполненные в виде трапеций; 4 - верхний и нижний закрепители.
Фиг. 2 - Схема устройства в собранном виде: 1 - стандартный стакан для биологических образцов на 1000 мл; 2 - направляющие; 3 - сетчатые основания, выполненные в виде трапеций; 4 - трубки-фиксаторы с продольными разрезами, соединяющие края двух сетчатых трапеций после их закрытия; 5 - крышка стандартного стакана для биологических образцов.
Фиг. 3 - фотоиллюстрация устройства: а) общий вид; б) внутренняя часть стакана с направляющими.
Фиг. 4 - фотоиллюстрация: а) сетчатые обратные трапеции с двумя фиксаторами из силиконовых трубок с одним разрезом вдоль по всей длине; б) трапеции с закрепленными сторонами.
Фиг. 5 - фотоиллюстрация общего вида устройства в собранном виде.
Фиг. 6 - пример использования устройства: а) закрепленный биологический материал в стакане на 1000 мл; б) в процессе децеллюляризации на высоких скоростях потока детергентов.
Описание полезной модели
Устройство состоит (фиг. 1 а, б) из: стандартного стакана 1 для биологических образцов на 1000 мл и крышки 5 (фиг.2). Внутри стакана 1 имеются направляющие 2, выполненные из прозрачного силикона. Трапеции 3 выполнены из сетчатого металлического материала. Верхние и нижние края трапеции 3 соединены трубками-фиксаторами с продольными разрезами 4.
Внутренняя часть устройства выполнена из сетчатого (размер ячеек 1×1 мм) металлического материала (нержавеющая сталь) в виде двух симметричных обратных трапеций (фиг. 1 б). Длина нижнего основания каждой трапеции 120 мм, верхнего - 130 мм, высота - 85 мм. Трубки-фиксаторы 4 с продольными разрезами выполнены диаметром 4 мм, длина - 80 мм (фиг. 1 а, б; фиг. 2).
Внешний вид устройства (фиг. 2, фиг. 3) представляет собой стандартный стакан 1 для биологических образцов на 1000 мл с направляющими 2, выполненными из силикона средней жесткости, их длина 90 мм, диаметр 4 мм.
Устройство работает следующим образом.
Биологический материал толщиной 5 мм поместили между трапециями 3 из сетчатого (размер ячеек 1×1 мм) металлического материала (фиг. 1, 2). Далее верхнюю и нижнюю края трапеции 3 соединили трубками-фиксаторами 4. После этого, соединенные трапеции 3 с биологическим материалом вставили по направляющим 2 в стакан 1 для биологических образцов на 1000 мл (фиг. 6 а). Стакан заполнили раствором, закрыли крышкой 5 и провели децеллюляризацию на высоких скоростях потока детергентов (фиг. 6 б).
Так как биологический материал был расположен в центре стакана, то образцы равномерно промывались со всех сторон.
Представляемая полезная модель легка в использовании для крепления биологических тканей внутри полезной модели, компактна и удобна конструкцией, позволяющей легко ее вставлять и вынимать из стакана, причем закрепленная биологическая ткань остается неподвижной на протяжении всего процесса промывания.
Предложенное устройство позволяет:
фиксировать биологическую ткань толщиной до 5 мм в центре между основаниями, что способствует качественной и равномерной промывке ткани в процессе децеллюляризации;
легко и быстро разобрать;
закрепить ткань или орган между двух сетчатых оснований без повреждения биологической ткани;
2
закрепить биологические ткани и органы размером до 96 см одинаково прочно и надежно;
поддерживать биологические ткани во время контакта с жидкостью в процессе промывания и защищает их от механических повреждений, которые могут возникнуть без закрепления биоматериала;
осуществить свободный доступ растворам со всех сторон ткани;
использовать для промывания биологических тканей перистальтический насос.