DE60028352T2 - Instrument zur herstellung von gewebe-arrays - Google Patents

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    • G01N1/36Embedding or analogous mounting of samples
    • G01N2001/368Mounting multiple samples in one block, e.g. TMA [Tissue Microarrays]

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • FACHGEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein einfaches, robustes und genaues Instrument zur Konstruktion von Gewebearrays. Das Instrument kann manuell oder automatisch betrieben werden.
  • BESPRECHUNG DES STANDS DER TECHNIK
  • Einige Krebspatienten sprechen gut auf eine bestimmte Krebstherapie oder Kombination von Therapien an. Andere nicht, sie können aber auf eine andere Behandlung ansprechen. Wissenschaftler am National Human Genome Research Institute (NHGRI) an den National Institutes of Health (NIH) entwickeln derzeit in Zusammenarbeit mit der University of Tampere in Finnland und der Universität Basel in der Schweiz ein neues Forschungswerkzeug, das sie „Gewebechip" nennen und von dem sie erwarten, dass es sie dabei unterstützt zu lernen, wie man Untergruppen von Krebspatienten unterscheiden kann und wie man vorhersagt, welche Untergruppen auf bestimmte Therapien ansprechen. Die Gewebechiptechnologie hilft ihrer Auffassung nach auch dabei, den Vorgang der Krebsentstehung zu erforschen. Diese detaillierten neuen Informationen können dann verwendet werden, um Moleküle zu identifizieren, die für die Entwicklung von Krebstherapien entscheidend sind.
  • Der Gewebechip ist ein dünner Abschnitt eines Gewebemikroarrays, der die Massenparallelverarbeitung von biologischen Proben erlaubt und es den Forschern ermöglicht, gleichzeitig ein Vielzahl von molekularen Markern wie DNA, RNA und Proteine in Krebsgeweben von Hunderten oder Tausenden von Patienten zu vergleichen. Bis zu 1.000 Gewebebiopsien von einzelnen Tumoren können in einem einzigen Tumorgewebemikroarray untersucht werden. Der Gewebechip ermöglicht es so, gleichzeitig Tausende von Patientengewebeproben zu testen, die herkömmlich in Pathologielabors Probe für Probe analysiert werden mussten. Es wird erwartet, dass die Leistungsfähigkeit dieser Technologie zahlreichen Forschungsgebieten Impulse geben wird, einschließlich der Untersuchung von neu isolierten Genen, um zu bestimmen, ob sie als molekulare Krebsmarker klinisch nutzbar sind.
  • In einer Untersuchung von Brustkrebsgewebemikroarrays (Kononen et al „Tissue microarrays for high-througput molecular profiling of tumor specimens", Nature Medicine Vol. 4, Number 7 July 1998 pp. 844–847) haben Forscher sechs Genamplifikationen und die Expression des p53- und Östrogenrezeptor-Gens analysiert, von denen angenommen wird, dass sie bei Brustkrebs eine Rolle spielen. Diese Forscher haben Genkombinationen bei der Suche nach krebsanfälligen Orten, komparative Genom-Hybridisierung (CGH) für Kopienummeränderungen sowie die cDNA-Mikroarray-Technologie für Genexpressions-Untersuchungen verwendet und kürzlich die Amplifikation eines Steroidrezeptor-Koaktivators, AIB1, bei Brustkrebs sowie die Amplifikation eines Androgenrezeptor(AR)-Gens bei rezidivierendem hormonunempfindlichem Prostatakrebs entdeckt.
  • Jedes Mikroarray ist ein Block, der aus 1.000 einzelnen zylinderförmigen Gewebebiopsien oder „Kernen" bestehen kann. Jedes Mikroarray kann mit herkömmlichen Mitteln (d. h. mit Mikrotomen usw.) in 200 aufeinanderfolgende Abschnitte von je 5 Mikrometern zerschnitten werden. Das Ergebnis sind viele annähernd identische Abschnitte (Gewebechips), von denen jeder für einen gewöhnlichen Mikroskop-Objektträger verwendet wird. Mit jedem der Kerne, die dann auf jedem der 200 Mikroskop-Objektträger als winziger Punkt in der gleichen Position in der Matrix repräsentiert sind, wurde es möglich, schnell Hunderte von molekularen Markern im selben Probensatz zu analysieren. Die Abschnitte des Mikroarrays liefern Ziele für die Parallel-in-situ-Erkennung von DNA-, RNA- und Protein-Zielen in jeder Probe auf dem Array, und aufeinanderfolgende Abschnitte ermöglichen die schnelle Analyse von Hunderten von molekularen Markern im selben Probensatz. In der Studie von Kononen et al machte es der Gewebechip möglich, in etwa einer Woche das zu schaffen, was mit herkömmlichen Methoden 6 bis 12 Monate gedauert hätte.
  • Es wird auch erwartet, dass der Gewebechip besonders nützlich bei der Analyse von Tausenden von Gewebeproben sein wird, die in Pathologielabors weltweit gelagert werden. Früher wäre es nicht als praktisch angesehen worden, diese Tausende von archivierten Tumorgewebeproben Probe für Probe auf Hunderte von molekularen Markern zu untersuchen. Nun, mit dem Gewebechip, können die Pathologen ihre Archivbestände hernehmen, sie in Tumorarrays umwandeln und ein gesamtes Archiv mit nur wenigen Experimenten analysieren. Die Pathologen können auch archivierte Gewebeproben aus klinischen Versuchen mit vorhandenen Krebsmedikamenten in Arrays umwandeln und nach Markern wie einem Gen-Expressionsmuster oder einer Gruppe genetischer Veränderungen in dem Gewebe suchen, die damit in Zusammenhang stehen, ob ein bestimmter Versuchsteilnehmer auf die Therapie ansprach oder nicht.
  • Zwar können Gewebechips den Versuchsvorgang erheblich beschleunigen, ist dadurch eine neue Herausforderung entstanden – eine erheblicher Aufwand an Zeit und Arbeit ist notwendig, um Proben manuell aus Spendergewebe zu extrahieren und diese Proben zu einem Gewebearray zusammenfügen (Battifora, H., „The multitumor (sausage) tissue block: novel method for immunohistochemical antibody testing", Laboratory Investigation Vol. 55, pp. 244–248, 1996).
  • U.S. Patent 4,820,504 mit dem Titel „Multi-specimen tissue blocks and slides" (Battifora) zeigt eine Methode zur Herstellung eines Mehrprobengewebeblocks und Abschnitten davon, die die Bildung einer Vielzahl von verschiedenen allogen reaktiven Gewebeproben in Form von Stäbchen mit einem relativ kleinen Querschnitt und einer relativ großen Länge umfasst, wobei die Stäbchen im Wesentlichen in paralleler Beziehung zueinander auf einem Gehäuse gebündelt werden, die Stäbchen in dem Gehäuse eingewickelt werden und die eingewickelten Stäbchen in ein Einbettungsmedium eingebettet werden, um einen Gewebeblock zu bilden, in dem die Stäbchen senkrecht zur Vorderseite des Blocks stehen und der Block in Abschnitte unterteilt wird, die jeweils einen Querschnitt von jedem Stäbchen enthalten. Da viele Proben in einem kompakten Bereich untergebracht werden könnten, wäre es schwierig oder unmöglich, die Identität der verschiedenen Proben zu ermitteln.
  • U.S. Patent 5,002,377 mit dem Titel „Multi-specimen slides for immunohistologic procedures" (Battifora) wendet sich diesem Identitätsproblem zu, und lehrt ein Verfahren zur Herstellung eines Objektträgers, der eine regelmäßige Anordnung von Probenfragmenten trägt. Das Verfahren umfasst: (i) das Schneiden mindestens einer Probe in eine Vielzahl von schmalen Streifen; (ii) die Einteilung der Vielzahl in Gruppen von Probenstreifen; (iii) die getrennte Positionierung der Streifen aus den Gruppen in parallele Rillen in einer Form; (iv) die Einbettung der Streifen in der Form in ein erstes Einbettungsmedium zur Schaffung einer Struktur, die ein Grundelement umfasst, das eine erste und zweite Oberfläche hat, die sich gegenüberliegen. Die erste Oberfläche ist im Wesentlichen eben; die zweite Oberfläche hat Riefen, die daraus hervorstehende Probenstreifen enthalten; (v) die Bildung eines Stapels von Elementen, wobei jedes Element der Struktur entspricht, wobei die letzte Oberfläche der Riefen einer oberen Struktur an die im Wesentliche ebene erste Oberfläche der nächsten tieferen Struktur angrenzt, wobei die Abstände zwischen den Riefen Kanäle für die Aufnahme einer Flüssigkeit bilden; (vi) die Einbettung des Stapels in ein zweites Einbettungsmedium, um einen Block zu bilden, in dem eine regelmäßige Anordnung aus parallelen Probenstreifen eingebettet ist; die Streifen sind so angeordnet, dass ein Abschnitt des Blocks eine regelmäßige Anordnung aus Querschnitten von jedem der eingebetteten Probenstreifen umfasst; (vii) die Einteilung des Blocks in Abschnitte, von denen jeder eine regelmäßige Anordnung aus Querschnitten von jedem der eingebetteten Probenstreifen enthält; (viii) das Anbringen mindestens eines solchen Blockabschnitts auf einem Objektträger. Durch diese Methode wird zwar aus Gewebeproben ein Raster gebildet, in dem es möglich ist, die Identität der einzelnen Proben zu ermitteln, sie ist jedoch zeitaufwändig. Außerdem ist die Methode nicht dazu geeignet, Hunderten von Kernproben von Hunderten von einzelnen Spendern zu einem einzigen Array zusammenzufügen.
  • Vor kurzem wurde eine Technik entwickelt, mit der biologische Gewebearrays einfach als Arrays (Reihen und Spalten) aus Kernen von biologischem Gewebe konstruiert werden, wobei jeder Kern aus einer einzelnen Spendergewebeprobe herausgestanzt wurde und an einer bestimmten Rasterkoordinatenstelle in einem zertrennbaren Block eingebettet wurde, der typischerweise aus dem gleichen Einbettungsmaterial hergestellt wird, das für das Spendergewebe verwendet wird. Der Vorgang der Konstruktion von Mikroarrays erfordert zwei hohle nadelartige Stanzen. Eine, die „Empfängerstanze", ist etwas kleiner und wird verwendet, um ein Loch in einem Empfängerblock herzustellen, der typischerweise aus Paraffin oder einem anderen Einbettungsmedium besteht. Die andere, die „Spenderstanze" ist größer und wird verwendet, um eine Kernprobe aus einem Spenderblock aus eingebettetem biologischem Gewebe von Interesse zu gewinnen. Die Stanzen sind so dimensioniert, dass die aus dem Spenderblock gewonnene Probe (die dem Innendurchmesser der Spenderstanze entspricht) genau in das im Empfängerblock hergestellte Loch (das dem Außendurchmesser der Empfängerstanze entspricht) passt. So passt die Probe genau in den Empfängerblock, und es kann ein exakter Array hergestellt werden. Entweder der Spender- oder der Empfängerblock kann während des Vorgangs der Herstellung eines Mehrprobenarrays entnommen und je nach Wunsch durch einen oder mehrere andere Spender- oder Empfängerblöcke ersetzt werden. Mikrometerantriebe oder andere Präzisionsmittel zur linearen Positionierung werden verwendet, um die Stanzbaugruppe bezüglich des Empfängerblocks oder den Empfängerblock bezüglich der Stanzbaugruppe zu positionieren.
  • Zwar ist es möglich, mit Zeit, Geduld und Geschick das oben beschriebene Gewebearray unter Verwendung der gegenwärtig verfügbaren Instrumente herzustellen, doch gibt es eindeutigen Verbesserungsbedarf. Die Verwendung von Schiebern und Antriebsmechanismen, um zuerst die Empfängerstanze und alternativ die Spenderstanze in Position zu bewegen, ist umständlich, teuer, langsam und anfällig für Ausrichtungsfehler. Es ist eindeutig wünschenswert, dass die Spenderstanze genau dieselbe Position erreicht, die die Empfängerstanze auf dem Empfängerblock bei einer bestimmten Einstellung der Mikrometerantriebe erreicht. Wird dies nicht erreicht, passt die aus dem Spenderblock gewonnene Probe nicht genau in das für sie vorgesehene Loch im Empfängerblock, sondern wird stattdessen beschädigt oder geht verloren.
  • Die manuellen Methoden wurden größtenteils durch instrumentengestützte Methoden ersetzt, in Anbetracht der Geschwindigkeit, Genauigkeit und höheren Musterdichte letzterer. Es wurde zumindest ein halbautomatisches System vorgeschlagen, aber nicht realisiert. Dieses halbautomatische System umfasst eine Stanzplattform, die zum Zweck der Auf- und Abwärtsbewegung (Z-Achse) montiert wird. Ein Stilett und ein Stilettantrieb befinden sich mittig auf der Stanzplattform. Auf einer Seite des Stiletts ist ein schräg gelagerter Empfängerstanzenantrieb vorgesehen, der einen sich auf und ab bewegenden Kolben umfasst, der an seinem distalen Ende eine röhrenförmigen Empfängerstanze trägt. Auf der anderen Seite des Stiletts ist ein schräg gelagerter Spenderstanzenantrieb vorgesehen, der einen sich auf und ab bewegenden Kolben umfasst der an seinem distalen Ende eine röhrenförmigen Spenderstanze trägt.
  • Zum Betrieb wird zunächst ein Gewebearrayblock unter die Stanzplattform platziert, die Empfängerstanze wird ausgefahren, bis die Empfängerstanze unterhalb des Stiletts ist, und die Stanzplattform (einschließlich der ausgefahrenen Empfängerstanze, des eingezogenen Stiletts und der eingezogenen Spenderstanze) wird abgesenkt, um einen Empfängerkern aus dem Paraffingewebearrayblock zu schneiden. Die Stanzplattform wird angehoben, ein Abfallbehälter wird unter der ausgefahrenen Empfängerstanze platziert, und das Stilett wird abwärts in die Empfängerstanze ausgefahren, um das Paraffin aus dem Bohrloch zu entfernen. Dann wird das Stilett eingezogen, und dann wird die Empfängerstanze eingezogen. Als nächstes wird ein Spenderblock unter die Stanzvorrichtung platziert, und die Spenderstanze wird ausgefahren, bis sie den zuvor von der Empfängerstanze eingenommenen Platz einnimmt. Die Stanzvorrichtung wird abgesenkt, und die Spenderstanze schneidet eine Kernprobe aus dem Spenderblock. Die Stanzvorrichtung wird dann angehoben, und der Empfängerblock wird unter die Stanzvorrichtung platziert. Die Stanzvorrichtung wird abgesenkt, bis sich die Spenderstanze über dem leeren Empfängerloch befindet, und das Stilett wird in die Spenderstanze ausgefahren, um die Kernprobe in das Empfängerloch auszustoßen. Das Verfahren wird hunderte Male wiederholt, um einen Gewebearrayblock zu bilden.
  • Es sind jedoch eine Reihe von Nachteilen mit dieser Vorrichtung verbunden. Erstens, da es nur ein Stilett gibt und da der Außendurchmesser des Stiletts so dimensioniert ist, dass es genau in den Innendurchmesser der Stanze passt, ist es nur möglich, zwei Stanzen zu verwenden, die den gleichen Innendurchmesser (und somit Außendurchmesser) in diesem Instrument haben. Da nadelartige Spender- und Empfängerstanzen gewöhnlich unterschiedliche Größen haben, ist dieses Instrument nicht zur Herstellung von Mikroarrays geeignet. Zweitens, bedenkt man, dass die Schritte zur Bohrung und Einsetzung jedes Kerns möglicherweise 1.000 Mal wiederholt werden müssen, um ein Gewebearray herzustellen, und bedenkt man, dass bei jedem Schritt Bedienfehler möglich sind, besteht die Notwendigkeit, die Anzahl der Schritte zu verringern. Drittens, die Tatsache, dass ein einziges Stilett mit zwei verschiedenen Stanzen verbunden ist, macht es zwingend notwendig, dass die Stanzen, wenn diese ausgefahren sind, genau unter dem Stilett und genau über der Zielposition auf dem Spender- oder Empfängerblock positioniert werden. Die Tatsache, dass die Stanzen, wenn diese sich unter dem Stilett befinden, in ihrer voll ausgefahrenen Position sind, bedeutet, dass die Stanzen in ihrer strukturell schwächsten Position sind, und außerdem, bedenkt man, dass jedes Spiel oder jeder Ausrichtungsfehler durch die Ausfahrlänge verstärkt wird, so wird jede Ungenauigkeit bei der Positionierung vergrößert. Jede Falschausrichtung der Stanze könnte zur Beschädigung des Stiletts führen und/oder das korrekte Einsetzen der Spenderkernprobe im Empfängerblock verhindern. Ein weiterer Mangel ist, dass die Positionierung der Stanzen zum Stilett nicht eingestellt werden kann. Weiterhin erfordert diese Vorrichtung drei Betätigungsmittel – eines für das Ausfahren und Einziehen des Stiletts, eines für die Empfängerstanze und eines für die Spenderstanze. Da sich die Zahl der beweglichen Teile erhöht, erhöht sich auch die Wahrscheinlichkeit eines Gerätfehlers. Schließlich ist der Betrieb der Stanze auch ergonomisch oder intuitiv nicht logisch, wodurch sich die Wahrscheinlichkeit von Bedienfehlern erhöht.
  • Bei J. Kononen et al. (1998) Nature Med. 4, 844–847 wird eine Vorrichtung zur Konstruktion eines Gewebearrays veröffentlicht, die nur eine Stanzeinheit hat, die auf eine z-bewegliche Führung montiert ist, die ihrerseits auf einen x-y-beweglichen Gestell montiert ist. Diese veröffentlichte Vorrichtung umfasst nur eine Stanzeinheit.
  • Es ist somit ein Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung zu liefern, mit der die genaue aufeinanderfolgende Positionierung von mehreren Stanzen zuverlässig und kostengünstig durchgeführt werden kann. Es ist ein weiteres Ziel, dass diese Stanzenpositionierung sowie die Stanzbewegung leicht von Hand mit einem manuell betriebenen Instrument zu betätigen ist. Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, ein Instrument für die halbautomatische oder automatische Produktion von Gewebearrays zu liefern.
  • Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, die Umständlichkeit und Ungenauigkeit des Stands der Technik zu beseitigen und ein einfaches und genaues Mittel zur abwechselnden Positionierung der zwei nadelartigen Stanzen in einem Instrument zur Konstruktion von Gewebemikroarrays zu liefern.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfinder hat die Schritte bei der Konstruktion eines Gewebearrays und die Mängel der Geräte nach dem Stand der Technik analysiert und nach einer Reihe von Prototypenexperimenten ein Instrument entwickelt, das die oben beschriebenen Mängel beseitigt.
  • Die Erfindung betrifft daher ein einfaches, robustes und doch genaues Instrument zur Konstruktion von Gewebearrays. Das Instrument kann manuell oder automatisch betrieben werden.
  • Das Instrument umfasst:
    einen auf der Z-Achse verschiebbaren Stanzplattformschlitten;
    eine Stanzplattform, die auf dem besagten Stanzplattformschlitten montiert ist und mindestens zwischen der ersten und zweiten Position bezüglich des besagten Stanzplattformschlittens verschiebbar ist, wobei die besagten Positionen genau durch Arretierungen definiert sind;
    mindestens eine erste und zweite Stanzeinheit, die auf der besagten Stanzplattform montiert sind, wobei jede Stanzeinheit eine Stanze und ein in gleicher Richtung wirkendes Stilett umfasst;
    Mittel zum Halten eines Empfängerblocks;
    Mittel zur selektiven Umpositionierung des besagten Empfängerblocks und der Stanzplattform zueinander auf der X- und Y-Achse;
    Mittel zur Führung der Bewegung mindestens des besagten Empfängerblocks oder des Stanzplattformschlittens zueinander auf der Z-Achse;
    wobei die besagte erste Stanzeinheit eine Empfängerstanze und ein zugehöriges Stilett umfasst und die besagte zweite Stanzeinheit eine Spenderstanze und ein zugehöriges Stilett, wobei die besagte Spenderstanze einen Innendurchmesser aufweist, der dem Außendurchmesser der Empfängerstanze entspricht,
    wobei die besagte Empfängerstanze in Position über dem besagten Empfängerblockhalter und in einer Richtung mit der besagten Z-Achse ist, wenn die besagte Stanzplattform in der besagten ersten Position ist, und wobei die besagte Spenderstanze in Position über dem besagten Empfängerblockhalter und in einer Richtung mit der besagten Z-Achse ist, wenn die besagte Stanzplattform in der besagten zweiten Position ist.
  • Die Stanzplattform kann in jeder beliebigen Weise auf dem Stanzplattformschlitten montiert werden, so dass sie zwischen mindestens der ersten und zweiten Position bezüglich des besagten Stanzplattformschlittens verschiebbar ist. Zum Beispiel kann die Stanzplattform um eine horizontale X- Achse schwenkbar sein, wobei die Stanzen radial von der Rotationsachse abstehen (Drehkreuztyp). Alternativ kann die Stanzplattform um eine vertikale Z-Achse geschwenkt oder gedreht werden, wobei die Stanzen parallel zur Rotationsachse verlaufen (Revolvertyp). Außerdem kann die Achse der Stanzplattform in einem Zwischenwinkel (z. B. 45 oder 60 Grad von der X-, Y- oder Z-Achse, wie eine Revolverdrehmaschine) verlaufen. Weiterhin können die Stanzen linear entlang einer horizontalen Führung verschiebbar sein (Schiebertyp). Schließlich kann die Verschiebung der Stanzen auch entlang einer gebogenen Führung erfolgen, womit einige der Merkmale des Revolvertyps und des Schiebertyps kombiniert werden.
  • Das wichtige Merkmal ist, dass die mechanischen Arretierungen oder Anschläge vorgesehen werden, die die Bewegung der Plattform in genau definierten Positionen festhalten. Das spart enorm viel Zeit und verbessert die Genauigkeit im Vergleich zur Verwendung herkömmlicher Präzisionsmittel zur linearen Positionierung. Durch den einfachen Schritt der Bewegung der Stanzplattform von der ersten Position zur zweiten Position, oder umgekehrt, wobei die Positionen genau durch Arretierungen oder Anschläge definiert werden, kann jede Stanze schnell entweder manuell oder durch automatische Mittel in Position gebracht werden, wodurch es möglich wird, schnell von der einen zur anderen Stanze zu wechseln.
  • Das Instrument kann mit Mitteln zur Einstellung der Grenzen der Bewegung der Stanzplattform bezüglich aller Arretierungen oder Anschläge versehen werden.
  • Es ist natürlich auch nicht notwendig, dass sich die Rotations- oder Schiebeachse in der Y-, Y- oder Z-Achse befindet; es ist lediglich notwendig, dass eine Stanze bezüglich der anderen verschoben wird und dass die Stanze in Betriebsposition in der Stanz-Z-Achse ausgerichtet wird. Das Lager oder der Schieber und die zugehörigen Anschläge oder Arretierungen, die den Weg und die Grenzen der Bewegung der Stanzplattform definieren, sind so beschaffen, dass sie jedes Wackeln oder jede andere unerwünschte Bewegung verhindern und sicherstellen, dass die beiden Stanzen abwechselnd genau die gleiche Position einnehmen.
  • Die Mittel zur selektiven Umpositionierung des besagten Empfängerblocks und der Stanzplattform auf der X- und Y-Achse zueinander können Schieber und Antriebsmechanismen oder Mikrometerantriebe sein.
  • Eine abnehmbare Brücke kann zum Halten der Spenderblöcke über den Empfängerblöcken, oder umgekehrt, verwendet werden. Dadurch wird es möglich, den Empfängerblock in Registratur zu halten, und die Notwendigkeit der Umpositionierung der Blöcke unter Verwendung der X- und Y-Positionierungsmittel zu minimieren.
  • Das Instrument kann voll manuell, halbautomatisch oder automatisch betrieben werden und mit Mitteln wie einem elektromagnetischen Betätigungsmittel oder hydraulischen oder pneumatischen Zylinder versehen werden, um die besagten Elemente zwischen der besagten ersten und zweiten Position zu schwenken.
  • Der übrige Teil des Instruments, bei dem die Verbesserung, die die vorliegende Erfindung darstellt, zum Einsatz kommt, kann dem bereits vom Stand der Technik beschriebenen ähnlich sein. Zum Beispiel können Mikrometerantriebe oder Ähnliches verwendet werden, um die Stanzmechanismen in der X- und Y-Richtung bezüglich der Blöcke, oder die Blöcke bezüglich der Stanzplattform, zu verschieben.
  • Es ist möglich und oft wünschenswert, eine Feder vorzusehen, die in einer Spannkonfiguration angeordnet wird, um das schwenkende Element an dem einem oder anderen Ende der Strecke fest zu halten. Somit kann eine der Stanzen von der besagten Feder sicher in der ersten Position gehalten werden, und zugleich kann eine angemessene manuelle oder motorisierte Kraft die Schwenkmittel in die zweite Position schwenken lassen. Kleine Kräfte, zum Beispiel solche, die versehentlich vom Bediener während der Steuerung der Stanzbewegung ausgeübt werden, führen nicht zu einer Änderung der seitlichen Stanzposition. Alternativ können Feder- oder Schwerkraftmittel vorgesehen werden, um die schwenkende Plattform nur in Richtung der besagten ersten oder zweiten Endposition zu neigen, wobei ein elektrisches, pneumatisches oder hydraulisches Bedienelement betätigt wird, das die Federkraft überlagert und die schwenkende Plattform in Richtung der anderen Position treibt.
  • Die vorliegende Erfindung liefert somit ein Mittel zum sehr festen und genauen Halten des Empfänger- oder Spenderblocks, das es dem Bediener ermöglicht, den Block leicht zu entfernen und diesen oder einen anderen umzupositionieren. Einer oder mehrere fest an eine Grundplatte angebrachte Magneten, die mit seitlichen Positionieranschlägen oder Einfassungen versehen werden, die auch an der Grundplatte befestigt sind, erfüllen diese Funktion, indem sie eine ferromagnetische Platte, die an den Boden des Empfängerblockhalters befestigt ist, anziehen.
  • Das erfindungsgemäße Instrument ist einfach, genau und leicht einzustellen, auszurichten und zu verwenden.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung hat die vorstehenden sowie andere Ziele, Merkmale und Vorteile, die in Verbindung mit der folgenden ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten.
  • Ausführungsart besser einleuchten werden, die gemeinsam mit den beigefügten Zeichnungen erfolgt, in denen:
  • 1 eine erhöhte Perspektivansicht einer isometrischen Teilschnittzeichnung einer ersten Ausführungsart (Schwenktyp) des erfindungsgemäßen Instruments ist, gesehen aus der Perspektive des Bedieners.
  • 2a2e die Empfängerstanze bei der Abfolge der Schritte zur Herstellung eines zylindrischen Loches im Empfängerblock zeigt.
  • 3 eine erhöhte Perspektivansicht einer zweiten Ausführungsart (Schiebertyp) des erfindungsgemäßen Instruments ist.
  • 4 eine seitliche schematische Teildarstellung eines Systems ist, in dem das feste Stilett durch Pneumatik ersetzt wird.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung liefert ein einfaches, robustes und genaues Instrument zur Konstruktion von Gewebearrays. Der Einsatz des Instruments spart Zeit, Arbeitskraft und mindert die Kompliziertheit des Zusammenfügens von Hunderten von Proben zu gleichmäßigen Arrays aus Kernen von eingebetteten biologischen Geweben in einem zertrennbaren Block.
  • Die Arrays werden konstruiert, indem einzeln Proben aus einer Reihe von Spendergewebe entnommen werden, wobei eine hohle, vorzugsweise nadelartige Spenderstanze verwendet wird und die Proben nacheinander durch eine Empfängerstanze in einen Empfänger mit komplementärer Form in einem Empfängermaterial platziert werden, wodurch im Empfängerblock ein Array von Geweben gebildet wird. Jede Stanze umfasst eine Stanzröhre und ein zugehöriges Stilett, das in der Stanzröhre geführt wird. Das Stilett hat einen Außendurchmesser, der etwa dem des Innendurchmessers der Spenderstanze entspricht, und wird so dimensioniert, dass er innerhalb der Stanzröhre gleiten kann. Der Vorgang der Herstellung eines Lochs in einem Empfängermaterial wie Paraffin, der Entnahme einer Gewebeprobe aus einer Spenderprobe und der Einsetzung dieser Probe in das Loch im Empfängermaterial wird so lange wiederholt, bis das Gewebearray hergestellt ist und Hunderte von Gewebeproben umfasst, die an bestimmten Stellen im Empfängermaterial angeordnet sind.
  • Die aus der Spendergewebeprobe gestanzte Probe ist vorzugsweise zylindrisch, etwa 1–8 mm lang und hat einen Durchmesser von etwa 0,4 bis 4,0 mm, vorzugsweise etwa 0,3 bis 2,0 mm. Die Empfängerstanze ist etwas kleiner als die Spenderstanze und wird verwendet, um ein Loch in einem Empfängerblock herzustellen, der typischerweise aus Paraffin oder einem anderen Einbettungsmedium besteht. Die Stanzen sind so dimensioniert, dass die aus dem Spenderblock gewonnene Probe genau in das Loch im Empfängerblock passt. Somit passt die Probe genau in den Empfängerblock, und ein genaues Array kann hergestellt werden.
  • Der Spender- und/oder der Empfängerblock kann abwechselnd entfernt und während des Vorgangs in einen geeigneten Halter platziert werden, oder der Spender- und der Empfängerblock oder einer von beiden kann in bestimmten Spender- oder Empfängerhaltern festgehalten werden, von denen einer aus der Stanzbetriebsposition wegbewegt werden kann, wie zum Beispiel durch Schwenken des Halters um eine vertikale Achse. Außerdem kann der Spender- oder Empfängerblock entfernt werden und mit einem oder mehreren Spender- oder Empfängerblöcken abgewechselt werden, um mehr als ein Array aus einer Gruppe von Spenderblöcken herzustellen. Außerdem kann der/können die Halter dazu vorgesehen werden, zwei oder mehr Spender- oder Empfängerblöcken oder andere Element wie Empfänger oder Abfallbehälter für Kerne zu halten, die bei der Herstellung der Empfänger vom Empfängerblock entfernt werden.
  • Der entsprechende Punkt, an dem der Spenderblock gestanzt werden soll, kann auf jede herkömmliche Weise bestimmt werden. Zum Beispiel kann ein Abschnitt des Spenderblocks (der für das im gesamten Spenderblock eingebettete Gewebe als repräsentativ angenommen wird) auf einen Schieber aufgebracht werden, unter einem Mikroskop untersucht werden, und Zielstellen können zum Beispiel in einem Computer dargestellt und aufgezeichnet werden. Dann kann eine verfügbare Zielstelle ausgewählt und der Spenderblock an der ausgewählten Stelle entweder durch manuelle Einstellung der Mikrometerantriebe oder durch Eingabe der Koordinaten in ein CNC-gesteuertes X-, Y-Positionierungsmittel gestanzt werden. Alternativ könnte der aus dem Spenderblock hergestellte Objektträger eingefärbt werden, um nötigenfalls interessante Strukturen sichtbar zu machen, und auf den Spenderblock gelegt werden, und die Spenderstanze könnte über der Zielstelle ausgerichtet werden. Dann kann der Schieber entfernt und die Spenderstanze abgesenkt werden, um den Spenderblock in der ausgewählten Position zu stanzen.
  • Mikrometerantriebe oder andere Präzisionsmittel zur linearen Positionierung können verwendet werden, um die Stanzbaugruppe mit regelmäßiger Schrittweite von einer Position zur nächstliegenden Position bezüglich der Empfängerblockmatrix oder des Arrays umzupositionieren, oder den Empfängerblock und/oder Spenderblock bezüglich der Stanzbaugruppe umzupositionieren.
  • Es ist eindeutig wünschenswert, dass die Spenderstanze genau dieselbe Position erreicht, die die Empfängerstanze auf dem Empfängerblock bei einer bestimmten Einstellung der Mikrometerantriebe erreicht. Es ist außerdem wünschenswert, dass diese Bewegung leicht von Hand mit einem manuell betriebenen Instrument betätigt werden kann. Das wird erreicht, indem mindestens eine erste und zweite Stanzeinheit auf einer Stanzplattform geliefert wird, die auf einem Stanzplattformschlitten montiert ist und mindestens zwischen der ersten und zweiten Position bezüglich des besagten Stanzplattformschlittens verschiebbar ist, wobei die besagten Positionen genau durch Arretierungen oder Anschläge definiert werden. In einer ersten Ausführungsart der Erfindung sind die Stanzen Spender- und Empfängerstanzen, die auf einen horizontal oder vertikal schwenkbaren Arm montiert werden, und zwar so, dass, wenn das schwenkbare Element in der ersten Position ist, die Empfängerstanze in Position zum Stanzen ist, indem der schwenkbare Arm in Richtung des zu bearbeitenden Blocks bewegt wird, und wenn das schwenkbare Element in der zweiten Position ist, die Spenderstanze in Position zum Stanzen ist, indem der Arm in Richtung des zu bearbeitenden Blocks bewegt wird. In einer zweiten Ausführung der Erfindung wird die Stanzplattform auf einen horizontalen Schieber montiert. In jedem Falle sind die Stanzen abwechselnd über dem Spender- oder Empfängerblock positionierbar, um durch Relativbewegung zwischen der Stanze und den Blöcken Bohrlöcher zu stanzen (d. h., entweder die Stanzen sind bezüglich der Blöcke beweglich, oder die Blöcke bezüglich der Stanzen).
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden mindesten zwei Stanzen eingesetzt – eine Spenderstanze und eine Empfängerstanze; jedoch ist es möglich nach Wunsch drei oder mehr Stanzen einzusetzen. Zum Beispiel ist es möglich, drei Stanzen vorzusehen, wobei die erste Stanze den kleinsten Durchmesser hat und als Aufnahmestanze bezüglich der zweiten Stanze mit mittlerem Durchmesser dient, die als Spenderstanze für die erste Stanze dient. Die dritte Stanzen hat den größten Durchmesser und dient als Spenderstanze bezüglich der zweiten Stanze mit mittlerem Durchmesser, die als Aufnahmestanze für die dritte Stanze dient. Dies ermöglicht dem Bediener, die für eine bestimmte Spendergewebemorphologie am besten geeignete Stanzengröße auszuwählen.
  • Jede Stanze ist mit einem eigenen Stilett versehen, um Material innerhalb der Stanze zu entfernen. Jedes Stilett hat einen Außendurchmesser, der etwa dem Innendurchmesser der jeweils zugehörigen Stanze entspricht, aber etwas kleiner ist als der Innendurchmesser der Stanze, so dass es gleitend in der Stanze geführt werden kann. Das Stilett kann manuell betrieben werden oder durch mechanische (z. B. Aufrollen), elektrische, elektromagnetische, pneumatische oder hydraulische Mittel angetrieben werden. Die Stanzen haben vorzugsweise einen runden Querschnitt, können aber auch jede andere beliebige Form haben, wie z. B. oval, quadratisch, rechteckig usw. Es ist auch möglich, das Stilett aus Metallen, wie chirurgischem Stahl, aus Plastik, wie mit Teflon beschichtetem Polyvinylchlorid, oder aus einem Gummimaterial hergestellt werden. Das Stilett könnte auch mit einheitlichem Querschnitt oder in Form eines Kolbens, einer Kolbenstange oder gerippt usw. ausgeführt werden. Es ist sogar möglich, das Stilett in Form eines Ballons herzustellen. Die Funktion des Stiletts kann sogar durch ein flüssiges Medium wie Luft, Öl oder Wasser erfüllt werden, das gepumpt wird, um die Empfängerkerne und/oder Spenderproben einzuspritzen, ohne dass ein festes Stilett erforderlich ist.
  • Eine weitere Ausführungsart des erfindungsgemäßen Instruments ermöglicht es, dass die Spenderblöcke in einen Spenderblockhalter in Position gebracht werden können, um Probenkerne zu entfernen, ohne dass man den Empfängerblock aus einem Empfängerblockhalter entnehmen muss. Dies wird in der vorliegenden Erfindung erreicht, in dem man zum Beispiel eine Brückenplatte vorsieht, die genau über dem Empfängerblock positioniert werden kann und auf der Grundplatte ruht. Diese Brücke kann leicht abgenommen werden, sobald es notwendig ist, auf den Empfängerblock zuzugreifen, und kann in Position gebracht werden, um Spenderblöcke zu halten. Durch Verschiebung des schwenkbaren Arms in X- oder Y-Richtung wird somit eine Verschiebung der Stanzbetriebsposition sowohl über dem Spenderblock als auch über dem Empfängerblock erreicht. Da der Spender- und der Empfängerblock in ihren jeweiligen Haltern in Position gehalten werden und nur ein Halter in und außer Position geschwenkt wird, wir praktisch gewährleistet, dass die Stanzen in Registratur über der Spender- oder Empfängerposition bleiben, und somit einen schnellen, leichten und korrekt positionierten Betrieb gewährleisten.
  • Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Elemente, die in der ersten und zweiten Ausführungsart identisch sind, werden mit der gleichen Nummer bezeichnet.
  • 1 zeigt in halbschematischer Form die verschiedenen Merkmale des Instruments gemäß einer ersten Ausführungsart der Erfindung. In der dargestellten Ausführungsart ist die Empfängerstanze 1 kleiner und wird für die Herstellung von Löchern im Empfängerblock 4 verwendet. Die Spenderstanze 2 ist größer und hat einen Innendurchmesser, der dem Außendurchmesser der Empfängerstanze 1 entspricht. Die Spenderstanze 2 wird verwendet, um die Kernproben aus dem Spenderblock 19 zu gewinnen und diese in die durch die Empfängerstanze 1 im Empfängerblock 4 hergestellten Löcher zu setzen. Die Blöcke mit den Vertiefungen 24, 25 und den Klemmen 41 (3) werden verwendet, um die jeweiligen Stanzen auf dem Schwenkarm 26 zu halten. Der Schwenkarm 26 wird durch das Drehlager 3 schwenkbar auf einem vertikalen Schlitten oder Schieber 7 montiert. Der Schieber 7 bewegt sich vertikal (Z-Achse) auf der Schiene 28, die sich von vorn nach hinten (Y-Achse) auf dem horizontalen Schieber 8 bewegt, der durch den Antrieb 10 gesteuert wird. Der Schieber 8 bewegt sich seitlich (X-Achse) auf dem Schieber 9, der durch den Antrieb 11 gesteuert wird. Der Schieber 9 wird auf einer Grundplatte 6 befestigt.
  • Auf der Grundplatte 6 werden auch Magneten 23 befestigt, die die ferromagnetische Platte 22 gegen die Grundplatte und gegen die Leisten oder Anschläge 21 und 27 halten. Die ferromagnetische Platte 22 ist Teil des Empfängerblockhalters 5, der den Empfängerblock 4 hält. Eine Vielzahl von in einem X-Y-Raster oder einer Gittermatrix in Block 4 angeordneten Löchern oder Proben sind zu sehen. Somit kann der Halter 5 mit der Platte 22, der den Block 4 enthält, leicht entfernt und wieder in die gleiche Position auf der Grundplatte 6 eingefügt werden, aber wird fest gehalten, während er in Position ist.
  • Der Block 4 besteht aus Paraffin oder einem ähnlichen Material. Einzelne Empfängerlöcher können entweder unmittelbar vor dem Schneiden und Einsetzen der Spenderprobe in den Block gestanzt werden, oder ein gesamtes Raster von Empfängerlöchern kann vor dem Ernten der Proben aus dem Spenderblock in den Empfängerblock gestochen werden. Aufgrund des amorphen Charakters des wachsigen Spenderblocks ist es jedoch vorzuziehen, die Empfängerlöcher unmittelbar vor der Transplantation der Spenderproben zu stanzen, um den höchst möglichen Grad an Ausrichtung zu gewährleisten.
  • In der dargestellten Ausführungsart werden die Abstandsstücke 13 und 14 fest an den Schwenkarm 26 angebracht. Jedes Abstandsstück wird mit einer Einstellschraube 15 versehen, wobei jede Schraube eine gegenüberliegende Seite desselben Anschlags 12 berührt, wobei der Anschlag 12 bezüglich des Schiebers 7 befestigt wird, wodurch die Schwenkbewegung begrenzt wird und definiert wird, wann der Schwenkarm in der ersten oder zweiten Position ist. Die Einstellschrauben ermöglichen es, das Ende der Bewegung genau festzulegen. Somit wird die Spenderstanze 2 an einem Ende der Bewegung im Register über einem bestimmten Loch im Empfängerblock positioniert (siehe Zeichnung). Am anderen Ende der Bewegung befindet sich die Empfängerstanze 1 genau über derselben Stelle, solange die X- und Y-Achsen-Treiber 10 und 11 nicht betätigt wurden.
  • Der Schwenkarm kann durch eine Feder in Richtung einer der beiden Endpositionen geneigt werden, so dass allein die Anregung oder Anwendung einer überlagernden Gegenkraft nötig ist, um den Arm in die andere Position zu schwenken, und so dass allein die Deaktivierung oder das Nachlassen der Kraft nötig ist, um den Schwenkarm zurück in die Startposition zu schwenken. Alternativ kann die Feder eine Spannfeder sein, so dass beim manuellen Schwenken des Schwenkarms aus der ersten Position in die zweite Position oder von der zweiten Position in die erste Position der Schwenkarm in der Endposition bleibt, in der er positioniert ist. In der dargestellten Ausführungsart ragt der Stift 17 aus der Rückseite des Arms 26 heraus, und der Stift 18 ragt aus der Vorderseite des Schiebers 7 heraus. Die Spannfeder 16, eine Druckfeder, verbindet die beiden Stifte. Diese Feder hat die maximale gespeicherte Energie, wenn der Schwenkarm in der Mitte seiner Bewegung ist, und die minimale, wenn der Arm an einem der Enden seiner Bewegung ist. Somit wird der Arm, außer, wenn äußerer manueller Druck ausgeübt wird, um die Stanzposition zu ändern, gegen eine der beiden Anschlagpositionen gehalten. Natürlich kann ein beliebiges der verschiedenen Mittel verwendet werden, um den Schwenkarm in Richtung der Endposition zu neigen, z. B. Schwerkraft, Torsionsfedern usw.
  • In der dargestellten Ausführungsart ruht der Spendergewebeblock 19 auf der abnehmbaren Brücke 20, die gelagert werden oder frei beweglich den Empfängerblockhalter 22 überspannen kann. Es leuchtet ein, dass der Spenderblock auch auf einem horizontal schwenkbaren Arm vorgesehen werden könnte, vorzugsweise ein Arm mit zwei Drehgelenken, so dass jeder Punkt auf dem Spenderblock unterhalb der Spenderstanze positioniert werden könnte.
  • Auch wenn es viele Arten der Konstruktion eines Gerätes im Sinne der Erfindung gibt, würde das Betriebsprinzip gleich bleiben, und der Betrieb der Ausführung, die in 1 und 2 dargestellt ist, bei der das Schwenken manuell erfolgt und bei der das Kernstanzen automatisch erfolgt, wird nun ausführlicher beschrieben. Der Vorgang des Stanzens des Empfängerblocks ist gleich dem Vorgang des Stanzens des Spenderblocks. Somit wird nur der Vorgang des Stanzens des Empfängerblocks ausführlich besprochen.
  • Der Arbeitsgang des Probentransfers beginnt, wenn der Bediener die Empfängerstanze über den Empfängerblock positioniert und die Empfängerstanze vertikal abwärts in den Empfängerblock bewegt, um ein Bohrloch herzustellen. Das Bohren beginnt, wenn die Spitze der Stanze die Oberfläche des Blocks berührt. Bei einem manuellen Vorgang wird dieser Kontakt durch Sehen und Berühren festgestellt. Bei einem halbautomatischen oder automatischen Gewebearrayinstrument muss der Computer oder ein anderes Steuersystem in der Lage sein, die Oberfläche der Blöcke (insbesondere der Spenderblöcke) zu erkennen. Diese Blöcke können sehr verschiedener Herkunft sein, wie z. B. kurz zuvor hergestellte Blöcke und Blöcke aus Archiven sowie Blöcke aus vielen verschiedenen Labors und Kliniken. Somit kann die Höhe dieser Blöcke stark variieren. Sogar Empfängerblöcke, die alle zur gleichen Zeit und im gleichen Labor hergestellt wurden, können aufgrund der Unregelmäßigkeit des Paraffinmaterials, der Formen und des Kühlvorgangs in der Höhe variieren.
  • Falls die Funktion des Stiletts nicht durch einen festen Stößel, sondern stattdessen durch ein flüssiges Medium wie Luft, Öl oder Wasser ausgeübt wird, würde sich das Abtasten der Oberfläche von Vorstehendem unterscheiden, zum Beispiel, durch Verwendung von Gegendruck, um abzutasten, wann die Stanze leer, aber nahe der Oberfläche ist. Das funktioniert gut, insbesondere mit Luft, da Undichtigkeiten kein Problem wären und es robust und einfach ist und aufhören würde zu „drücken", sobald der Kern oder die Probe aus der Stanze heraus ist. Es gäbe zum Beispiel einfach einen Druckluftanschluss 52 mit Ventil 51, der über einen Luftschlauch 53 mit der Oberseite 54 einer Stanze oder beider Stanzen verbunden ist, mit einem Druckmesser 56 in Fließverbindung mit dem Luftschlauch 53 in der Nähe der Stanze (4).
  • Wie in 2a gezeigt, wird die Empfängerstanze 2 vor der Berührung des Empfängerblocks 30 über der Zielstelle des Empfängerblocks positioniert. Da es beim Betrieb des Instruments gewünscht wird, bis zu einer festgelegten Tiefe oder einem festgelegten Abstand von der Oberfläche des Blocks aus einzudringen, und da diese Oberfläche von Block zu Block und sogar innerhalb der Oberfläche eines einzelnen unregelmäßigen Blocks in der Höhe variieren kann, muss das Instrument die Stanze die gewünschte Strecke hinab bewegen, die an der betreffenden Stelle von der Oberfläche aus gemessen wird. Das Instrument muss daher in der Lage sein, die Oberfläche des Blocks zu erkennen.
  • Die Instrumententechnik hat diverse optische Oberflächenerkennungssysteme vorgeschlagen, wie z. B. Triangulationsgeräte mit Laserdioden (z. B. Dynavision Inc., Model SPR-02 und einige andere) oder Muster mit strukturiertem Licht, die von einem Bediener sichtbar gemacht werden (z. B. Coherent-Ealing catalog #31-0458). Beide sind teuer und umständlich. Beide sind auch ungenau, da die betreffende Oberfläche in der vorliegenden Erfindung aus Paraffin oder ähnlichen wachsartigen Verbindungen, die sehr lichtdurchlässig sind, bestehen kann. Da das Licht reflektiert und aus verschiedenen Höhen innerhalb des Paraffins und des eingebetteten Gewebes gestreut wird, ist es somit schwierig, unter Verwendung dieser optischen Systeme eine exakte Anzeige der tatsächlichen Oberfläche zu erhalten. Außerdem erfordern die Systeme mit strukturiertem Licht das Eingreifen eines Bedieners, was klar den gewünschten automatischen Betrieb beeinträchtigt.
  • Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem auf einfache Art und Weise und verwendet das Stilett 32, das als Sonde zum Abtasten der Oberfläche des Blocks bereits in der Stanzröhre 31 vorhanden ist. Das Stilett wird so hergestellt, dass es eine festgelegte und bekannte Strecke aus der Unterseite der Stanzröhre herausragt, wenn die Stanzröhre kein Spender- oder Empfängermaterial enthält und das Stilett den gesamten Weg bis zur Unterseite der Stanze ausgefahren ist. Da die Stanze zum Block herabgesenkt wird, ist das Stilett somit das erste Element, das den Block, wie in 2b gezeigt, berührt. In diesem Stadium des Arbeitsgangs schwebt das Stilett frei (d. h. der ggf. eingesetzte Schrittmotor ist inaktiv), somit dringt es nicht in den Block 30 ein, wenn die Stanzröhre 31 weiter abgesenkt wird. Die Stilettspitze ruht weiter auf der Oberfläche des Blocks, aber die Stanze bewegt sich weiter abwärts bezüglich des Blocks und bezüglich des Stiletts. Mann könnte genauso gut sagen, dass sich das Stilett bezüglich der Stanzröhre aufwärts bewegt. Diese Relativbewegung kann auf viele einfache, genaue und robuste Arten erkannt werden, wobei ein Signal gegeben wird, das zu einem Computer oder einem anderen Steuermittel (nicht gezeigt) weitergeleitet wird. Die Steuermittel können dann das Signal, das der aktuellen Position der Stanze entspricht, aufzeichnen und zeichnen somit die Position der Oberfläche des Blocks auf.
  • Auch wenn optische, elektromagnetische oder andere Mittel verwendet werden könnten, um diese Bewegung zu erkennen, hat sich ein einfacher elektrischer Unterbrecherstromkreis als sinnvollste, robusteste und einfachste sowie extrem kostengünstige Lösung erwiesen und benötigt praktisch keinen Platz in einem ansonsten beengten Bereich des Instruments. Zum Beispiel, wie in 2a2e gezeigt, bestehen der Körper des Stiletts 32 (nicht in 1 gezeigt) und die Stanzröhre 31 typischerweise aus einem elektrisch leitenden Material wie Messing. Das Stilett und die Stanzröhre sind an oder in der Nähe ihrer oberen Enden jeweils mit radialen Flanschen oder Bunden 34 und 33 versehen. Eine elektrische Isolierung 35 wie eine Plastik- oder Gummimuffe kann zwischen dem Stilett 32 und dem Stilettflansch 34 vorgesehen werden. Die Stanzröhre wird über die Klemme, die sie hält, geerdet, und der Stilettflansch 34 wird mit einem flexiblen Draht verbunden. Natürlich könnte der Stilettflansch geerdet und die Stanze an den Strom angeschlossen werden. Wenn das Stilett an der niedrigsten Position der Bewegung bezüglich der Stanzröhre ist, haben die Stanze und die Stilettflansche 33, 34 elektrischen Kontakt, wie in 2a gezeigt. Sobald das Stilett 34 (sic! A. d. Ü.) die Blockoberfläche während einer Abwärtsbewegung der Stanze berührt, wird dieser elektrische Flansch-zu-Flansch-Kontakt unterbrochen und ein Signal an die Steuereinheit gesendet (oder unterbrochen), wie in 2b gezeigt. Der Computer oder die Steuereinheit (nicht gezeigt) registriert die Oberflächenposition an dieser Stelle auf dem Array und liefert Steuersignale zur Fortsetzung der Abwärtsbewegung der Stanze für eine vorbestimmte Strecke, bis die Stanzröhre 31 bis zur gewünschten Tiefe in den Block 30 eingedrungen ist, wie in 2c gezeigt. Da Material aus dem Block in die Stanzröhre gelangt, bewegen sich das Stilett und der Stilettflansch, die frei schweben, weiter aufwärts bezüglich der Stanzröhre.
  • Wenn die Stanzröhre bis zur gewünschten Tiefe in den Block 30 eingedrungen ist, sendet die Steuereinheit ein Signal zum Heben der Stanze (d. h. zum Heben des vertikalen Schlittens oder Schiebers, einschließlich Drehlager 3, Schwenkarm 26 und die auf den Schwenkarm 26 montierten Stanzen 1, 2). Da das Material im Inneren der Stanzröhre aus dem Block 30 herausgelöst wird und in der Röhre verbleibt, weist der Empfängerblock ein zylindrisches Loch 36 auf, nachdem die Stanzröhre herausgezogen wurde. Falls gewünscht, wird zur Vereinfachung des Herauslösens von Kernmaterial aus dem Block vor dem Anheben der Stanze ein Kipphebel 39 vorgesehen, der vor und zurück bewegt werden kann, um das vollständige Herauslösen des Kernmaterials sicherzustellen.
  • Als nächstes wird entweder ein Abfallbehälter unter die angehobene Empfängerstanze platziert oder die Empfängerstanze wird in die inaktive Position ausgeschwenkt, wobei die Stanzenspitze über einen Abfallbehälter positioniert wird und die Steuereinheit ein Signal sendet, damit das Stilett zur Ausgangsposition zurückkehrt, wobei die Stilettspitze aus dem Ende der Empfängerstanzenröhre herausragt. Wenn sich das Stilett zur Ausgangsposition zurückbewegt, stößt das Stilett das gesamte Material aus dem Inneren der Empfängerstanzenröhre aus. Bei Kontakt zwischen den Stilett- und den Empfängerröhrenflanschen 34, 33 wird ein Signal an die Steuereinheit gesendet, dass das Stilett erfolgreich zur Ausgangsposition zurückgekehrt ist und einsatzbereit ist. Wenn das Stilett nicht in die Ausgangsposition zurückkehrt, kann dies ein Fehlersignal und/oder Alarm auslösen und die automatische Unterbrechung des Arraykonstruktionsvorgangs verursachen. Angesichts der Leichtigkeit des manuellen Abwärtsschiebens des Stilettflansches 34, ist es nahe liegend, dass dieser Teil des Vorgangs, falls gewünscht, auch manuell ausgeführt werden könnte.
  • Wie vorstehend besprochen, wird am Schwenkarm 26 neben der Empfängerstanze 2 eine Spenderstanze 1 vorgesehen. Lediglich das manuelle oder automatische Schwenken des Schwenkarms um die horizontale Achse von einer Endposition zur anderen Endposition ist notwendig, um einen genau ausgerichteten Wechsel der Stanzen zu erreichen, in diesem Falle der Austauschen der Empfängerstanze durch die Spenderstanze. Der Endanschlag 12 und eine Spannfeder 16 ermöglichen es, dass beide Stanzen parallel zur vertikalen Gleitachse oder Z-Achse manuell in Position geschwungen und dort gehalten werden.
  • Die Spenderstanze 1 hat eine ähnliche Konstruktion wie die Empfängerstanze, außer, dass der Innendurchmesser der Spenderstanzenröhre so dimensioniert ist, dass er dem Außendurchmesser der Empfängerstanzenröhre entspricht.
  • Als nächstes wird der Spenderblock 19 unterhalb der Spenderstanze 1 platziert. Dies kann erfolgen, indem der Empfängerblock 4 aus dem Halter 5 entnommen wird und durch den Spenderblock 19 ersetzt wird. Alternativ kann der Spenderblock an einem horizontalen Zweistandsschwinghebel vorgesehen werden, so dass jeder Punkt im Block leicht unter der Spenderstanze positioniert werden kann. Zum Zweck Bedienungsfreundlichkeit und einfachen Herstellung kann der Spenderblock einfach auf einer Brücke 20 vorgesehen werden, die so konstruiert ist, dass sie über den Empfängerblock passt. Auch wenn eine genaue Positionierung des Spenderblocks nicht notwendig sein sollte, so ist es doch auf einfache Art und Weise durch einfaches Ausrichten der Brückenträger mit den Leisten oder Anschlägen 21 und 27 des Halters 5 möglich. Die abnehmbare Brücke wird mit einem darauf platzierten Spenderblock in Position gebracht. Ist der Spenderblock genau in Position, wird ein Signal an die Steuereinheit gesendet, die als nächstes ein Signal an den unteren Schieber 7 sendet, einschließlich Spenderstempel 1.
  • Die Spenderstanze wird verwendet, um in der selben Art und Weise eine Kerngewebeprobe aus dem Spenderblock zu entnehmen, wie die Empfängerstanze einen Materialkern aus dem Empfängerblock entnommen hat. Eine vertikale Bewegung der Stanze bezüglich des Spenderblocks (d. h. ein Absenken der Stanze oder ein Anheben des Spenderblocks, gefolgt von der umgekehrten Bewegung) wird verwendet, um einen Probenkern aus einem bestimmten Bereich im Spenderblock zu erhalten, wobei die Steuerung des Vorgangs genauso erfolgt, wie vorstehend für die Empfängerstanze besprochen.
  • Als nächstes wird die Brücke und der Spenderblock entfernt, und die Spenderstanze wird vertikal abwärts bis genau über das Loch im Empfängerblock bewegt, wobei die Position der Empfängerblockoberfläche als Teil des Schritts der Kernlochherstellung im Empfängerblock gemessen und aufgezeichnet wird. An diesem Punkt wird das Stilett dazu verwendet, die Kernprobe aus der Spenderstanzenröhre in das zylindrische Loch im Empfängerblock auszustoßen. Da keine Entnahme und kein Ersetzen des Empfängerblocks erfolgte, ist die genaue Positionierung des Empfängerblocks gewährleistet.
  • Auf diese Art und Weise wurde ein Arbeitsgang des Vorgangs der Herstellung des Gewebearrays abgeschlossen. Der nächste Arbeitsgang beginnt, sobald die Stanze bezüglich des Empfängerblocks versetzt ist. Manuelle Mikrometerantriebe ermöglichen die Feineinstellung des Schwenkarms und somit der Stanzen in der X- und Y-Achse bezüglich des auf einer Grundplatte durch Magneten abnehmbar gehaltenen Empfängerblocks. Sobald die seitliche Position mit den Antrieben 10 und/oder 11 schrittweise zur nächsten Position gewechselt wurde, wird der Arbeitsgang wiederholt.
  • Jede beliebig Abfolge von Spenderblockersetzungen oder Empfängerblockersetzungen kann durchgeführt werden und führt zu jeder beliebigen gewünschten Gewebearrayzusammensetzung. Es ist möglich, einen länglichen Behälter zur Positionierung von mehreren Spender- oder Empfängerblöcken vorzusehen.
  • Computerprogramme oder Steuereinheiten zur Steuerung der Positionierung und Betätigung von Instrumenten sind bekannt und brauchen hier nicht ausführlich beschrieben zu werden. Es kann auf U.S. Patent 4,979,093 (Laine et al) mit dem Titel „XYZ Positioner"; U.S. Patent 3,665,148 (Yasenchak et al) mit dem Titel „Six-Axis Manipulator"; U.S. Patent 5,355,304 DeMoranville et al) mit dem Titel „Clinical Laboratory Work-Flow System which Semi-Automates Validated Immunoassay and Electrophoresis Protocols"; U.S. Patent 4,484,293 (Minucciani et al) mit dem Titel „Dimensional Measurement System Served by a Plurality of Operating Arms and Controlled by a Computer System" und die U.S. Patente 5,567,715 und 5,355,439 (Bernstein) mit dem Titel „Method and Apparatus for Automated Tissue Assay" verwiesen werden. Sobald die gewünschte Anzahl von Gewebeproben aus dem/den Spenderblock(s) in den Empfängerblock transplantiert wurde, können die „Gewebechips" hergestellt werden, indem man den Gewebearrayblock mit herkömmlichen Mitteln (d. h. Mikrotome wie Model Cut 4055TM von Olymbus Corp. aus Tokio, Japan usw.; siehe z. B. U.S. Pat. Nos. 664,118; 2,292,973; 2,680,992; 3,420,130; 3,440,913; 3,496,819; 3,799,029 und 3,975,977) in Hunderte aufeinanderfolgende dünne Abschnitte, z. B. mit 5 Mikrometer Dicke, zerschneidet, um viele nahezu identische Abschnitte herzustellen, wobei dann jeder Spenderkern als winziger Punkt auf einem gewöhnlichen Glasmikroskopträger repräsentiert wird. Untersuchungen, die an den Spenderproben durchgeführt werden können, umfassen auch immunologische Untersuchungen, Nukleinsäure-Hybridisierung und die klinisch-pathologische Charakterisierung der Proben.
  • Als nächstes wird eine alternative Ausführungsart der Erfindung, wie in 3 gezeigt, beschrieben, in der der Schwenkarmmechanismus, der zur Umpositionierung der Stanzen in 1 verwendet wird, durch einen horizontalen Gleitmechanismus ersetzt wird. Eine gleitende Stanzplattform 37 gleitet im Wesentlichen horizontal auf einem Schieber 38, der am vertikalen Schieber 7 befestigt wird. Obwohl dies als Bewegung in der X-Achse gezeigt wird, könnte es auch in der Y-Achse angeordnet werden, oder in jeder anderen im Wesentlichen horizontalen Richtung. Der Schieber 7 liefert die vertikale Stanzbewegung wie in der Ausführungsart in 1. Die X- und Y-Schieber 8 und 9 und ihre jeweiligen Antriebe 10 und 11 arbeiten wie in 1, und der Schieber 9 wird an der Plattform oder Grundplatte 6 angebracht. Auch werden wie in 1 der Empfängerblock 4 und die zugehörigen Bauteile 5, 22, 21 und 27 gezeigt.
  • Die gleitende Stanzplattform 37 gleitet zu beiden Seiten bis beide Einstellanschläge 15 in den Anschlagträgern 13 und 14 einen Teil des Schiebers 7 oder ein zugehöriges Teil berühren. Vorspann- oder Spannfedern können wie in 1 verwendet werden, und die Bewegung kann manuell oder automatisch erfolgen. Stanzbaugruppen, ähnlich denen oder identisch mit denen in 1, werden verwendet und werden an verschiedenen seitlichen Positionen an der Platte 37 befestigt. Es ist anzumerken, dass mehr als zwei Stanzbaugruppen an dieser Platte angebracht werden können. Sie können zum Beispiel Stanzsätze mit verschiedenen Größen oder Formen halten, die vom Bediener oder der Steuereinheit ausgewählt werden.
  • Die Federklemmen 41 werden gezeigt, eine für jede der beiden Stanzen. Die Klemmen werden mit Schrauben 42 gehalten und halten ihrerseits die Stanzen 1 und 2 in den v-Blöcken 24 und 25. Die Klemme an Stanze 1 wird in zerlegter Anordnung dargestellt, und die Klemme an Stanze 2 wird an ihrem Platz dargestellt. Jede Stanze hat eine umlaufende Rille 45, die eine Erhöhung, einen Dorn oder Stift (nicht gezeigt) in den v-Block einrückt, und ermöglicht dabei die Drehung der Stanze um ihre eigene Achse (Es gibt viele andere Möglichkeiten, der Umsetzung dieser vertikalen Stellung, wie eine umlaufende Erhöhung an der Stanze und eine Rille im v-Block oder die Verwendung der oberen und unteren Fläche des Stanzkörpers usw.). Die an den Stanzkörpern angebrachten Griffe 39 können vom Bediener genutzt werden, um die Stanzen um ihre eigenen Achsen zu drehen, um die Spender- und Empfängerkerne zur Entnahme aus ihren jeweiligen Blöcken loszulösen.
  • Eine Tiefenanschlagschraube 46 an einem Arm 40, der an Schieber 7 angebracht ist, kann eingestellt werden, um die vertikale Bewegung des Schiebers 7 anzuhalten, wenn die Schraube die Enden des Schiebers 28 berührt. Diese Tiefeneinstellung ist besonders sinnvoll beim manuellen Stanzen des Empfängerblocks, da die Löcher darin normalerweise alle die gleiche Tiefe haben.
  • Als alternative Ausführungsart der für die Anbringung des Spenderblocks verwendeten Brücke, wie in 1 gezeigt, kann zum Halten des/der Spenderblock(s) ein Schwenkarm 29 verwendet werden, der an der Plattform 6 mit einem Drehbolzen 30 angebracht ist. Der Schwenkarm kann über dem Empfängerblock und -halter in Position oder aus dem Weg geschwungen werden. Wie vorstehend besprochen, kann natürlich der Blockhalter oder dieser Schwenkarm auf der Z-Achse bezüglich der Stanze bewegt werden, ähnlich der Stanze, die sich auf der Z-Achse bezüglich eines feststehenden Blockhalters oder Schwenkarms bewegt. Eine ähnliche Plattform kann verwendet werden, um den entsprechenden Schieber zu positionieren, oder ein Schieber kann auf einer Brücke über dem Spenderblock positioniert werden, um die Visualisierung des Spenderblocks zu unterstützen und die Zielstelle auszuwählen.

Claims (18)

  1. Ein Instrument zur Herstellung von Gewebe-Arrays in einem Empfängerblock, wobei das Instrument Folgendes umfasst: einen auf der Z-Achse verschiebbaren Stanzplattformschlitten; eine Stanzplattform, die auf dem besagten Stanzplattformschlitten montiert ist und mindestens zwischen ersten und zweiten Positionen bezüglich des besagten Stanzplattformschlittens verschiebbar ist, wobei die besagten Positionen genau durch Arretierungen oder Anschläge definiert sind; mindestens eine erste und zweite Stanzeinheit, die auf der besagten Stanzplattform montiert sind, wobei jede Stanzeinheit eine Stanze und ein in gleicher Richtung wirkendes Stilett umfasst; Mittel zum Halten des besagten Empfängerblocks; Mittel zur selektiven Einstellung der Lage des besagten Empfängerblocks und der Stanzplattform zueinander auf der X- und Y-Achse; Mittel zur Führung der Bewegung mindestens des besagten Empfängerblocks oder des Stanzplattformschlittens relativ zueinander auf der Z-Achse; wobei die besagte erste Stanzeinheit eine Empfängerstanze und ein zugehöriges Stilett umfasst und die besagte zweite Stanzeinheit eine Spenderstanze und ein zugehöriges Stilett umfasst, wobei die besagte Spenderstanze einen Innendurchmesser aufweist, der größer ist, als die Empfängerstanze, wobei die besagte Empfängerstanze in Position über dem besagten Empfängerblockhalter und in einer Richtung mit der besagten Z-Achse ist, wenn die besagte Stanzplattform in der besagten ersten Position ist, und wobei die besagte Spenderstanze in Position über dem besagten Empfängerblockhalter und in einer Richtung mit der besagten Z-Achse ist, wenn die besagte Stanzplattform in der besagten zweiten Position ist.
  2. Ein Instrument wie in Anspruch 1, wobei die besagte Stanzplattform mindestens zwischen der ersten und zweiten Position bezüglich des besagten Stanzplattformschlittens um eine horizontale (X)-Achse schwenkbar ist, wobei die Stanzen radial von der Rotationsachse abstehen.
  3. Ein Instrument wie in Anspruch 1, wobei die besagte Stanzplattform mindestens zwischen der ersten und zweiten Position bezüglich des besagten Stanzplattformschlittens um eine vertikale (Z)-Achse schwenkbar ist, wobei die Stanzen parallel zur Rotationsachse verlaufen.
  4. Ein Instrument wie in Anspruch 1, wobei die besagte Stanzplattform linear entlang einer horizontalen Führung mindestens zwischen der ersten und zweiten Position bezüglich des besagten Stanzplattformschlittens verschiebbar ist.
  5. Ein Instrument wie in Anspruch 1, wobei die besagten Arretierungen oder Anschläge mechanische Arretierungen oder Anschläge sind.
  6. Ein Instrument wie in Anspruch 1, das außerdem Mittel zur Einstellung der Endpunkte der Bewegung der Stanzplattform bezüglich mindestens der Arretierungen oder der Anschläge umfasst.
  7. Ein Instrument wie in Anspruch 1, das außerdem eine abnehmbare Brücke zum Halten eines Spenderblocks über dem Empfängerblock oder umgekehrt umfasst.
  8. Ein Instrument wie in Anspruch 1, wobei das besagte Stilett und die Stanze proximale und distale Enden haben, die distalen Enden zur Kontaktherstellung mit den besagten Blöcken dienen, wenn das distale Ende des besagten Stiletts, wenn dieses in der voll ausgefahrenen Position ist, über das distale Ende der besagten Stanze herausragt.
  9. Ein Instrument wie in Anspruch 8, das außerdem einen Unterbrecherstromkreis aufweist, wobei die elektrische Kontinuität des besagten Stromkreises, wenn das besagte Stilett in der voll ausgefahrenen Position ist, anders ist, als wenn das besagte Stilett nicht in der voll ausgefahrenen Position ist.
  10. Ein Instrument wie in Anspruch 1, das außerdem elektromagnetische, hydraulische oder pneumatische Antriebsmittel für die Verschiebung der besagten Stanzplattform zwischen der besagten ersten und zweiten Position aufweist.
  11. Ein Instrument wie in Anspruch 1, das außerdem Federmittel aufweist, die so angeordnet sind, dass sie die Stanzplattform fest gegen einen oder mehrere der besagten Arretierungen oder Anschläge halten.
  12. Ein Instrument wie in Anspruch 1, wobei mindestens drei Stanzen auf der besagten Stanzplattform montiert sind.
  13. Ein Instrument wie in Anspruch 2, wobei mindestens drei Stanzen auf der besagten Stanzplattform montiert sind.
  14. Ein Instrument wie in Anspruch 3, wobei mindestens drei Stanzen auf der besagten Stanzplattform montiert sind.
  15. Ein Instrument wie in Anspruch 4, wobei mindestens drei Stanzen auf der besagten Stanzplattform montiert sind.
  16. Ein Instrument wie in Anspruch 1, das Mittel zum Halten mehrerer Empfängerblöcke aufweist.
  17. Ein Instrument zur Herstellung von Gewebe-Arrays, wobei das besagte Instrument Folgendes umfasst: Mittel zur Positionierung eines ersten Materialblocks; einen schwenkbaren Arm, der mindestens zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position schwenkbar ist; Haltemittel für die selektive Positionierung des besagten schwenkbaren Elements auf der X- und Y-Achse bezüglich der besagten Mittel zur Positionierung des besagten Materialblocks; eine Empfängerstanze, die auf das besagte Schwenkelement montiert ist, wobei die besagte Empfängerstanze eine Empfängerstanzenröhre und ein Empfängerstilett aufweist, das in der besagten Empfängerstanzenröhre geführt wird, wobei das besagte Empfängerstilett einen Außendurchmesser hat, der etwa dem Innendurchmesser der Empfängerstanzenröhre entspricht; eine Spenderstanze, die auf das besagte Schwenkelement montiert ist, wobei die besagte Spenderstanze eine Spenderstanzenröhre und ein Spenderstilett aufweist, das in der besagten Spenderstanzenröhre geführt wird, wobei das besagte Spenderstilett einen Außendurchmesser hat, der etwa dem Innendurchmesser der Spenderstanzenröhre entspricht; wobei die besagte Empfängerstanze in Betriebsposition ist, wenn das besagte Schwenkelement in der besagten ersten Position ist, und wobei die besagte Spenderstanze in Betriebsposition ist, wenn das besagte Schwenkelement in der besagten zweiten Position ist.
  18. Ein Instrument zur Herstellung von Gewebe-Arrays in einem Empfängerblock, wobei das Instrument Folgendes umfasst: einen auf der Z-Achse verschiebbaren Stanzplattformschlitten; eine Stanzplattform, die auf dem besagten Stanzplattformschlitten montiert ist und mindestens zwischen ersten und zweiten Positionen bezüglich des besagten Stanzplattformschlittens verschiebbar ist, wobei die besagten Positionen genau durch Arretierungen oder Anschläge definiert sind; einen flexiblen Schlauch; mindestens eine erste und zweite Stanze, die auf der besagten Stanzplattform montiert sind, wobei jede Stanze einen hohlen Mittelkanal hat, der mit dem besagten flexiblen Schlauch verbunden ist; Fluid unter Druck, das mit dem besagten flexiblen Schlauch über ein Ventil verbunden ist; Druckmessmittel, die mit dem besagten flexiblen Schlauch verbunden sind; Mittel zum Halten des besagten Empfängerblocks; Mittel zur selektiven Einstellung der Lage des besagten Empfängerblocks und der Stanzplattform zueinander auf der X- und Y-Achse; Mittel zur Führung der Bewegung mindestens des besagten Empfängerblocks oder des Stanzplattformschlittens zueinander auf der Z-Achse; wobei die besagte Spenderstanze einen Innendurchmesser aufweist, der größer ist, als die Empfängerstanze, wobei die besagte Empfängerstanze in Position über dem besagten Empfängerblockhalter und in einer Richtung mit der besagten Z-Achse ist, wenn die besagte Stanzplattform in der besagten ersten Position ist, und wobei die besagte Spenderstanze in Position über dem besagten Empfängerblockhalter und in einer Richtung mit der besagten Z-Achse ist, wenn die besagte Stanzplattform in der besagten zweiten Position ist.
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