HypoxyLab™ Tisch-Inkubator und Arbeitsplatz mit physiologischen Sauerstoffkonzentrationen

In den letzten Jahren hat sich die Erkenntnis durchgesetzt, dass eine physiologische Sauerstoffumgebung für die Analyse zellulärer Prozesse im Hinblick auf Funktion und Stoffwechsel in Zellkulturen/Gewebekulturen unerlässlich ist.

Um dieser Herausforderung zu stellen, hat Oxford Optronix das HypoxyLab™ entwickelt - eine voll ausgestattete, ergonomisch konstruierte und einfach zu bedienende Normoxie/Hypoxie-Workstation. Sie bietet eine HEPA-gefilterte Umgebung, in der Sauerstoff, Kohlendioxid, Temperatur und Luftfeuchtigkeit präzise gesteuert werden können.

Kurz gesagt, HypoxyLab™ ist eine kompakte Hypoxiekammer/Arbeitsstation und gleichzeitig ein Brutschrank für den täglichen Gebrauch.

Diese Hypoxiekammer bzw. dieser Inkubator eignet sich u. a. für die folgenden Anwendungen

• Krebszellforschung, einschließlich Bestrahlung und Apoptose
• Stammzellforschung
• Neurowissenschaftliche Forschung
• Human-Virologie-Forschung
• Multidisziplinäre Arzneimittelentwicklung und Proteomik

Echter physiologischer Sauerstoff (Physoxia)

Wie jeder Wissenschaftler weiß, spiegelt der Sauerstoffpartialdruck die Menge an Sauerstoff wider, welche die Zellen tatsächlich "sehen". Der Sauerstoffpartialdruck variiert nicht nur mit der Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre, sondern auch mit der Höhenlage und den vorherrschenden Wetterbedingungen. Aus diesem Grund halten wir es für unzureichend, die Hypoxie allein durch eine barometrisch unkompensierte prozentuale Sauerstoffkonzentration auszudrücken. HypoxyLab ist daher die weltweit erste und einzige Hypoxie-Workstation, die ihre Umgebung direkt über den Sauerstoffpartialdruck reguliert, der in absoluten Einheiten von mmHg oder kPa ausgedrückt wird. Dadurch ist sie unempfindlich gegenüber wechselnden klimatischen Bedingungen oder der Höhenlage des Labors. Dieser wissenschaftlich strenge Ansatz ermöglicht es den Forschern, physiologischen Sauerstoff in vitro mit höchster Genauigkeit und Reproduzierbarkeit nachzubilden.

Siehe unseren zugehörigen Artikel "The Reproducibility Issue within Hypoxia Chambers and a Simple Solution to Fix it"

Schnell, effizient, genau

Nach dem Einschalten kreiert das HypoxyLab in weniger als 20 Minuten eine vollständig befeuchtete, stabile Hypoxieumgebung und in weniger als einer Stunde ein stabiles, anoxie-ähnliches Umfeld mit erstaunlich geringem Stickstoffgasverbrauch. Die Umgebungsbedingungen werden mit Hilfe von digitalen Gasflussreglern und hochmodernen Sensoren geschaffen, die für eine unübertroffene Leistung mit einer Sauerstoffmessgenauigkeit von bis zu +/- 1 mmHg sorgen.

In situ gelöster Sauerstoff aus Medien und Kulturen

HypoxyLab unterstützt die direkte Messung von gelöstem Sauerstoff in Medien oder Zellkulturen unter Verwendung eines unserer OxyLite™-Sauerstoffmonitore und eines speziellen, verschließbaren Kabelanschlusses, über die ein OxyLite-Sauerstoffsensor in die Kammer eingeführt werden kann. Der OxyLite-Sensor, ein "Goldstandard" für biologische Anwendungen, ist ein sehr kleiner, hochpräziser Sauerstoffsensor, der selbst keinen Sauerstoff verbraucht. Er kann überall in Medien oder Zellkulturen positioniert werden, um kontinuierliche Messungen des gelösten Sauerstoffs durchzuführen. Dies liefert ein Maß für die Sauerstoffverfügbarkeit in der Mikroumgebung, in welcher die Zellen tatsächlich wachsen. Die Sauerstoffmesswerte (in mmHg) können auf dem OxyLite-Display abgelesen oder sogar vom HypoxyLab selbst angezeigt und aufgezeichnet werden.

Easy-entry system

Das intelligente Briefkastensystem von HypoxyLab ermöglicht einen schnellen und einfachen Transport von Zellplatten und Zubehör in die Kammer hinein oder aus der Kammer heraus, ohne dass eine Schleuse oder eine Isolierluke erforderlich ist. HypoxyLab erkennt automatisch, wenn Gegenstände durch die Luke geführt werden, und erzeugt vorübergehend einen leichten Überdruck, um das Eindringen der Außenatmosphäre zu verhindern. Durch diese sofortige Reaktion wird sichergestellt, dass die Sauerstoffkonzentration in der Kammer jederzeit stabil bleibt.

Siehe unseren zugehörigen Artikel und die Videodemonstration "The HypoxyLab smart easy-entry system"

Kontaminationskontrolle

Das HypoxyLab verfügt über eine eingebaute UV-Quelle im Wasserreservoir und einen vom Benutzer austauschbaren HEPA-Filter, der die Kammeratmosphäre kontinuierlich reinigt und so sicherstellt, dass Kulturen und Medien vor Kontamination geschützt sind.

Touchscreen-Anzeige

Sauerstoff, CO₂, Luftfeuchtigkeit und Temperatur in der Kammer werden über den intuitiv gestalteten, integrierten Touchscreen eingestellt und kontrolliert, der gleichzeitig die aktuellen Echtzeitwerte dieser Parameter sowohl in digitaler als auch in Spurenform anzeigt.

Leichter Bezug / Ergonomisches Design

Die leichte und robuste Abdeckung des HypoxyLab lässt sich einfach abnehmen. Dies ermöglicht nicht nur ein unkompliziertes Einstellen von Medien und Verbrauchsmaterialien, sondern macht auch die routinemäßige Reinigung und Desinfektion des Arbeitsplatzes zu einer praktischen Angelegenheit. Das ergonomische Design sorgt für ein natürliches, entspanntes Arbeiten. Das abgewinkelte Sichtfeld in Kombination mit der einstellbaren LED-Beleuchtung bietet eine hervorragende Sicht.

Abfallanschluss

Das HypoxyLab ist serienmäßig mit einem 6-mm-Abfallanschluss aus Edelstahl ausgestattet, über den Medien, Überstände usw. innerhalb der Kammer mit einer externen Vakuumpumpe abgesaugt werden können.

Datenprotokollierung

Die 4 wichtigsten Umgebungsparameter werden kontinuierlich auf dem internen Flash-Speicher aufgezeichnet und können jederzeit über einen Anschluss an der Rückseite des HypoxyLab auf einen USB-Stick exportiert werden. Die Datendateien können mit dem kostenlosen LabChart® Reader von ADInstruments analysiert und wiedergegeben werden.

Vorteil bei den Betriebskosten

Das kompakte und durchdachte Design des HypoxyLab gewährleistet ein schnelles Ausbalancieren auf die Sollwerte bei gleichzeitig sparsamem Gasverbrauch. Wartungsfreie Sensoren und ein vom Benutzer austauschbarer HEPA-Filter vereinfachen die Routinewartung und minimieren die langfristigen Kosten für den Besitz und Betrieb eines HypoxyLab.

Begründung für normoxische/hypoxische Zellkultur

Zellen reagieren sowohl metabolisch als auch morphologisch auf Umweltfaktoren, die sie auf unterschiedliche Weise aufnehmen und mit denen sie interagieren.

In in vitro Gewebekulturen ist die originalgetreue Reproduktion der in vivo Zellumgebung entscheidend für die genaue Analyse des Zellstoffwechsels und der Zellfunktion.

Es ist allgemein anerkannt, dass Zellen in vivo je nach Gewebetyp Sauerstoffkonzentrationen im Bereich von 5 - 80 mmHg (etwa 0,5 - 10 % Sauerstoff) ausgesetzt sind. Die überwiegende Mehrheit der zellbiologischen Forschung wird jedoch nach wie vor in Brutschränken durchgeführt, in denen die Zellen atmosphärischem Sauerstoff (ca. 18-21 %) ausgesetzt sind. Dies ist für die meisten Zelltypen eine "hyperoxische" Bedingung. Mit anderen Worten, in herkömmlichen Inkubatoren finden Zellen in der Regel eine Sauerstoffkonzentration vor, die mindestens doppelt so hoch wie der Sauerstoffpartialdruck (pO₂) in normalen Geweben in vivo ist.

Die Kultivierung von Zellen in einer derart sauerstoffreichen Umgebung kann tiefgreifende Auswirkungen auf den Zellstoffwechsel und die Signalwege haben. Die Hypoxie-Induzierbaren Faktor (HIF)-Signalwege verdeutlichen, wie wichtig der Umgebungssauerstoffs (pO₂) im Zellstoffwechsel ist.

Durch die Bereitstellung einer kontaminationsfreien Umgebung mit präziser und kontinuierlicher Kontrolle von O₂ sowie CO₂, Temperatur und Feuchtigkeit bietet das HypoxyLab eine leistungsstarke Lösung für Forschung und Industrie. Repräsentative physiologische Bedingungen können so in der zellbasierten Forschung einfach reproduziert werden.

In Wirklichkeit ist es der Sauerstoffpartialdruck (pO₂), nicht die prozentuale Sauerstoffkonzentration, den die Zellen in der Kultur tatsächlich "sehen". HypoxyLab macht sich dieses wissenschaftliche Grundprinzip zu eigen und steuert die Hypoxiekammer anhand des Sauerstoffpartialdrucks (pO₂), der direkt in den SI-Einheiten mmHg oder kPa angegeben wird. Da pO₂ nicht nur mit der Sauerstoffkonzentration, sondern auch mit der Höhenlage und dem vorherrschenden atmosphärischen Druck schwankt, verbessert dieser wissenschaftlich strenge Ansatz die Leistungsgenauigkeit des HypoxyLab-Geräts. Im Vergleich zu anderen Hypoxiekammern und -Arbeitsstationen, die sich ausschließlich auf die Kontrolle der prozentualen Sauerstoffkonzentration verlassen, bietet das HypoxyLab eine präzisere Regelung.

*Änderungen der Spezifikationen ohne Vorankündigung vorbehalten

Häufig gestellte Fragen

Was ist HypoxyLab™?

HypoxyLab ist ein Zellkultur-Inkubator und ein praktischer Arbeitsplatz, der echte physiologische Sauerstoffbedingungen sowie Temperatur-, Feuchtigkeits- und CO₂-Bedingungen wie jeder Standard-Zellkultur-Inkubator genau nachahmt und aufrechterhält.

Wie unterscheidet sich das HypoxyLab™ von anderen Hypoxie-Workstations?

Das HypoxyLab ist äußerst kompakt, passt auf einen gewöhnlichen Labortisch, erfordert keine Transferluke, verfügt über eine integrierte HEPA-Filterung, eine aktive Befeuchtung und regelt seine Sauerstoffumgebung anhand des absoluten Sauerstoffpartialdrucks für maximale Präzision.

Warum mmHg anstelle von % Sauerstoff?

Die Verwendung des Sauerstoffpartialdrucks zur Steuerung der Sauerstoffumgebung im HypoxyLab ist einfach die wissenschaftlichere Lösung! Da sich der atmosphärische (barometrische) Druck mit den Wetterverhältnissen (und der Höhe) ändert, ändert sich auch die Sauerstoffkonzentration, wenn sie nur in Prozent angegeben wird. HypoxyLab verwendet stattdessen den Sauerstoffpartialdruck, um Schwankungen des barometrischen Drucks (oder Unterschiede in der Höhenlage des Labors) auszugleichen, so dass die Zellen in der Kultur eine gleichbleibende Sauerstoffkonzentration "erfahren".

Wie bekomme ich Gegenstände in das System und aus dem System heraus?

Zellkulturplatten, Medium, Pipetten und andere Gegenstände können über die einfach zu bedienende Einstiegsluke an der Vorderseite in das HypoxyLab hineingebracht und wieder herausgenommen werden, oder sie können vor Beginn des Experiments in die Kammer gelegt werden, indem man einfach die gesamte Abdeckung abhebt.

Gelangt Außenluft in das HypoxyLab™, wenn ich die Einstiegsluke öffne?

Das HypoxyLab minimiert das Eindringen von Außenluft, indem es das Öffnen der Klappe erkennt und vorübergehend einen leichten Überdruck erzeugt. Ein gewisser Anteil an Außenluft wird in die Kammer eindringen, aber das System korrigiert das Eindringen von Luftsauerstoff so schnell, dass es keine nachteiligen Auswirkungen auf die laufenden Zellkulturen hat.

Muss ich bei der Bedienung von HypoxyLab Handschuhe tragen?

Das Tragen von Handschuhen ist an sich nicht vorgeschrieben, aber wie bei allen Arbeiten an Zellkulturen gehört das Tragen von Handschuhen zur guten Laborpraxis.

Wie kann ich das HypoxyLab™ reinigen?

Das HypoxyLab kann leicht mit 70%igem Ethanol oder Wasserstoffperoxid als Oberflächenreiniger gereinigt/desinfiziert werden, indem der Gehäusedeckel abgenommen wird, um alle inneren Teile freizulegen. Das Gleiche gilt für den Gehäusedeckel, der einfach und schnell abgenommen werden kann.

Welche Gase werden für den Betrieb von HypoxyLab™ benötigt?

Es werden 3 Gase benötigt, nämlich: synthetische Luft (20 % Sauerstoff mit Stickstoff), 100 % CO₂ und 100 % Stickstoff. Alle Gase sollten von typischer Laborreinheit sein (wir empfehlen 99,995% ('N4.5') oder besser) und mit einem Druck von 1 - 4 bar (15 - 60 PSI) für synthetische Luft und CO₂ und mit einem Druck von 3 - 5 bar (45 - 75 PSI) für Stickstoff geliefert werden.

Ist der Benutzer vor den Substanzen im HypoxyLab™ geschützt?

Nein. Das HypoxyLab verfügt zwar über einen eingebauten HEPA-Filter, der die interne Atmosphäre kontinuierlich reinigt, aber das System hat eine externe Entlüftung. Das HypoxyLab ist daher KEIN Ersatz für einen Abzug oder eine biologische Sicherheitswerkbank.

Wie sauber ist die interne Umgebung?

Das eingebaute HEPA-Filtersystem erreicht innerhalb von 60 Sekunden nach dem Einschalten eine Atmosphäre, die der ISO 14644-1 Klasse 2 entspricht oder besser ist, so dass Kulturen und Medien vor dem Risiko einer Kontamination geschützt sind.

Kann ich den Gehalt an gelöstem Sauerstoff direkt in meinen Zellkulturen messen?

Ja. Das HypoxyLab verfügt über einen speziellen Seitenanschluss für unsere faseroptischen Sensoren für gelösten Sauerstoff, die den absoluten Gehalt an gelöstem Sauerstoff in mmHg direkt in Medien oder Zellkulturschalen messen können. Dazu ist einer unserer OxyLite™-Sauerstoffmonitore erforderlich.

Muss der Benutzer stehen, um das HypoxyLab™ zu bedienen?

Das System kann im Stehen oder im Sitzen bedient werden. Für die sitzende Bedienung wird ein höhenverstellbarer Hocker empfohlen.

Wie hoch ist der typische Stickstoffverbrauch des HypoxyLab™?

Stickstoff wird sowohl zur Erzeugung und Aufrechterhaltung einer internen hypoxischen Umgebung als auch zur Erzeugung des vorübergehenden Überdrucks bei Betätigung der Easy-Entry-Luke verwendet. Von den 3 benötigten Gasen wird Stickstoff daher am schnellsten verbraucht. Obwohl die Verbrauchsraten stark von den aufrechterhaltenen Bedingungen und dem Nutzungsprofil abhängen, schätzen wir, dass eine große Flasche (50 L Wasservolumen) komprimierten Stickstoffs bei typischer täglicher Nutzung des Systems für 1-2 Wochen reicht.

Habe ich Zugang zu den auf dem Touchscreen angezeigten Daten?

Ja. Die Daten werden automatisch und kontinuierlich im internen Speicher abgelegt und können jederzeit auf ein externes USB-Medium kopiert werden. Der interne Speicher reicht für ca. 2 Wochen kontinuierlicher Aufzeichnungen, wobei alte Dateien nach und nach überschrieben werden. Die Daten werden in einem Format geschrieben, das von der LabChart Reader Software gelesen werden kann, die kostenlos bei ADInstruments erhältlich ist.

HypoxyLab™ wird zunehmend in Peer-Review-Artikeln zitiert.

Ausgewählte Artikel

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Cochard J, Bull-Maurer A, Tauber C, Burlaud-Gaillard J, Mazurier F, Meunier JC, Roingeard P, Chouteau P. Differentiated Cells in Prolonged Hypoxia Produce Highly Infectious Native-Like Hepatitis C Virus Particles. Hepatology (2021). Epub Jun 15. PMID: 33665810