DE69634860T2

DE69634860T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Teilchentrennung

Info

Publication number: DE69634860T2
Application number: DE69634860T
Authority: DE
Inventors: Dennis Hlavinka; Frank Corbin; Robert Langley; Linda A. Taylor; John C. Walker
Original assignee: Gambro Inc
Current assignee: Terumo BCT Inc
Priority date: 1995-04-18
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 2006-05-11
Anticipated expiration: 2016-04-19
Also published as: EP1847283A2; EP1847283B1; JPH11503966A; EP1555069B1; EP1000664B1; AU5560896A; US6071422A; DE69634860D1; EP1847283A3; DE69637310D1; AU702151B2; US5939319A; DE69618453T2; JP4304264B2; WO1996033023A1; EP0824380B1; EP1555069A1; EP1000664A1; DE69618453D1; EP0824380A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidkammer, ein Verfahren und ein Schlauchset für das Trennen von Partikeln von einer Flüssigkeit. Die Erfindung hat in Verbindung mit der Trennung von Blutbestandteilen besondere Vorteile.
Beschreibung des Stands der Technik
In vielen verschiedenen Gebieten müssen Flüssigkeiten, die Partikelsubstanzen transportieren, filtriert oder aufbereitet werden, um entweder eine gereinigte Flüssigkeit oder ein gereinigtes Partikel-Endprodukt zu erhalten. Im weitesten Sinn ist ein Filter jede Vorrichtung, die Partikel aus einer Substanz entfernen oder von dieser trennen kann. Daher ist der Begriff „Filter", so wie er hier verwendet wird, nicht auf ein poröses Medienmaterial beschränkt, sondern schließt viele verschiedene Arten von Prozessen ein, bei denen Partikel entweder voneinander oder von einer Flüssigkeit getrennt werden.
Im Gebiet der Medizin ist es oft erforderlich, Blut zu filtrieren. Vollblut besteht aus verschiedenen flüssigen Bestandteilen und Partikelbestandteilen. Manchmal werden die Partikelbestandteile als „zelluläre Elemente" bezeichnet. Der Flüssigkeitsanteil von Blut besteht hauptsächlich aus Plasma, und die Partikelbestandteile schließen rote Blutkörperchen (Erythrozyten), weiße Blutkörperchen (einschließlich Leukozyten) und Blutplättchen (Thrombozyten) ein. Diese Bestandteile haben zwar ähnliche Dichten, ihr durchschnittliches Dichteverhältnis ist aber in der Reihenfolge absteigender Dichte wie folgt: rote Blutkörperchen, weiße Blutkörperchen, Blutplättchen und Plasma. Ferner ist das Größenverhältnis der Partikelbestandteile in der Reihenfolge abnehmender Größe wie folgt: weiße Blutkörperchen, rote Blutkörperchen und Blutplättchen. Die Größe der roten Blutkörperchen kann aber variieren, da die roten Blutkörperchen abhängig von der Hypotonizität oder Hypertonizität einer Flüssigkeit wie Plasma, in dem die roten Blutkörperchen verteilt sind, ihre Größe osmotisch ändern. Wenn die Hypotonizität von Plasma zunimmt, werden die roten Blutkörperchen osmotisch größer. Wenn umgekehrt die Hypertonizität des Plasmas zunimmt, werden die roten Blutkörperchen osmotisch kleiner. Die meisten derzeitigen Reinigungsvorrichtungen stützen sich auf Dichten- und Größenunterschiede oder Oberflächenchemie-Eigenschaften, um die Blutbestandteile zu trennen und/oder zu filtrieren.
Zahlreiche therapeutische Behandlungen erfordern, dass Gruppen von Partikeln aus dem Vollblut entfernt werden, bevor einem Patienten entweder flüssige Bestandteile oder Partikelbestandteile infundiert werden können. Krebspatienten benötigen zum Beispiel nach Unterziehen einer ablativen Therapie, nach Chemotherapie oder Bestrahlungstherapie häufig Blutplättchentransfusionen. Bei diesem Vorgang wird gespendetes Vollblut aufbereitet, um Blutplättchen zu entnehmen, und diese Blutplättchen werden dann dem Patienten infundiert. Wenn aber ein Patient zuviel fremde weiße Blutkörperchen als Verunreinigung bei einer Blutplättchentransfusion erhält, kann der Körper des Patienten die Blutplättchentransfusion abstoßen, was zu einer Reihe schwerwiegender Gesundheitsrisiken führt.
Gespendete Blutplättchen werden typischerweise mit Hilfe einer Zentrifuge von anderen Blutbestandteilen abgetrennt oder geerntet. Die Zentrifuge dreht ein Blutdepot, um die Bestandteile im Depot mit Hilfe der Zentrifugalkraft zu trennen. Bei Betrieb dringt Blut in das Depot, während es bei sehr hoher Geschwindigkeit dreht, und die Zentrifugalkraft schichtet die Blutbestandteile, so dass bestimmte Bestandteile separat entnommen werden können. Zentrifugen sind beim Trennen von Blutplättchen von Vollblut wirksam, typischerweise können sie aber nicht alle weißen Blutkörperchen von den Blutplättchen trennen. Bisher waren Bluttrennungs- und Zentrifugiereinrichtungen typischerweise nicht in der Lage, konsequent (99% der Zeit) ein Blutplättchenerzeugnis herzustellen, das den „leukozytenarmen" Standard von weniger als 5 × 10⁶ weiße Blutkörperchen pro mindestens 3 × 10¹¹ gesammelte Blutplättchen erfüllt.
Da typische Sammelprozesse von Blutplättchen mit Hilfe von Zentrifugen nicht konsequent und zufrieden stellend weiße Blutkörperchen von Blutplättchen trennen können, werden andere Prozesse zusätzlich verwendet, um die Ergebnisse zu verbessern. Bei einem Vorgehen werden nach dem Zentrifugieren die Blutplättchen durch einen porösen gewebten oder nicht gewebten Schichtfilter geleitet, der eine modifizierte Oberfläche haben kann, um die weißen Blutkörperchen zu entfernen. Die Verwendung des porösen Filters bringt aber eine Reihe eigener Probleme mit sich. Herkömmliche poröse Filter können ineffizient sein, da sie etwa 5–20% der Blutplättchen ständig entfernen oder zurückhalten. Diese herkömmlichen Filter können auch die „Lebensfähigkeit der Blutplättchen" reduzieren, was heißt, dass nach Passieren eines Filters ein Prozentsatz der Blutplättchen nicht mehr richtig funktioniert und teilweise oder völlig aktiviert ist. Ferner können poröse Filter das Freisetzen von Brandykinin verursachen, was bei einem Patienten zu hypotonen Episoden führen kann. Poröse Filter sind zudem teuer und erfordern häufig zusätzliche zeitaufwändige manuelle Arbeit für das Ausführen eines Filtrierprozesses.
Zwar sind poröse Filter bei der Entnahme einer erheblichen Anzahl weißer Blutkörperchen wirksam, doch haben sie Nachteile. Nach dem Zentrifugieren und vor dem porösen Filtern muss zum Beispiel eine gewisse Zeit verstreichen, um den aktivierten Blutplättchen Zeit zur Umwandlung in einen deaktivierten Zustand zu geben. Andernfalls neigen die aktivierten Blutplättchen dazu, den Filter zu verstopfen. Daher ist die Verwendung von porösen Filtern in on-line-Prozessen nicht praktikabel.
Ein weiterer Trennprozess ist ein als zentrifugale Elutriation bekannter Vorgang. Dieser Prozess trennt in einem flüssigen Medium schwebende Blutkörperchen ohne Verwendung eines Membranfilters. Bei einer üblichen Form von Elutriation wird ein Zell-Batch in einen Strom von flüssiger Elutriationspufferlösung eingebracht. Diese Flüssigkeit, welche den Zell-Batch in Suspension enthält, wird dann in eine in einer sich drehenden Zentrifuge angeordnete trichterförmige Kammer eingeleitet. Wenn zusätzliche flüssige Pufferlösung durch die Kammer fließt, befördert die Flüssigkeit kleiner bemessene, langsamer sedimentierende Zellen hin zu einer Elutriationsgrenze in der Kammer, während größere, schneller sedimentierende Zellen hin zu einem Bereich der Kammer mit der größten Zentrifugalkraft wandern.
Wenn die Zentrifugalkraft und die durch den Fluidstrom erzeugte Kraft ausgewogen sind, wird der Fluidstrom verstärkt, um langsamer sedimentierende Zellen aus einer Ausgangsöffnung in der Kammer zu drängen, während schneller sedimentierende Zellen in der Kammer zurückgehalten werden.
Wenn der Fluidstrom durch die Kammer zunimmt, können zunehmend größere, schneller sedimentierende Zellen aus der Kammer entfernt werden.
Dadurch trennt die zentrifugale Elutriation Partikel mit unterschiedlichen Sedimentiergeschwindigkeiten. Das Stoke'sche Gesetz beschreibt die Sedimentiergeschwindigkeit (SV) eines kugelförmigen Partikels wie folgt:
wobei r der Radius des Partikels ist, p_p die Dichte des Partikels ist, p_m die Dichte des flüssigen Mediums ist, η die Viskosität des Mediums und g die Gravitations- oder zentrifugale Beschleunigung ist. Da der Radius eines Partikels in der Stoke'schen Gleichung zur zweiten Potenz angehoben ist und die Dichte des Partikels nicht, beeinflusst die Größe einer Zelle, nicht ihre Dichte, deren Sedimentiergeschwindigkeit stark. Dies erklärt, warum größere Partikel im Allgemeinen während einer zentrifugalen Elutriation in einer Kammer bleiben, während kleinere Partikel freigesetzt werden, wenn die Partikel ähnliche Dichten haben.
Wie in dem U.S. Patent Nr. 3,825,175 für Sartory beschrieben, weist die zentrifugale Elutriation eine Reihe von Einschränkungen auf. In den meisten dieser Prozesse müssen Partikel in einem Strom flüssigen Mediums in separaten diskontinuierlichen Batches eingebracht werden, um eine ausreichende Partikeltrennung zu ermöglichen. Dadurch gestatten manche Elutriationsprozesse eine Trennung nur in Partikelbatches und erfordern ein zusätzliches flüssiges Medium für den Transport der Partikel. Ferner müssen die Strömkräfte exakt bezüglich der Zentrifugalkraft ausgewogen sein, um eine korrekte Partikeltrennung zu erlauben.
Weiterhin tritt ein Coriolis-Strahlstrombildungseffekt ein, wenn die Partikel von einem hohen Zentrifugalfeld hin zu einem niedrigeren Zentrifugalfeld in eine Elutriationskammer strömen. Das Fluid und die Partikel kollidieren stürmisch mit einer Innenwand der Kammer, die der Drehrichtung der Zentrifuge zugewandt ist. Dieses Phänomen mischt die Partikel in der Kammer und reduziert die Wirksamkeit des Trennprozesses. Weiterhin leitet die Coriolis-Strahlstrombildung einen Strom entlang der Innenwand vom Einlass direkt zum Auslass. Dadurch strömen die Partikel um das elutriative Feld herum und kontaminieren so das Endprodukt.
Das Partikelmischen durch Partikeldichteinversion ist ein weiteres Problem, auf das man bei manchen vorbekannten Elutriationsprozessen trifft. Das in der Elutriationskammer strömende Fluid weist eine abnehmende Geschwindigkeit auf, wenn es von einer Einlassöffnung hin zu einem Teil der Kammer mit größerem Querschnitt in zentripetaler Richtung strömt. Da sich Partikel in einer fließenden Flüssigkeit eher in Bereichen mit niedrigerer Fließgeschwindigkeit als in Bereichen hoher Fließgeschwindigkeit zu konzentrieren neigen, konzentrieren sich die Partikel nahe des Bereichs der Kammer mit größerem Querschnitt. Da die Fließgeschwindigkeit neben der Einlassöffnung am größten ist, ist die Partikelkonzentration dementsprechend in diesem Bereich geringer. Die Dichteinversion der Partikel erfolgt, wenn die Zentrifugalkraft die Partikel von der hohen Partikelkonzentration am Teil größeren Querschnitts hin zur Einlassöffnung drückt. Dieser Partikelumschlag reduziert die Wirksamkeit der Partikeltrennung durch Elutriation.
Neben roten und weißen Blutkörperchen, Plasma und Blutplättchen enthält menschliches Blut auch andere Partikelbestandteile wie T-Zellen, Stammzellen und in manchen Fällen Tumorzellen. Diese Zellen haben im Wesentlichen ähnliche Dichten, aber andere Sedimentiergeschwindigkeiten und Größen. Im Allgemeinen sind Stammzellen größer als T-Zellen und kleiner als Tumorzellen. Manche Tumorzellen (etwa 30%) sind aber kleiner als Stammzellen.
Bekannte Reinigungsvorrichtungen können peripheres Blut reinigen, um das, was als periphere Zellsammlung bekannt ist, für Transfusions- oder Reinfusionszwecke zu isolieren. Die Sammlung peripherer Zellen beinhaltet typischerweise vorrangig Plasma, rote Blutkörperchen, Stammzellen und T-Zellen und kann auch Tumorzellen beinhalten, wenn das Spenderblut solche Zellen enthält. Zwar ist die Transfusion entnommener peripherer Zellen eine übliche medizinische Behandlung, die Transfusion einer großen Anzahl an T-Zellen oder Tumor-Zellen in einen Patienten kann aber nachteilige Folgen haben. Das Entfernen von T-Zellen und Tumorzellen aus gesammelten peripheren Zellen oder Vollblut bevor der Transfusion ist aber äußerst schwierig.
Nach Unterziehen einer Therapie, beispielsweise einer Chemotherapie oder Bestrahlungstherapie zum Beseitigen krebsartiger Tumorzellen, erhalten Krebspatienten häufig eine Transfusion peripherer Zellen oder eine Knochenmarktransfusion, um die als Nebenwirkung der Behandlung zerstörten Stammzellen zu ersetzen. Um Risiken in Verbindung mit der Infusion von Blutbestandteilen eines Fremdspenders zu reduzieren, sind einige dieser Transfusionen autolog, bei denen die dem Patienten entnommenen Blutbestandteile später dem Patienten wieder reinfundiert werden.
Die zuerst von Krebspatienten gesammelten Blutbestandteile können krebsartige Tumorzellen enthalten, die dem Krebspatient dann während der Reinfusion wieder rückinfundiert werden. Diese Reinfusion von Tumorzellen kann die Wirksamkeit von Therapiebehandlungen senken, die auf das Reduzieren krebsartiger Tumore im Körper eines Patienten abzielen.
Eine weitere Art von Transfusion, die als allogene Transfusion bekannt ist, beinhaltet das Sammeln von Blutbestandteilen von einem Spender und dann das Infundieren der entnommenen Blutbestandteile in einen Empfänger, der nicht der Spender ist. Manchmal aber erlebt der Empfänger einer allogenen Transfusion eine allgemein als „Graft versus host disease" bekannte Reaktion (Reaktion des Transplantates auf den Empfänger). Bei der „Graft versus host disease" erhält der Empfänger mit der Infusion T-Zellen, die die Blutbestandteile begleiten, und diese „erkennen", dass der Körper des Empfängers gegenüber dem des Spenders „fremd" ist. Diese T-Zellen „greifen" gesunde Zellen im Körper des Empfängers an, statt eine normale immunologische Schutzfunktion zu leisten.
Frühere Versuche, vor der Reinfusion Stammzellen von Tumorzellen zu trennen oder Stammzellen von T-Zellen zu trennen, waren eingeschränkt erfolgreich. Bei einem Trennverfahren wird ein selektiver Antikörper in eine entnommene Blutbestandteilprobe eingebracht. Der selektive Antikörper haftet chemisch an den entnommenen Stammzellen an und „markiert" diese so. Zur Trennung der markierten Stammzellen von den verbleibenden Blutbestandteilen werden die entnommenen Blutbestandteile zwischen stationären Perlen, die mit einem Material beschichtet sind, das mit dem selektiven Antikörper chemisch bindet, geleitet. Diese chemischen Bindungen halten die markierten Stammzellen an den Perlen fest, so dass sie aus den verbleibenden Blutbestandteilen filtriert werden. Zur Entfernung der markierten Stammzellen von den Perlen wird eine chemische Lösung durch die Perlen gespült, um die chemischen Bindungen zwischen dem Material und dem selektiven Antikörper zu zerbrechen. Dieser Trennprozess ist aber sehr teuer, mühsam und zeitaufwändig.
Die zentrifugale Elutriation wird verwendet, um Tumorzellen von Stammzellen oder T-Zellen von Stammzellen zu trennen. Mit den vorbekannten Elutriationsvorrichtungen ist dies aber zeitaufwändig, schwierig und von begrenzter Wirksamkeit.
Aus diesen und anderen Gründen ergibt sich die Notwendigkeit, die Partikeltrennung zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verwendung bei im Wesentlichen dem Beseitigen einer oder mehrerer der Einschränkungen und Nachteile des Stands der Technik gerichtet.
Um diese und andere Vorteile entsprechend dem Zweck der Erfindung, wie sie hier ausgeführt und grob beschrieben wird, zu verwirklichen, wird eine Fluidkammer für das Trennen von Partikelbestandteilen von einer Flüssigkeit an die Hand gegeben, wobei die Fluidkammer umfasst:
einen Einlass;
einen Auslass;
eine sich zwischen dem Einlass und dem Auslass erstreckende Wand zur Bildung eines Fluidkammerinnenraums entlang einer Längsachse der Fluidkammer, wobei der Innenraum an einer Position zwischen dem Einlass und dem Auslass eine maximale Querschnittfläche aufweist, der Innenraum von der Position der maximalen Querschnittfläche hin zum Einlass zusammenläuft; und
mindestens eines von einer Nut und einer mindestens einen Stufe, welche an einer Innenfläche der Wand für das Reduzieren der Coriolis-Strahlstrombildung in der Fluidkammer ausgebildet sind.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner ein Schlauchset vor, welches umfasst: eine solche Fluidkammer, eine Leitung, die so ausgelegt ist, dass sie von einem Zentrifugenrotor aufgenommen wird, wobei die Leitung einen eine Trennkammer für das zentrifugale Trennen von Partikelbestandteilen von einer Flüssigkeit bildenden Teil umfasst, wobei die Leitung mindestens einen Einlass und mindestens einen Auslass umfasst, wobei der Leitungsauslass mit dem Fluidkammereinlass in Fluidverbindung steht, und eine mit dem Auslass der Fluidkammer verbundene Abflussleitung.
Nach einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Trennen von Partikelbestandteilen von einer Flüssigkeit an die Hand gegeben, welches den Schritt des Drehens einer Zentrifuge umfasst, welche einen Zufluss eines Gemisches der Partikelbestandteile und der Flüssigkeit hat und eine vorstehende Fluidkammer aufweist, um darin die Partikelbestandteile von der Flüssigkeit zu trennen.
Es versteht sich, dass sowohl die vorstehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende eingehende Beschreibung beispielhaft sind und eine weitergehende Erläuterung der beanspruchten Erfindung geben sollen. Die Begleitzeichnungen sind enthalten, um ein tieferes Verständnis der Erfindung zu bieten und sind in diese Schrift aufgenommen und bilden einen Teil derselben. Die Zeichnungen dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Zentrifugenvorrichtung gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführung;
2 ist eine auseinander gezogen dargestellte Seitenansicht einer in 1 gezeigten Fluidkammer;
3 ist eine teilweise schematische Ansicht der Vorrichtung von 1, welche eine detaillierte Ansicht der Bauteile der Vorrichtung zeigt;
4 zeigt einen Teil eines erfindungsgemäßen Schlauchsets;
5 zeigt in schematischer Form ein in einer Fluidkammer gebildetes gesättigtes Fließbett, wobei die Fluidkammer ein Bestandteil des Schlauchsets von 4 ist, das an der Zentrifugenvorrichtung von 1 angebracht ist;
6 ist eine Querschnittansicht einer ersten alternativen Ausführung der Fluidkammer von 2;
7 ist eine Querschnittansicht einer zweiten alternativen Ausführung der Fluidkammer von 2;
8 ist eine Querschnittansicht einer dritten alternativen Ausführung der Fluidkammer von 2;
9 ist eine Querschnittansicht einer vierten alternativen Ausführung der Fluidkammer von 2;
10 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführung einer Zentrifugenvorrichtung der Erfindung;
11 ist eine schematische Querschnittansicht einer anderen Ausführung der Zentrifugenvorrichtung der Erfindung;
12 ist eine perspektivische Teilansicht der Zentrifugenvorrichtung von 11;
13 zeigt eine Trennkammer und eine Fluidkammer in einer anderen Ausführung der Erfindung;
14 ist eine Teilansicht einer Zentrifugenvorrichtung, welche eine Trennkammer und mehrere Fluidkammern enthält, in einer weiteren Ausführung der Erfindung;
15 ist ein schematisches Diagramm, welches ein erfindungsgemäßes Schlauchset zeigt, das den in 4 abgebildeten Teil enthält;
16 ist eine Querschnittansicht einer fünften alternativen Ausführung der Fluidkammer von 2;
17 ist eine Querschnittansicht einer sechsten alternativen Ausführung der Fluidkammer von 16;
18 ist ein schematisches Diagramm einer Ausführung der Erfindung, welche eine mit einem primären Substanzbehälter und Additivbehältern verbundene Fluidzufuhrleitung enthält;
19 ist ein schematisches Teildiagramm einer Zentrifugenvorrichtung, welche eine Fluidkammer und eine Zusatzfluidkammer gemäß einer Ausführung der Erfindung aufweist; und
20 ist ein schematisches Teildiagramm einer Zentrifugenvorrichtung, welche eine Fluidkammer und einen Trennkanal gemäß der Erfindung aufweist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
Nun wird eingehend auf die derzeitigen bevorzugten Ausführungen der Erfindung eingegangen, die in den Begleitzeichnungen veranschaulicht sind.
Eine erfindungsgemäße Ausführung wird beschrieben, indem auf eine Verwendung mit einer zweistufigen, dichtungslosen COBE^® SPECTRA^TM Blutbestandteilzentrifuge Bezug genommen wird, die von dem Patentnehmer der Erfindung hergestellt wird. Die COBE^® SPECTRA^TM Zentrifuge enthält eine dichtungslose ein-omega/zwei-omega-Schlauchverbindung, wie sie in dem U.S. Patent Nr. 4,425,112 für Ito offenbart wird. Die COBE^® SPECTRA^TM Zentrifuge verwendet auch einen zweistufigen Blutbestandteil-Trennkanal, der im Wesentlichen in dem U.S. Patent Nr. 4,708,712 für Mulzet offenbart wird. Zwar wird die Ausführung der Erfindung in Kombination mit der COBE^® SPECTRA^TM Zentrifuge beschrieben, doch soll diese Beschreibung die Erfindung in keiner Weise beschränken.
Wie für den Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich ist, kann die vorliegende Erfindung bei verschiedenen Zentrifugenvorrichtungen, die häufig zur Trennung von Blut in seine Bestandteile verwendet werden, vorteilhaft eingesetzt werden. Insbesondere kann die vorliegende Erfindung mit einer Zentrifugenvorrichtung verwendet werden, die eine Bestandteilentnahmeleitung nutzt, beispielsweise eine Blutplättchenentnahmeleitung oder bluttplättchenreiche Plasmaleitung, unabhängig davon, ob die Vorrichtung einen zweistufigen Kanal oder eine dichtungslose ein-omega/zwei-omega-Schlauchverbindung verwendet.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung für das Filtrieren erster Partikel aus einer Flüssigkeit an die Hand gegeben, welche einen Zentrifugenrotor umfasst, der mit einem Motor für das Drehen des Zentrifugenrotors um eine Drehachse gekoppelt ist. Wie hier ausgeführt und in 1 dargestellt, enthält die Zentrifuge 10 einen Rotor 12. Der Motor 12 weist eine ringförmige Nut bzw. einen Durchlass 14 auf, der eine offene obere Fläche aufweist, die dafür ausgelegt ist, eine Leitung oder einen Kanal 44 eines in 4 gezeigten Schlauchsets 70 aufzunehmen. Der Durchlass 14 umgibt die Drehachse 13 des Rotors völlig und ist an einer Innenfläche durch eine Wand 15 begrenzt, die an einer oberen Fläche 17 des Rotors 12 angeordnet ist. Ein Motor 16 ist mit dem Rotor 12 gekoppelt, um den Rotor 12 um die Drehachse 13 zu drehen. Diese Kopplung wird direkt oder indirekt durch eine Welle 18 verwirklicht, die mit einem Arm 19 verbunden ist, der an dem Rotor 12 angebracht ist. Alternativ kann die Welle 18 durch eine (nicht dargestellte) Getriebeübersetzung mit dem Motor 16 gekoppelt sein: ein Mantel 20 ist an dem Rotor 12 angeordnet, um den Motor 16 und die Welle 18 zu schützen.
Erfindungsgemäß ist eine Halterung für das Halten einer Fluidkammer an dem Rotor vorgesehen, wobei ein Auslass der Fluidkammer näher zur Drehachse als ein Einlass der Fluidkammer angeordnet ist. Wie hier ausgeführt und in 1 veranschaulicht kann die Halterung einen Befestigungsbügel 24 für das Halten einer Fluidkammer 22 an dem Rotor 12 sein, wobei ein Auslass 32 im Allgemeinen näher zur Drehachse 13 als ein Einlass 28 angeordnet ist. Die Fluidkammer 22 passt in den Befestigungsbügel 24, wie in 1 gezeigt wird. Die Fluidkammer 22 kann an dem Rotor 12 auch an anderen Stellen befestigt werden, beispielsweise unter dem Durchlass 14. Die Fluidkammer 22 kann aus einem transparenten oder durchscheinenden Copolyester-Kunststoff, beispielsweise PETG, hergestellt sein, um während des Zentrifugenvorgangs ein Betrachten des Inhalts im Kammerinneren mit Hilfe eines (nicht dargestellten) optionalen Stroboskops zu ermöglichen.
Wie in 2 gezeigt, wird die Fluidkammer 22 durch Verbinden eines ersten Kammerabschnitts 26, der den Einlass 28 aufweist, mit einem zweiten Kammerabschnitt 30, der den Auslass 32 aufweist, gebildet. Der Einlass 28 und der Auslass 32 sind entlang einer Längsachse A-A angeordnet.
In einer Ausführung der Erfindung hat die Fluidkammer 22 ein Innenvolumen von etwa 14,5 ml, wenngleich dieser Parameter abhängig von der jeweiligen Anwendung erhöht oder gesenkt werden kann. Das Innere des ersten Kammerabschnitts 26 weist eine stumpfkegelige Form mit einem Kegelwinkel 34a von in etwa 30 Grad auf. Das Innere der zweiten Kammer 30 weist ebenfalls eine stumpfkegelige Form mit einem Kegelwinkel 34b von in etwa 120 Grad auf. Diese Winkel können verändert werden. Der Kegelwinkel 34b kann zum Beispiel von etwa 90 bis 120 Grad und der Kegelwinkel 34a kann von etwa 30 bis 90 Grad reichen.
Das Volumen der Fluidkammer 22 sollte zumindest so groß sein, dass genügend Blutplättchen aufgenommen werden, um ein gesättigtes Partikelfließbett (nachstehend beschrieben) für einen bestimmten Bereich an Strömungsgeschwindigkeiten, Partikelgrößen und Drehzahlen des Zentrifugenrotors 12 zu bieten.
Vorzugsweise hat das Fluidkammerinnere eine maximale Querschnittfläche 33, die sich an einer Position zwischen dem Einlass 28 und dem Auslass 32 befindet, wo sich die Abschnitte 26, 30 treffen. Die Querschnittfläche des Fluidkammerinneren nimmt ab bzw. verjüngt sich von der maximalen Querschnittfläche 33 in beide Richtungen entlang der Achse A-A. Wenngleich die Fluidkammer 22 mit zwei Abschnitten 26, 30 mit stumpfkegeligen Innenformen dargestellt ist, können die Innenraumformen paraboloid sein oder jede andere Form mit einer Hauptquerschnittfläche haben, die größer als die Einlass- oder Auslassfläche ist. Die Fluidkammer 22 kann aus einem einteiligen Stück Kunststoff statt aus einzelnen Abschnitten hergestellt werden.
Erfindungsgemäß wird auch ein Mittel für das Zuführen einer Substanz zum Einlass der Fluidkammer vorgesehen. Wie hierin ausgeführt und in 3 schematisch dargestellt, ist eine Pumpe 36 mit der Fluidkammer 22 durch einen Abflussschlauch 38 fluidverbunden. Die Pumpe 36 saugt Fluid und Partikel von dem Auslass 32 der Fluidkammer 22 an. Die Pumpe 36 ist vorzugsweise eine Peristaltikpumpe oder eine Kreiselradpumpe, die dafür ausgelegt ist, eine erhebliche Schädigung der Blutbestandteile zu verhindern, doch kann jede Fluid pumpende oder ansaugende Vorrichtung vorgesehen werden. In einer anderen (nicht dargestellten) Ausführung kann die Pumpe 36 mit dem Einlass der Fluidkammer 22 fluidverbunden sein, um Substanzen direkt in und durch die Fluidkammer 22 zu bewegen. Die Pumpe 36 kann an jeder geeigneten Stelle angebracht werden.
Erfindungsgemäß wird auch ein Mittel für das Steuern des Motors und/oder des Zufuhrmittels an die Hand gegeben, um ein gesättigtes Fließbett zweiter Partikel in der Fluidkammer zu erhalten und das Zurückhalten der ersten Partikel in der Kammer zu bewirken. Wie hierin ausgeführt und in 3 dargestellt, kann das Steuermittel ein Steuergerät 40 beinhalten, das sowohl mit dem Zentrifugenmotor 16 als auch mit der Pumpe 36 verbunden ist. Wie nachstehend eingehend erläutert wird, hält ein Steuergerät 40 während eines Zentrifugenbetriebs ein gesättigtes Partikelfließbett in der Fluidkammer 22 aufrecht, um Partikel zu trennen. Das Steuergerät 40 kann einen Computer mit programmierten Befehlen enthalten, die durch einen ROM oder RAM, wie dies auf dem Gebiet allgemein bekannt ist, geliefert werden.
Das Steuergerät 40 kann die Drehzahl des Zentrifugenrotors 12 durch Regeln der Frequenz, des Stroms oder der Spannung der an dem Motor 16 angelegten Elektrizität zu verändern. Alternativ kann die Rotordrehzahl durch Schalten der Anordnung eines (nicht dargestellten) Getriebes verändert werden, beispielsweise durch Ändern der Übersetzung, um eine Drehverbindung zwischen dem Motor 16 und dem Rotor 12 zu verändern. Das Steuergerät 40 kann Eingaben von einem (nicht dargestellten) Drehzahldetektor erhalten, um die Rotordrehzahl ständig zu überwachen.
Das Steuergerät 40 kann auch die Pumpe 36 so regeln, dass die Fließgeschwindigkeit der der Fluidkammer 22 zugeführten Substanz verändert wird. Das Steuergerät 40 kann zum Beispiel den von der Pumpe 36 gelieferten Strom verändern. Alternativ kann das Steuergerät 40 die Fließgeschwindigkeit zur Kammer 22 durch Regeln einer (nicht dargestellten) Ventilanordnung verändern, die entweder in einem mit dem Einlass 28 verbundenen Zuflussschlauch 42 oder in einem Abflussschlauch 38 angeordnet ist. Das Steuergerät 40 kann Eingaben von einem (nicht dargestellten) Strömungsdetektor erhalten, der in dem Zuflussschlauch 42 angeordnet ist, um die Fließgeschwindigkeit der in die Fluidkammer 22 eintretenden Substanzen zu überwachen. Wenngleich in der in 3 gezeigten Ausführung ein einzelnes Steuergerät 40 mit mehreren Betrieben schematisch abgebildet ist, kann das Steuermittel der Erfindung eine beliebige Anzahl an einzelnen Steuergeräten beinhalten, die jeweils für das Ausführen einer einzelnen Funktion oder einer Reihe von Funktionen dienen. Das Steuergerät 40 kann die Fließgeschwindigkeiten auf höchst unterschiedliche Weise steuern, wie dies auf dem Gebiet bekannt ist.
Wie vorstehend beschrieben ist der Rotor 12 mit einem ringförmigen Durchlass 14 ausgelegt, der entlang einer oberen Fläche offen ist, wie in 1 gezeigt wird. Dieser Durchlass 14 ist so vorgesehen, dass er einen Kanal 44 eines Schlauchsets 70 aufnimmt, wie teils in 5 gezeigt wird. Wie am besten in 4 gezeigt wird, beinhaltet das Schlauchset 70 vorzugsweise eine halbstarre Leitung, die zu einem Kanal 44 mit einem im Allgemeinen rechteckigen Querschnitt ausgebildet ist. Ein Konnektor 71 verbindet Enden des Kanals 44, um eine ringförmige oder schlaufenförmige Form zu bilden, die in den Kanal 14 passt. Eine Zufuhrleitung 78 liefert einem Einlass des halbstarren Kanals 44 Vollblut, während ein Schlauchsegment 42, Auslassleitungen 72, 74 und eine Steuerleitung 76 das Entfernen von Blutbestandteilen während eines Zentrifugenbetriebs und eine Strömungssteuerung im Kanal 44 ermöglichen. Weitere Einzelheiten der allgemeinen Konfiguration und Funktionsweise des Kanals 44, des Schlauchsegments 42 und der Leitungen 72, 74, 76 sowie 78 werden in U.S. Patent 4,708,712 beschrieben.
Eine schützende Hülle 80 umgibt die Leitungen 72, 74, 76, 78 und einen Abflussschlauch 38. Wenn der Kanal 44 des Schlauchsets 70 in dem Kanal 14 herausnehmbar angeordnet wird, verlaufen die Leitungen 72, 74, 76 sowie 78 jeweils durch Schlitze 82, 84, 86, die in der Wand 15 ausgebildet sind, während der Zuflussschlauch 42 in einem durch den Durchlass 14 gebildeten Schlitz 88 ruht (siehe 1 und 5).
15 ist eine vollständigere Ansicht einer zweiten Ausführung des Schlauchsets 70. Das Schlauchset 70 kann weiterhin mehrere zusätzliche Elemente für das Sammeln von Blutbestandteilen beinhalten, einschließlich aber nicht ausschließlich eine oder mehrere Spenderzugangsleitungen 902, Probenvorrichtungen 904, Spikes 906, (nicht dargestellte) gefüllte Lösungsbeutel für die Zugabe von Fluiden zum Schlauchset 70, Abfallbeutel 908, Sammelbeutel 910, Blutbestandteilbeutel 912, Pumpenpatronen 914 für das Zusammenwirken mit verschiedenen Fluidpumpen, beispielsweise die Pumpe 36, Luftkammern 916, Überwachungsgerätschnittstellen 918, Verbindungsschläuche und Fittings 920 und verschiedene sonstige Elemente und Zubehörteile.
Wie in 3 und 5 gezeigt wird, wird eine Trennkammer 46 in einem Strömungsdurchlass des Kanals 44 angeordnet. Anfangs trennen sich Partikel in der Trennkammer 46 entsprechend der Dichte und/oder Sedimentiergeschwindigkeit als Reaktion auf die Zentrifugalkraft. Die Trennkammer 46 beinhaltet einen an einer Außenwand des Kanals 14 angeordneten Grat 48 für das Verformen eines Teils des Kanals 44, um einen Damm 50 in dem Kanal 44 zu erzeugen. Alternativ kann der Damm 50 eine in dem Strömungsdurchlass des Kanals 44 angebrachte dauerhafte Struktur sein. Wenngleich nur eine einzelne Trennkammer 46 und ein einziger Damm 50 in den Figuren gezeigt werden, kann der Strömungsdurchlass abhängig vom erwünschten Einsatz mehrere Trennkammern oder Dämme haben.
Wenn der Kanal 44 in dem Durchlass 14 angeordnet ist, bildet sich in dem Kanal 44 neben dem Damm 50 eine Sammelsenke 54. Ein Schlauchsegment 42, das einen Auslass 56 der Senke 54 mit dem Einlass 28 der Fluidkammer 22 verbindet, ermöglicht es, dass getrennte Substanzen in der Sammelsenke 54 zu der Fluidkammer 22 befördert werden. Wenngleich die in 3–5 gezeigte Ausführung ein Schlauchsegment 42 beinhaltet, kann jede Fluidkopplung zwischen der Trennkammer 46 und der Fluidkammer 22 verwendet werden. Der Einlass 28 der Fluidkammer 22 kann zum Beispiel direkt mit dem Kanal 44 verbunden sein.
Ein Verfahren zum Trennen von Blutpartikeln wird nachstehend unter Bezug auf 3 und 5 beschrieben. Wenngleich die Erfindung in Verbindung mit einem Blutbestandteil-Trennprozess beschrieben wird, versteht sich, dass die Erfindung in ihrem weitesten Sinn nicht dadurch beschränkt wird. Die Erfindung kann zur Trennung einer Reihe anderer Partikel verwendet werden. Die Erfindung ist daneben sowohl bei Doppelnadel- als auch bei Einzelnadel-Blutreinigungs- oder Filtrieranwendungen einsetzbar. Die Erfindung der vorliegenden Anmeldung kann zum Beispiel mit dem SIGNLE NEEDLE RECIRCULATION SYSTEM FOR HARVESTING BLOOD COMPONENTS des U.S. Patents Nr. 5,437,624, erteilt am 1. August 1995, praktiziert werden.
Vorzugsweise wird die Fluidkammer 22 zunächst mit einem Fluidmedium niedriger Dichte vorgefüllt, beispielsweise Luft, physiologische Kochsalzlösung oder Plasma, die eine Dichte von weniger als oder gleich der Dichte des flüssigen Plasmas haben. Diese Vorfüllflüssigkeit erlaubt den wirksamen Aufbau eines gesättigten Fließbetts aus Blutplättchen in der Fluidkammer 22. Bei Verwendung einer physiologischen Kochsalzlösung dringt diese Flüssigkeit durch die Zufuhrleitung 78 in den Kanal 44 ein. Die physiologische Kochsalzlösung strömt dann in den Auslass 56 und durch die Kammer 22, wenn das Steuergerät 40 die Pumpe 36 aktiviert. Das Steuergerät 40 löst auch den Betrieb des Motors 16 aus, um den Zentrifugenrotor 12 und die Fluidkammer 22 in die Pfeilrichtung „B" in 3 zu drehen. Während der Drehung wird ein Verdrehen der Fluidleitungen 72, 74, 76, 78 und des Abflussschlauchs 38, der mit dem Zentrifugenrotor 12 und der Fluidkammer 22 verbunden ist, durch eine dichtungslose ein-omega/zwei-omega-Schlauchverbindung verhindert, die im Gebiet bekannt ist und in dem U.S. Patent Nr. 4,425,112 beschrieben wird.
Nach dem Vorfüllen der Vorrichtung und wenn die Zentrifuge dreht, werden Vollblut oder Blutbestandteile durch die Zufuhrleitung 78 in den halbstarren Kanal 44 eingeleitet. Bei Verwendung von Vollblut kann das Vollblut dem halbstarren Kanal 44 durch Übertragen des Bluts direkt von einem Spender durch die Zufuhrleitung 78 zugegeben werden. Alternativ kann das Blut von einem Behälter, beispielsweise einem Blutbeutel, der Zufuhrleitung 78 übertragen werden.
Das Blut in dem Kanal 44 wird einer Zentrifugalkraft ausgesetzt, wenn der Zentrifugenrotor 12 weiter in Pfeilrichtung „B" von 3 dreht. Diese Zentrifugalkraft wirkt in radialer Richtung weg von der Drehachse 13 des Rotors 12, wie in 3 durch den Pfeil „C" gezeigt wird.
Die Blutbestandteile werden in dem Kanal 44 einer ersten Trennung unterzogen. Die Bestandteile des Vollbluts schichten sich in der Reihenfolge abnehmender Dichte wie folgt: 1. rote Blutkörperchen, 2. weiße Blutkörperchen, 3. Blutplättchen und 4. Plasma. Das Steuergerät 40 regelt die Drehzahl des Zentrifugenrotors 12, um zu gewährleisten, dass diese Partikelschichtung erfolgt. Die Blutpartikel bilden eine so genannte „Buffy-Coat"-Schicht 58 und eine Außenschicht 60 entlang einer Außenwandfläche des Kanals 44 in der Trennkammer 46. Die Außenschicht 60 beinhaltet Partikel mit einer Dichte über der Dichte der Partikel in der Buffy-Coat-Schicht 58. Typischerweise enthält die Außenschicht 60 rote Blutkörperchen und weiße Blutkörperchen, während die Buffy-Coat-Schicht 58 Blutplättchen und weiße Blutkörperchen enthält.
Plasma, der am wenigsten dichte Blutbestandteil, strömt in dem Kanal 44 entlang der oberen Fläche der Buffy-Coat-Schicht 58. Wenn die Höhe der Buffy-Coat-Schicht 58 die Oberseite des Damms 50 erreicht, spült das strömende Plasma die Blutplättchen und einige weiße Blutkörperchen der Buffy-Schicht 58 über den Damm 50. Nachdem diese Partikel über den Damm 50 gespült wurden, gelangen sie in die Sammelsenke 54. Einige der Blutplättchen können auch an der Sammelsenke 54 vorbeiströmen und dann die Richtung umkehren, um sich wieder in der Sammelsenke 54 abzusetzen, wie in der U.S. Patentanmeldung 08/422,598 mit dem Titel SPILLOVER COLLECTION OF SPARSE COMPONENTS SUCH AS MONONUCLEAR COMPONENTS OF WHOLE BLOOD, eingereicht am 14. April 1995, beschrieben wird.
Die weißen Blutkörperchen und die roten Blutkörperchen in der Außenschicht 60 werden durch die Auslassleitung 74 entnommen, während das blutplättchenarme Plasma durch die Auslassleitung 72 entnommen wird. Das Steuergerät 40 kann (nicht dargestellte) optionale Pumpen steuern, die mit den Leitungen 72, 74, oder 76 verbunden sind, um diese Blutbestandteile zu entfernen, wie dies im Gebiet bekannt ist. Nachdem die roten Blutkörperchen, die weißen Blutkörperchen und das Plasma so entfernt wurden, werden sie gesammelt und mit anderen Blutbestandteilen neu kombiniert oder weiter getrennt. Alternativ können diese entnommenen Blutbestandteile einem Spender reinfundiert werden.
Plasma befördert Blutplättchen und weiße Blutkörperchen von der Sammelsenke 54 in die Fluidkammer 22, die mit Vorfüllfluid gefüllt ist, so dass ein gesättigtes Partikelfließbett gebildet werden kann. Das Steuergerät 40 hält die Drehzahl des Rotors 12 in einem vorbestimmten Drehzahlbereich, um die Bildung dieses gesättigten Fließbetts zu erleichtern. Ferner regelt das Steuergerät 40 die Pumpe 36, um Plasma, Blutplättchen und weiße Blutkörperchen bei einer vorbestimmten Fließgeschwindigkeit durch das Schlauchsegment 42 und in den Einlass 28 der Fluidkammer 22 zu transportieren. Diese strömenden Blutbestandteile verdrängen das Vorfüllfluid aus der Fluidkammer 22.
Wenn die Blutblättchen- und weißen Blutkörperchenpartikel in die Fluidkammer 22 gelangen, werden sie zwei entgegengesetzten Kräften ausgesetzt. Das durch die Fluidkammer mit Hilfe der Pumpe 36 strömende Plasma erzeugt eine erste zähflüssige Schleppkraft, wenn das durch die Fluidkammer 22 strömende Plasma die Partikel hin zum Auslass 32 in Richtung „D" drängt, wie in 3 gezeigt wird. Eine durch Drehung des Rotors 12 und der Fluidkammer 22 erzeugte zweite Zentrifugalkraft wirkt in Richtung „C", so dass die Partikel hin zum Einlass 28 gepresst werden.
Das Steuergerät 40 regelt die Drehzahl des Rotors 12 und die Fließgeschwindigkeit der Pumpe 36, um die Blutplättchen und weißen Blutkörperchen in der Fluidkammer 22 zu sammeln. Wenn Plasma durch die Fluidkammer 22 strömt, nimmt die Fließgeschwindigkeit des Plasmas ab, wenn der Plasmastrom die maximale Querschnittfläche 33 erreicht. Dieser Strom erreicht an dieser maximalen Querschnittfläche 33 eine minimale Geschwindigkeit. Da der sich drehende Zentrifugenrotor 12 ein ausreichendes Gravitationsfeld in der Fluidkammer 22 erzeugt, sammeln sich die Blutplättchen nahe der maximalen Querschnittfläche 33, statt von der Fluidkammer 22 mit dem Plasma zu strömen. Die weißen Blutkörperchen sammeln sich etwas unter der maximalen Querschnittfläche 33. Die Dichteinversion neigt aber dazu, diese Partikel während dieser ersten Ausbildung des gesättigten Partikelfließbetts geringfügig zu mischen.
Die größeren weißen Blutkörperchen sammeln sich aufgrund ihrer verschiedenen Sedimentiergeschwindigkeiten näher am Einlass 28 als die kleineren Blutplättchenzellen. Vorzugsweise werden die Drehzahl und Fließgeschwindigkeit so gesteuert, dass sehr wenige Blutplättchen und weiße Blutkörperchen während der Bildung des gesättigten Partikelfließbetts aus der Fluidkammer 22 strömen.
Die Blutplättchen und die weißen Blutkörperchen sammeln sich weiter in der Fluidkammer 22, während Plasma durch die Fluidkammer 22 ström. Wenn die Konzentration der Blutplättchen zunimmt, werden die Zwischenräume zwischen den Partikeln kleiner und die zähflüssige Schleppkraft des Plasmastroms nimmt allmählich zu. Schließlich wird das Blutplättchenbett ein gesättigtes Partikelfließbett in der Fluidkammer 22. Da das Bett jetzt mit Blutplättchen gesättigt ist, muss für jedes neue Blutplättchen, das in das gesättigte Bett in der Fluidkammer 22 gelangt, ein einzelnes Blättchen das Bett verlassen. Dadurch arbeitet das Bett bei einem Fließgleichgewichtzustand, wobei Blutplättchen das Bett bei einer Rate verlassen, die gleich der Rate ist, mit der weitere Blutplättchen nach Strömen durch den Einlass 28 in das Bett eindringen. Dieses Bett wird schematisch in 5 gezeigt, wobei das Symbol „X" für Blutplättchen und das Symbol „O" für weiße Blutkörperchen steht. Wie nachstehend erläutert und in 5 abgebildet, behindert oder verhindert das gesättigte Partikelfließbett im Wesentlichen, dass weiße Blutkörperchen „O" durch die Fluidkammer 22 strömen.
Das gesättigte Bett stellt sich unabhängig von der Konzentration von Partikeln, die in die Fluidkammer 22 strömen, automatisch selbst her. Das in die Fluidkammer 22 strömende Plasma strömt vor und nach dem Blutplättchensättigungspunkt durch das Blutplättchenbett.
Das gesättigte Blutplättchenbett nimmt nahe der maximalen Querschnittfläche 33 abhängig von der Fließgeschwindigkeit und dem Zentrifugalfeld ein sich änderndes Volumen in der Fluidkammer 22 ein. Die Anzahl an Blutplättchen in dem gesättigten Bett hängt von einer Reihe von Faktoren ab, wie der Fließgeschwindigkeit in die Fluidkammer 22, dem Volumen der Fluidkammer 22 und der Drehzahl. Wenn diese Variablen konstant bleiben, bleibt die Anzahl an Blutplättchen in dem gesättigten Fließbett im Wesentlichen konstant. Wenn sich die Fließgeschwindigkeit der Blutbestandteile in die Fluidkammer 22 ändert, reguliert sich das Bett selbst, um sich entweder durch Freisetzen von überschüssigen Blutplättchen oder Aufnehmen weiterer in die Fluidkammer 22 strömender Blutplättchen selbst zu erhalten. Wenn zum Beispiel die Plasmafließgeschwindigkeit in die Fluidkammer 22 zunimmt, fegt dieser zusätzliche Plasmastrom überschüssige Blutplättchen aus dem jetzt supergesättigten Bett und das Bett stellt sich im gesättigten Zustand bei der höheren Fließgeschwindigkeit wieder selbst her. Daher ist die Konzentration von Blutplättchen im Bett aufgrund der Freisetzung von Bettblutplättchen niedriger.
Nach Ausbilden des gesättigten Fließbetts aus Blutplättchen transportiert strömendes Plasma weitere Blutplättchen in die Fluidkammer 22 und das Bett. Diese weiteren Blutplättchen vergrößern das Bett und erhöhen die zähflüssige Schleppkraft des Plasmastroms durch das Bett. An einem gewissen Punkt reicht die zähflüssige Schleppkraft aus, um zu bewirken, dass die Blutplättchen nahe der maximalen Querschnittfläche 33 das gesättigte Bett und die Fluidkammer 22 verlassen. Wenn die Drehzahl und die Strömungsgeschwindigkeit in die Fluidkammer 22 konstant bleiben, ist somit die Anzahl und Konzentration von Blutplättchen, die in das gesättigte Fließbett von Blutplättchen strömen, im Wesentlichen gleich der Anzahl und Konzentration von Blutplättchen, die vom Bett freigesetzt werden. Dies steht in scharfem Gegensatz zum Stand der Technik.
Das Bett ist zwar mit Blutplättchen gesättigt, es kann aber eine kleine Anzahl an weißen Blutkörperchen in dem Blutplättchenbett eingestreut sein. Diese weißen Blutkörperchen neigen aber aufgrund ihrer höheren Sedimentiergeschwindigkeit dazu, aus dem Blutplättchenbett heraus hin zum Einlass 28 zu „fallen" oder sich außerhalb desselben zu setzen. Die meisten weißen Blutkörperchen sammeln sich im Allgemeinen in der Fluidkammer 22 zwischen dem gesättigten Blutplättchenbett und dem Einlass 28, wie in 5 gezeigt und nachstehend beschrieben wird.
Das gesättigte Fließbett mit Blutplättchenpartikeln fungiert als Filter oder Sperre für weiße Blutkörperchen, die in die Fluidkammer 22 strömen. Wenn Blutbestandteile in die Fluidkammer 22 strömen, strömt Plasma ungehindert durch das Bett. Das gesättigte Blutplättchen-Fließbett erzeugt aber eine erhebliche Sperre gegenüber den in die Fluidkammer 22 eindringenden weißen Blutkörperchen und hält diese weißen Blutkörperchen in der Fluidkammer 22 zurück. Dadurch filtriert das Bett wirksam weiße Blutkörperchen aus den Blutbestandteilen, die ständig in die Fluidkammer 22 einströmen, während von dem gesättigten Bett freigesetztes Plasma und freigesetzte Blutplättchen aus der Kammer 22 austreten können. Dieses Auffüllen und Freisetzen von Blutplättchen wird als Selbstwähleigenschaft des Betts bezeichnet. Im Wesentlichen sammeln sich alle diese filtrierten weißen Blutkörperchen in der Fluidkammer 22 zwischen dem gesättigten Blutplättchen-Fließbett und dem Einlass 28.
Die Partikeltrennung oder -filtrierung des gesättigten Partikelfließbetts beseitigt eine Reihe von Einschränkungen, die mit der vorbekannten Elutriation einhergehen. Zum Beispiel können Partikel nach Art eines kontinuierlichen Gleichgewichtszustands ohne Batch-Verfahren getrennt oder filtriert werden. Ferner ist kein zusätzliches elutriasierendes Fluidmedium erforderlich. Weiterhin kann nach Herstellen des gesättigten Partikelfließbetts die Fließgeschwindigkeiten in einem Bereich verändert werden, ohne die Größe der aus der Fluidkammer 22 austretenden Partikel zu ändern. Im Gegensatz zur Elutriation des Stands der Technik bietet die vorliegende Erfindung ein gesättigtes Partikelbett, das aus numerisch überwiegenden Partikeln besteht. Dieses Bett gibt die überwiegenden Partikel automatisch weiter, während es größere Partikel zurückweist.
Die Vorrichtung und das Verfahren der Erfindung trennen im Wesentlichen alle weißen Blutkörperchen von den Blutplättchen und dem Plasma, die durch die Fluidkammer 22 strömen. Die Sperre gegenüber weißen Blutkörperchen wird zumindest teilweise erzeugt, weil weiße Blutkörperchen eine Größe und Sedimentiergeschwindigkeit aufweisen, die größer als die der Blutplättchen ist, die das gesättigte Partikelfließbett bilden. Daher werden Partikel ähnlicher Dichte nach verschiedenen Größen oder Sedimentiergeschwindigkeiten getrennt.
Da die anfängliche Trennung an Damm 50 und das gesättigte Fließbett eine Mehrheit der roten Blutkörperchen und weißen Blutkörperchen entfernen, besteht das aus der Fluidkammer 22 austretende Fluid hauptsächlich aus Plasma und Blutplättchen. Eine hier beschriebene Vorrichtung wurde 30 mal unter Verwendung von menschlichem Vollblut betrieben. Jeder Betrieb ergab ein leukozytenarmes Erzeugnis mit weniger als 3 × 10⁶ weißen Blutkörperchen pro 3 × 10¹¹ Blutplättchen. Beruhend auf diesen Ergebnissen wird erwartet, dass das aus der Fluidkammer 22 austretende Blutplättchenerzeugnis ständig (zumindest 99% der Zeit) den leukozytenarmen Standard von weniger als 5 × 10⁶ weißen Blutkörperchen erfüllt, wenn mindestens 3 × 10¹¹ Blutplättchen aus der Fluidkammer 22 strömen.
Im Gegensatz zu einem herkömmlichen porösen Filter, bei dem die filtrierten weißen Blutkörperchen im Filter zurückgehalten werden, erlaubt die vorliegende Erfindung das Rückgewinnen und Rückführen zum Spender eines erheblichen Anteils weißer Blutkörperchen.
Vorzugsweise können 80% bis 99% der zunächst in den Kanal 44 eindringenden Blutplättchen in lebensfähigem Zustand zurückgewonnen werden. Bevorzugter werden mindestens 95% oder mindestens 98% der zunächst in den Kanal 44 eindringenden Blutplättchen sowohl vom Kanal 44 als auch von der Fluidkammer 22 zurückgewonnen.
Wenn die Blutbestandteile zunächst mit der Trennkammer 46 getrennt werden, kann eine erhebliche Anzahl an Blutplättchen etwas aktiviert werden. Das gesättigte Blutplättchenfließbett lässt trotz dieser leichten Aktivierung das Herausfiltrieren von weißen Blutkörperchen aus dem Plasma und den Blutplättchen zu. Dadurch erfordert die vorliegende Erfindung keine Wartezeit für das Filtrieren weißer Blutkörperchen, nachdem die Blutbestandteile in einer Trennkammer 46 einer ersten Trennung unterzogen wurden. Dies steht im Gegensatz zu den Verfahren, welche herkömmliche Filter einsetzen.
Nach der Trennung werden Blutplättchen und Plasma, die aus der Fluidkammer 22 austreten, in geeigneten Behältern gesammelt und für eine spätere Verwendung gelagert. Die aus dem halbstarren Kanal 44 entnommenen roten Blutkörperchen und weißen Blutkörperchen können mit dem Rest des Plasmas in dem System für die Spenderreinfusion oder für Lagerung kombiniert werden. Alternativ können diese Bestandteile weiter durch die Vorrichtung 10 getrennt werden.
In einer Ausführung der Erfindung regelt das Steuergerät 40 die Drehzahl des Rotors 12 in einem bevorzugten Bereich von 1.800 bis 2.400 U/min. Vorzugsweise wird die Drehung bei 2.400 U/min geregelt, um ein Gravitationsfeld in der Fluidkammer 22 zu erzeugen, das von etwa 8000 neben dem Einlass 28 bis zu etwa 5000 neben dem Auslass 32 reicht. Das Steuergerät 40 hält die Fließgeschwindigkeit in die Fluidkammer 22 in einem Bereich von 1 ml/min bis 15 ml/min. Die bevorzugte Fließgeschwindigkeit reicht von 2 ml/min bis zu 8 ml/min. Die spezifische Fließgeschwindigkeit wird u.a. nach einer ersten Blutplättchenzählung und nach dem Gesamtvolumen des zu verarbeitenden Vollbluts gewählt.
In einer Ausführung der Erfindung kann das Filtrieren bei der gleichen Fließgeschwindigkeit erfolgen, die zur Bildung des gesättigten Fließbetts eingesetzt wird. Optional kann die Fließgeschwindigkeit während des Filtrierens größer als die Fließgeschwindigkeit während der Bettbildung sein, um die Rate der Partikelfiltrierung zu erhöhen. Bei dieser optionalen Anordnung kann das Steuergerät 40 die Fließgeschwindigkeit der in die Fluidkammer 22 eindringenden Blutbestandteile anheben, während das gesättigte Fließbett erhalten wird. Das Steuergerät 40 hebt die Fließgeschwindigkeit durch Anheben der Fördergeschwindigkeit der Pumpe 36 an.
Das Steuergerät 40 hält das gesättigte Fließbett während des ganzen Filtrierprozesses aufrecht, wenn Blutbestandteile in die Fluidkammer 22 strömen. Das Steuergerät 40 stellt sicher, dass das Strömen durch die Fluidkammer 22 ruhig und gleichmäßig verläuft, indem es die Zufuhr von Fluid und die Drehung des Zentrifugenrotors 12 regelt. Diese Regelung gleicht die Kräfte in der Fluidkammer 22 korrekt aus, um das gesättigte Fließbett zu wahren. Wie nachstehend eingehender beschrieben wird, kann das Steuergerät 40 das Strömen in die Fluidkammer 22 anheben, während es das gesättigte Fließbett aufrechterhält.
Am Ende eines Blutbestandteiltrennvorgangs kann das Steuergerät 40 sowohl in der Buffy-Coat-Schicht 58 des Kanals 44 als auch in dem gesättigten Fließbett der Fluidkammer 22 zurückgehaltene Blutplättchen zurückgewinnen. Das Steuergerät 40 gewinnt Blutplättchen in der Buffy-Coat-Schicht 58 entweder durch Senken der Drehzahl des Rotors 12 oder durch Erhöhen der aus dem Kanal 44 austretenden Plasmamenge zurück. In einer bevorzugten Weise der Rückgewinnung von Blutplättchen in der Buffy-Coat-Schicht wird zum Beispiel die Rotordrehzahl plötzlich von 2.400 U/min. auf 1.800 U/min. gesenkt und dann zurück auf 2.400 U/min. angehoben. Dies lässt Blutplättchen und weiße Blutkörperchen, die in der Buffy-Coat-Schicht 58 zurückgehalten werden, über den Damm 50 und in die Fluidkammer 22 überschwappen. In der Fluidkammer 22 blockiert das gesättigte Blutplättchen-Fließbett das Strömen der weißen Blutkörperchen aus der Buffy-Coat-Schicht 58, während die Blutplättchen der Buffy-Coat-Schicht 58 gleichzeitig das Bett vergrößern und Blutplättchen aus dem gesättigten Bett freisetzen. Dadurch kann die Vorrichtung im Wesentlichen alle weißen Blutkörperchen aus der Buffy-Coat-Schicht 58 filtrieren. Dies steigert die Blutplättchenausbeute erheblich.
Die Buffy-Coat-Schicht 58 kann über den Damm in der in der oben erwähnten U.S. Patentanmeldung 08/422,598 beschriebenen Weise überschwappen. Dies ist insbesondere bei einem mononuklearen Zellsammelvorgang wirksam, da die Fluidkammer 22 das Trennen von roten Blutkörperchen von mononuklearen Zellen ermöglichen kann.
Ferner werden Blutplättchen in dem gesättigten Fließbett geerntet, um eine wesentliche Anzahl an Blutplättchen aus der Fluidkammer 22 zurückzugewinnen. Während der Betternte erhöht das Steuergerät 40 die Stromgeschwindigkeit und/oder senkt die Drehzahl des Zentrifugenrotors 12, um Blutplättchen aus dem Bett freizusetzen. Dies spült die meisten der Blutplättchen, die das gesättigte Fließbett bildeten, aus der Fluidkammer 22, so dass die Blutplättchenausbeute erheblich größer wird. Das Ernten wird fortgesetzt, bis im Wesentlichen alle Blutplättchen entfernt sind, kurz bevor eine unzulässige Anzahl weißer Blutkörperchen aus der Fluidkammer 22 zu strömen beginnt.
Die geernteten Blutplättchen, die das Bett bildeten, können mit den zuvor gesammelten Blutplättchen kombiniert werden. Ferner kann der Rest des Inhalts der Fluidkammer 22, die eine hohe Konzentration an weißen Blutkörperchen hat, zur späteren Verwendung separat gesammelt oder mit den aus dem Kanal 44 entnommenen Blutbestandteilen zur Rückgabe an einen Spender wieder kombiniert werden.
Die Erfindung erlaubt insbesondere das Trennen von ersten Spurenpartikeln oder kontaminierenden ersten Partikeln von einer Flüssigkeit mit einer größeren Anzahl zweiter Partikel. Vorzugsweise weisen die ersten auszufiltrierenden Partikel, beispielsweise weiße Blutkörperchen, eine unzureichende Konzentration auf, um ein gesättigtes Partikelfließbett zu bilden. Die Erfindung ist aber in ihrer weitest gefassten Anwendung entweder auf das Trennen erster Partikel von einer Flüssigkeit oder auf das Trennen erster Partikel von zweiten Partikeln ohne Berücksichtigung bestimmter Partikelkonzentrationen gerichtet.
Zwar wurden die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren bezüglich der Entnahme von weißen Blutkörperchen und dem Sammeln von Blutplättchen beschrieben, doch ist diese Beschreibung nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der Erfindung auszulegen. Die Erfindung kann verwendet werden, um einen der Blutpartikelbestandteile von anderen zu trennen. Das gesättigte Fließbett kann zum Beispiel aus roten Blutkörperchen gebildet werden, um das Strömen von weißen Blutkörperchen durch die Fluidkammer 22 zu verhindern, solange die roten Blutkörperchen kein Rouleau bilden (klumpen). Alternativ kann die Flüssigkeit für das Transportieren der Partikel eine physiologische Kochsalzlösung oder ein anderer Ersatz für Plasma sein. Zusätzlich kann die Erfindung praktiziert werden, um weiße Blutkörperchen oder andere Bestandteile aus Vollblut zu entfernen, das einer Nabelschnur entnommen wurde, um Stammzellen zu sammeln. Weiterhin könnte man die Erfindung durch Filtrieren oder Trennen von Partikeln von Fluiden verwenden, die weder mit Blut noch mit biologisch damit verwandten Substanzen verwandt sind.
Die Vorrichtung und das Verfahren der Erfindung können weiße Blutkörperchen, einschließlich Stammzellen, und Tumorzellen durch Bilden eines gesättigten Partikelfließbetts aus Stammzellen, um im Wesentlichen zu verhindern, dass Tumorzellen durch die Fluidkammer 22 strömen, trennen. Alternativ können die Tumorzellen ein gesättigtes Partikelfließbett bilden, um das Strömen von Stammzellen durch die Fluidkammer 22 im Wesentlichen zu verhindern.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung können kleinere erste Partikel, wie Tumorzellen, von größeren zweiten Partikeln, wie Stammzellen, durch Bilden eines gesättigten Partikelfließbetts mit dritten Partikeln einer Zwischengröße getrennt werden. Zunächst werden dritte Partikel einer Zwischengröße einer Flüssigkeit zugesetzt, die die ersten und zweiten Partikel mit sich führt. Vorzugsweise übersteigt die Konzentration der zugegebenen dritten Partikel die Konzentration sowohl der ersten als auch der zweiten Partikel. Diese dritten Partikel sind vorzugsweise magnetische Mikroperlen oder eine andere Substanz, die sich mühelos von den anderen Partikeln trennen lässt.
Dann tritt die die ersten, zweiten und dritten Partikel transportierende Flüssigkeit in die Fluidkammer 22 ein. Schließlich bilden die dritten Partikel ein gesättigtes Partikelfließbett in der gleichen Weise wie oben beschrieben. Wenn mehr Flüssigkeit und Partikel in die Fluidkammer 22 strömen, gelangen die Flüssigkeit und die kleineren ersten Partikel durch das gesättigte Bett dritter Partikel, während das Bett und die Partikelsedimentiereigenschaften die Bewegung der zweiten Partikel durch das Bett behindern. Dadurch trennen sich die ersten und zweiten Partikel in der Fluidkammer 22.
Das gesättigte Fließbett kann dritte Partikel freisetzen, wenn mehr dritte Partikel in das Bett strömen oder wenn sich die Fließgeschwindigkeit in die Fluidkammer 22 ändert. Diese dritten Partikel können der Flüssigkeit und den ersten Partikeln, die in aus der Fluidkammer 22 austreten, entnommen werden. In einer bevorzugten Ausführung zieht eine (nicht dargestellte) Partikelentfernungsvorrichtung mit einem Magneten magnetische dritte Partikel magnetisch an, um diese aus der Flüssigkeit zu entfernen. Dadurch wird eine im Wesentlichen gereinigte Konzentration erster Partikel erhalten.
Dieses alternative Verfahren ist nützlich, um erste und zweite Partikel zu trennen, wobei beide in niedrigen Konzentrationen vorhanden sind und ähnliche Dichten, aber unterschiedliche Größen haben. Die dritten Partikel für das Bilden des Betts werden zwar bevorzugt zusammen mit den ersten und zweiten Partikeln zugegeben, sie können aber auch in separaten Schritten in die Fluidkammer 22 eingebracht werden. Diese Ausgestaltung der Erfindung kann bei der Trennung von Tumorzellen von Stammzellen oder anderen Blutbestandteilen besonders nützlich sein, wie oben erwähnt wurde. Alternativ können die ersten Partikel T-Zellen sein und die zweiten Partikel können Stammzellen sein. Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann aber praktiziert werden, um viele verschiedene Arten von Partikeln zu trennen. Zum Beispiel können T-Zellen von Stammzellen getrennt werden, um so die „Graft-versus-host"-Erkrankung nach einer Stammzellentransfusion abzuschwächen.
Nun werden weitere Ausführungen der Erfindung beschrieben, bei denen gleiche oder ähnliche Elemente in allen Zeichnungen durch Bezugszeichen mit den gleichen beiden letzten Ziffern gekennzeichnet sind.
Wie in 6 gezeigt wird, beinhaltet eine andere erfindungsgemäße Ausführung eine Fluidkammer 122 mit einem Einlass 128 und einem Auslass 132. Eine Nut 190 ist an einer Innenfläche der Fluidkammer 122 an einer Position der maximalen Querschnittfläche 133 ausgebildet. Obere und untere Teile 191, 192, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse A-A- der Fluidkammer 122 ausgerichtet sind, sind durch eine Seite 193 verbunden. Vorzugsweise ist die Seite 193 parallel zur Achse A-A und umgibt diese Achse, um die im Wesentlichen ringförmige Nut 190 zu bilden.
In einer erfindungsgemäßen Ausführung ist die Seite 193 0,1 Zoll (2,54 mm) groß, während die oberen und unteren Teile 191, 192 jeweils 0,08 Zoll (2,032 mm) groß sind. Die Nut 190 kann aber in vielen verschiedenen Formen und Größen ausgelegt werden, ohne von der Erfindung abzuweichen.
Die Nut 190 trägt dazu bei, die Coriolis-Strahlstrombildung in der Fluidkammer 122 zu streuen. Dadurch verbessert die Nut 190 die Partikelsperrfähigkeit des gesättigten Partikelfließbetts. Plötzliche Zunahmen der Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit während eines Partikeltrennungsvorgangs können die Fähigkeit des gesättigten Partikelfließbetts beschränken, das Passieren der Partikel zu verhindern. Eine in die Fluidkammer 22 strömende Flüssigkeit wird einer Coriolis-Strahlstrombildungswirkung ausgesetzt. Diese Strahlstrombildung mindert die Wirksamkeit der Filtrierung des gesättigten Partikelfließbetts, da die Flüssigkeit und die Partikel zwischen dem gesättigten Partikelfließbett und einer Innenwandfläche der Fluidkammer 22 strömen können, statt in das Bett selbst. Die Fluidkammer 122 mit einer Nut 190 wirkt diesen Wirkungen durch Kanalisieren des Coriolis-Strahlstroms in eine umlaufende Richtung teils um die Achse A-A der Fluidkammer 122 herum entgegen. Daher verbessert die Nut 190 die Partikelsperrfähigkeit des gesättigten Betts, insbesondere wenn die Fließgeschwindigkeiten der Flüssigkeit zunehmen.
16 und 17 zeigten Fluidkammern 1022 und 1022' jeweils mit alternativen Ausführungen der Nute 1090, 1090'. Wie in 16 dargestellt, beinhaltet die Fluidkammer 1022 eine Nut 1090 mit einer Seite 1093 und oberen und unteren Teilen 1091 und 1092, die über den Umfang an der Innenfläche der Fluidkammer 1022 an einer Position einer maximalen Querschnittfläche 1033 ausgebildet sind. Diese oberen und unteren Teile 1091 und 1092 können senkrecht zu einer Längsachse A-A sein, während die Seite 1093 parallel zur Achse A-A sein kann, um eine im Wesentlichen ringförmige Nut 1090 zu bilden.
Wie in 16 gezeigt, erstreckt sich eine Umfangslippe 1094, die sich näher zur Achse A-A als die Seite 1093 befindet, von dem oberen Teil 1091. Der untere Teil 1092 und die Lippe 1094 bilden einen Nuteinlass 1096. Wie in 16 gezeigt wird, kann dieser Nuteinlass 1096 die Achse A-A vollständig umgeben.
Alternativ kann, wie in 17 gezeigt, der Nuteinlass mehrere schlitzförmige Einlässe 1095' beinhalten, die um den Umfang der Fluidkammer 1022' an der Position der maximalen Querschnittfläche 1033' beabstandet sind. In dieser Ausführung erstreckt sich die Lippe 1094' zum unteren Teil 1092', um eine innere Nutwand 1097' zu bilden, die zwischen den schlitzförmigen Einlässen 1095 angeordnet ist.
Vorzugsweise kann ein erster Einlass 1095' an einer Stelle entsprechend der Stelle der Coriolis-Strahlstrombildung vorgesehen werden, und ein (nicht dargestellter) zweiter Einlass kann an einer diametral gegenüberliegenden Stelle vorgesehen werden. Der Coriolis-Strahlstrom dringt an einem ersten schlitzförmigen Einlass 1095' in die Nut 1090' ein, bewegt sich in Umfangsrichtung um die Nut 1090' sowohl in Richtung des Uhrzeigersinns als auch gegen den Uhrzeigersinn und tritt dann an einer anderen schlitzförmigen Öffnung aus.
Die Konfigurationen der 16 und 17 verbessern, wie man meint, die Richtung des Coriolis-Strahlmoments und verbessern ferner die Leistung. Die Nutkonfigurationen von 16 und 17 können optional in Verbindung mit einer der hierin beschriebenen Fluidkammerausführungen eingesetzt werden.
7 veranschaulicht eine weitere Ausführung einer Fluidkammer 222. Mehrere Stufen 294 sind an einer Innenfläche der Fluidkammer 222 zwischen der Position der maximalen Querschnittfläche 233 und dem Einlass 228 ausgebildet. Es werden zwar nur vier Stufen 294 gezeigt, doch kann eine beliebige Anzahl an Stufen 294 in der Fluidkammer 222 vorgesehen werden.
Jede Stufe 294 weist eine Grundfläche 295 auf, die im Wesentlichen senkrecht zu einer Längsachse A-A der Fluidkammer ausgerichtet ist. Ferner ist eine Seitenfläche 296 orthogonal zur Grundfläche 295 angeordnet. 7 zeigt zwar eine Ecke, an der sich die Seitenfläche 295 und die Grundfläche 295 schneiden, doch kann eine konkave Nut diese Ecke ersetzen. In einer bevorzugten Ausführung umgibt jede Stufe 294 die Achse A-A, um eine zylindrische Fläche zu begrenzen. Weiterhin beinhaltet die Fluidkammer 222 optional eine Nut 290.
Die Grundfläche 295 ist in einer bevorzugten Ausführung 0,05 Zoll (1,27 mm) groß und die Seitenfläche 296 ist 0,02 Zoll (0,508 mm) groß. Die Größen dieser Flächen und die Konfiguration jeder Stufe 294 können aber abgeändert werden, ohne vom Schutzumfang oder Wesen der Erfindung abzuweichen.
Das Hinzufügen von Stufen 294 zur Fluidkammer 222 verbessert auch die Partikelsperreigenschaften des gesättigten Partikelfließbetts, insbesondere während Zunahmen der Fluidfließgeschwindigkeit. Die Stufen 294 bieten diese Verbesserung durch Vorsehen von Flächen, die das Moment ablenken und umlenken, um die Coriolis-Strahlstrombilding in der Fluidkammer 222 zu reduzieren. Wenn Coriolis-Strahlstrombildung eintritt, bewegen sich die Flüssigkeit und die Partikel des Strahls entlang einer Innenfläche der Fluidkammer 222 fort, die der Richtung der Zentrifugendrehung zugewandt ist. Daher kann der Strahl Partikel zwischen der Fluidkammer-Innenfläche und einem gesättigten Partikelfließbett oder einem in der Fluidkammer 222 angeordneten Elutriationsfeld transportieren. Dadurch können sich in dem Strahl fortbewegende Partikel aus der Fluidkammer 222 austreten, ohne getrennt zu werden.
Die Stufen 294 lenken oder ändern das Moment des Coriolis-Strahlstroms aus Flüssigkeit und Partikeln im Allgemeinen in eine Umfangsrichtung um die Achse A-A. Dadurch müssen eine erhebliche Anzahl an ursprünglich im Strahl strömenden Partikeln in das gesättigte Fließbett oder das Elutriationsfeld strömen, wo sie getrennt werden.
Wie in 7 gezeigt wird, kann die Fluidkammer 222 weitere Stufen 225 aufweisen, die ähnlich den Stufen 294 geformt sind. Die weiteren Stufen 225 sind zwischen der Position des maximalen Querschnitts 233 und einem Fluidkammerauslass 232 angeordnet. In einer Weise, die der oben beschriebenen ähnelt, neigen diese Stufen 225 dazu, den Coriolis-Strahlstrom in eine die Achse A-A umgebende Umfangsrichtung umzulenken.
Zusätzlich zu den weiteren Stufen 294 und 225 kann der Kegelwinkel 234b des zweiten Kammerabschnitts 230 von 120° auf 45° verkleinert werden, um die durch Dichteinversion verursachte Partikelkontaminierung zu verringern. Sollten schneller sedimentierende Partikel an der maximalen Querschnittfläche 233 vorbei wandern, hindern die Wände kleineren Winkels teilweise einige dieser Partikel, direkt aus dem Auslass 232 herauszuströmen, da die Dichteinversion in dem Abschnitt 230 nicht vorliegt. Dadurch „fallen" bzw. wandern die schneller sedimentierenden Partikel unter der Wirkung des Zentrifugalfelds der Schwerkraft zwischen die Fläche 233 und den Einlass 228 zurück, statt aus dem Auslass 232 zu strömen. Optional kann jede der hier offenbarten Fluidkammern einen zweiten Kammerabschnitt 230 mit einem Kegelwinkel 234b unter 120° beinhalten.
8 zeigt eine weitere Ausführung einer Fluidkammer 322 mit Stufen 394 und einer optionalen Nut 390 ähnlich der Nut 190. Wie in 8 gezeigt wird, weist jede Stufe 394 eine Grundfläche 395 auf, die im Wesentlichen senkrecht zur Achse A-A ist. Diese Ausführung beinhaltet auch eine Seitenfläche 396, die bei einem spitzen Winkel zur Grundfläche 395 ausgerichtet ist.
In 9 ist eine weitere Ausführung einer Fluidkammer 422 mit strömungseinschränkenden Stufen 494 und einer optionalen Nut 490 dargestellt. Eine Seitenfläche 496 jeder Stufe 494 ist im Wesentlichen parallel zu einer Achse A-A und bildet mit der Grundfläche 495 einen stumpfen Winkel.
In den 6–9 können die Nute 190, 290, 390, 490 und die Stufen 294, 394, 494 entweder vollständig oder nur teilweise die Kammerachse A-A umgeben. Diese Merkmale werden vorgesehen, um Steigerungen der Fluidfließgeschwindigkeit zu erleichtern, wie nachstehend beschrieben wird, und um die Leistung im Gleichgewichtszustand der Fluidkammer zu verbessern. Während der Trennung der Blutbestandteile senken die Nute 190, 290, 390, 490 und die Stufen 294, 394, 494 stark die Anzahl weißer Blutkörperchen, die ansonsten am gesättigten Blutplättchenfließbett vorbei strömen würden.
Die Nute 190, 290, 390, 490, die Stufen 294, 394, 494 und die weiteren Stufen 225 können in vielen verschiedenen Konfigurationen ausgebildet werden, ohne vom Schutzumfang oder Wesen der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann die Grundfläche und/oder die Seitenfläche einer oder mehrerer der Stufen 294, 394, 494 eine konkave Form haben. Ferner können die Stufen 294, 394, 494 in einer die Achse A-A umgebenden Spirale angeordnet sein. Ferner kann ein Teil der Grundfläche 295, 395, 495, der sich um die Achse A-A- erstreckt, niedriger als ein Rest dieser Fläche positioniert sein, um eine Höhlung zu bilden.
Zwar werden die Fluidkammern 122, 222, 322, 422, 1022, 1022' zur Verwendung bei der Ausbildung eines gesättigten Partikelfließbetts beschrieben, doch soll diese Beschreibung nicht den Schutzumfang der Erfindung in ihrem weitesten Sinn beschränken. Da Schwierigkeiten beim Partikeltrennen, wie sie in Sartory diskutiert werden, verringert oder beseitigt werden können, wurde ein erheblicher Fortschritt gegenüber dem Stand der Technik erzielt. Diese Fluidkammern 122, 222, 322, 422 können bei jedem Partikeltrennprozess eingesetzt werden. Insbesondere kann eine Fluidkammer mit einem Kanal, einer Stufe oder einer weiteren Stufe bei der Elutriation verwendet werden.
Die Nute 190, 290, 390, 490, die Stufen 294, 394, 494 und die weitere Stufe 225 können in einem Spritzgießprozess gebildet werden. Vorzugsweise werden die Fluidkammern 22, 122, 222, 322, 422, 1022, 1022' zunächst durch Spritzgießen in mehreren Stücken, vorzugsweise zwei, gebildet und durch einen von mehreren gut bekannten Prozessen miteinander verbunden, beispielsweise HF-Schweißen, Ultraschallschweißen, Heizelementschweißen, Quellschweißen oder Verkleben. Alternativ können diese Fluidkammern aus einem einheitlichen Kunststoffmaterial zum Beispiel durch Blasformen gebildet werden. Es kann aber jeder bekannte Herstellprozess zur Herstellung der Kammern eingesetzt werden.
Wenn eine der Fluidkammern 122, 222, 322, 422, 1022, 1022' an Stelle der Fluidkammer 22 tritt, kann das Steuergerät 40 das Strömen der Flüssigkeit mit ersten Partikel auf mehrere bevorzugte Weisen regeln. Da diese Konstruktionen der Fluidkammer die Coriolis-Strahlstrombildung und/oder Dichteinversion reduzieren, kann das Steuergerät 40 die Fließgeschwindigkeit anheben, ohne das gesättigte Partikelfließbett zu beeinträchtigen.
Während die Drehzahl des Rotors 12 bei einem im Wesentlichen konstanten Wert gehalten wird, kann das Steuergerät 40 das Strömen durch die Fluidkammer 122, 222, 322, 422, 1022, 1022' mit einer der bzw. einer Kombination der folgenden verschiedenen Routinen anheben. Bei einer Routine hebt das Steuergerät 40 die Fließgeschwindigkeit durch schnelles oder sofortiges Anheben des Strömens durch die Fluidkammer 122, 222, 322, 422, 1022, 1022' an. In einer anderen Routine wird die Fließgeschwindigkeit allmählich im Laufe der Zeit angehoben. In einer noch weiteren Routine hebt das Steuergerät 40 die Fließgeschwindigkeit nacheinander durch allmähliches Anheben der Fließgeschwindigkeit, Halten dieser erhöhten Fließgeschwindigkeit und dann durch erneutes allmähliches Erhöhen der Fließgeschwindigkeit an.
Wenn die Vorrichtung 10 aber die Fluidkammer 22 enthält, wie in 1–5 gezeigt, kann die Fließgeschwindigkeitssteuerung beschränkter sein. Die Fließgeschwindigkeit der Flüssigkeit und der Partikel, die in die Fluidkammer 22 eindringen, sollte keine schnelle oder extreme Fluktuation erfahren, da sich andernfalls eine zeitweilige Beeinträchtigung der Wirkung des Betts ergeben kann. Die Fließgeschwindigkeit kann plötzlich fallen, ohne das Bett zu beeinträchtigen, aber plötzliche Steigerungen der Geschwindigkeit können, wenn sie groß genug sind, das Bett beeinträchtigen, so dass Partikel, zum Beispiel weiße Blutkörperchen, aus der Fluidkammer 22 austreten können.
Das Steuergerät 40 erhöht den Strom in die Fluidkammer 22, während es das gesättigte Fließbett aufrechthält. Das Steuergerät 40 kann diese Steigerung der Fließgeschwindigkeit durch allmähliches Anheben des Strömens in kontinuierlicher Weise, bis eine endgültige Fließgeschwindigkeit erreicht ist, vornehmen. In einer bevorzugten Ausführung, welche die in 2 gezeigte Fluidkammer beinhaltet, hebt das Steuergerät 40 die Fließgeschwindigkeit in die Fluidkammer 22 durch einen Ratschenprozess an.
Das Steuergerät 40 hält das Bett aufrecht und erhöht die Fließgeschwindigkeit im Ratschenprozess durch zuerst Reduzieren der Drehzahl des Rotors 12. Die Drehzahl des Rotors 12 wird aber nicht auf einen Wert reduziert, der rote Blutkörperchen in der Außenschicht 60 über den Damm 50 spülen lässt, andernfalls strömen eine erhebliche Anzahl sowohl roter Blutkörperchen als auch weißer Blutkörperchen in die Fluidkammer 22. In einer Ausführung der Erfindung senkt das Steuergerät 40 die Drehzahl des Rotors 12, so dass eine Zentrifugalkraft am Damm 50 über 850 G bleibt. Dann berechnet das Steuergerät einen Wert für K = Q_i/N_i ², wobei K eine Konstante, Q_i die aktuelle Fließgeschwindigkeit in die Fluidkammer 22 und N_i die aktuelle Drehzahl des Zentrifugenrotors 12 ist.
Nachdem das Steuergerät 40 die Drehzahl des Rotors 12 reduziert und K berechnet, erhöht das Steuergerät 40 gleichzeitig sowohl die Fließgeschwindigkeit in die Fluidkammer 22 als auch die Drehzahl des Rotors 12. Dadurch wirkt eine zunehmende Zentrifugalkraft in der Fluidkammer 22 ansteigenden Fluidströmkraften in der Fluidkammer 22 entgegen, um das gesättigte Partikelfließbett als Sperre gegenüber anderen Partikeln zu erhalten. Die neue Fließgeschwindigkeit in die Kammer, Q, und die neue Drehzahl N erfüllen die Gleichung: Q/N² = K. Daher ist Q/N² = K gleich Q_i/N_i ².
Um die Fließgeschwindigkeit noch weiter anzuheben, kann das Steuergerät 40 weiter gleichzeitig sowohl Fließgeschwindigkeit als auch Drehzahl erhöhen. Bei Bedarf kann das Steuergerät 40 auch den Ratschenprozess wiederholen, um die Fließgeschwindigkeit weiter zu erhöhen. Dies wird durch Wiederholen der Schritte der Reduzierung der Drehzahl und des gleichzeitigen Anhebens sowohl der Fließgeschwindigkeit als auch der Drehzahl verwirklicht.
Ferner bringt das Steuergerät 40 vorzugsweise das gesättigte Partikelfließbett in seinen Ursprungszustand zurück, wenn eine Pause im Fluidstrom zur Fluidkammer 22 das Bett zusammenbrechen lässt. Das Steuergerät 40 kann sowohl die Fließgeschwindigkeit Q als auch die Drehzahl N konstant überwachen, um einen Wert für K = Q/N² zu berechnen. Wenn der Strom in die Fluidkammer 22 momentan innehält, so dass das gesättigte Fließbett zusammenbricht, bleiben die Partikel, die das Bett bildeten, vorübergehend in der Fluidkammer 22. Wenn der Fluidstrom in die Fluidkammer 22 wieder eingeleitet wird, steuert das Steuergerät 40 sowohl die Fließgeschwindigkeit Q als auch die Drehzahl N, so dass diese Parameter die Beziehung K = Q/N² erfüllen, die unmittelbar vor dem Unterbrechen des Fluidstroms in die Fluidkammer 22 bestand. Dies führt die Partikel des zusammengebrochenen Betts automatisch zurück in eine gesättigte Fließbettform.
Nach dem Zusammenbrechen eines Betts kann sich das gesättigte Partikelfließbett auf viele verschiedene Weisen erholen. Zum Beispiel kann die Fließgeschwindigkeit nach einer Pause im Fluidstrom stufenweise oder allmählich angehoben werden, um eine Bettwiederherstellung zu ermöglichen.
10 zeigt eine andere Ausführung der Erfindung. In dieser Ausführung ist eine Fluidkammer 522 an einem Zentrifugenrotor 512 angebracht. Der Rotor 512 umfasst eine äußere Schüssel 521 und einen Bügel 523 für das Halten einer Trennkammer 546, die in einer lang gestreckten biegsamen Rohr- oder Gürtelform aus Kunststoff gebildet ist. Die in 10 gezeigte Vorrichtung trennt Partikel, insbesondere Blutbestandteile, in der Trennkammer 546 durch Erzeugen einer Zentrifugalkraft. Weitere Einzelheiten bezüglich der Konfiguration und des Betriebs dieser Vorrichtung sind dem U.S. Patent 5,362,291 für Williamson, IV, U.S. Patent 5,360,542 für Brown et al. und U.S. Patent 5,078,671 für Dennehey et al. zu entnehmen.
Die Fluidkammer 522 ist an dem Zentrifugenrotor 512 angebracht oder gehalten, wobei ein Auslass 532 im Wesentlichen hin zu einer Drehachse 513 des Zentrifugenrotors 512 weist. Der Zuflussschlauch 542 liefert der Fluidkammer 522 Flüssigkeit und Partikel, nachdem die Partikel einer ersten Trennung in einem Teil der Trennkammer 546 unterzogen werden. In ähnlicher Weise befördert ein Abflussschlauch 538 Substanzen aus der Fluidkammer 522 zu einem anderen Teil der Trennkammer 546.
Bei Verwendung der in 10 gezeigten Ausführung werden von einer Flüssigkeit mitgeführte Partikel in der Trennkammer 546 nach Dichte- und Größenunterschieden der Partikel getrennt. Nach dem ersten Trennen strömen die Flüssigkeit und die Partikel, zum Beispiel Blutplättchen und weiße Blutkörperchen mitführendes Plasma, in die Fluidkammer 522. In der Fluidkammer 522 bildet sich ein gesättigtes Partikelfließbett, um bestimmte Partikel weiter aus der strömenden Flüssigkeit zu trennen.
Eine noch weitere Ausführung der Erfindung wird in 11 und 12 gezeigt. Diese Ausführung beinhaltet sowohl eine als Behälter geformte Trennkammer 646 als auch einen Sammelbehälter 627. Die Halterungen 629, 631 halten die Trennkammer 646 und den Behälter 627 jeweils an einem Zentrifugenrotor 612. Strömungsleitungen 635, 638 ermöglichen Fluidströmen zu und von der Trennkammer 646 und dem Behälter 627, wie durch die in 11 mit dem Symbol „E" bezeichneten Pfeile gezeigt wird. Weitere Bauteile umfassen einen Haltekragen 637 und Behälterhalterungsklammeranordnungen 639. Die Partikel werden in der Trennkammer 646 nach Dichte- und Größenunterschieden als Reaktion auf eine Zentrifugalkraft getrennt. Weitere Einzelheiten zu Konfiguration und Betrieb dieser Vorrichtung finden sich in im Bedienerhandbuch von CS-3000^® Plus Blood Separator von Baxter Healthcare Corporation (7-19-3-136).
Wie in 11 und 12 gezeigt, hält eine Halterung 624 eine Fluidkammer 622 an dem Rotor 612. Der Zuflussschlauch 642 befördert Flüssigkeit und Partikel, die zunächst in der Trennkammer 646 getrennt wurden, in die Fluidkammer 622. Ferner stellt ein Abflussschlauch 639 eine Fluidverbindung zwischen der Fluidkammer 622 und dem Sammelbehälter 627 her. Bei dieser Konfiguration kann ein gesättigtes Partikelfließbett in der Fluidkammer 622 gebildet werden, wie bezüglich der obigen Ausführungen erläutert wurde, um Partikel zu filtrieren.
13 zeigt eine weitere Ausführung der Erfindung. Diese Ausführung beinhaltet eine Trennkammer 746, die vorzugsweise aus einer starren transparenten Kunststoffleitung gebildet ist und die in eine Zentrifuge eingesetzt werden kann. Ein Einlass 741 lässt Vollblut in eine erste Stufe 743 der Trennkammer 746 strömen, so dass rote Blutkörperchen aus einer Leitung 745 entnommen werden könne, während blutplättchenreiches Plasma durch die Leitung 742 strömt. Ferner lassen eine Leitung 747 und ein Auslass 749 in einer zweiten Stufe 751 das Entnehmen von blutplättchenarmem Plasma bzw. von Blutplättchen zu. Weitere Einzelheiten bezüglich des Aufbaus und des Betriebs dieser Ausführung finden sich in den Brief Operating Instructions des Fresenius MT AS 104 Blutzellseparators (4/6.90(OP)).
Wie in 13 gezeigt wird, kann eine Fluidkammer 722 mit der Trennkammer 746 verbunden werden. In der Fluidkammer 722 kann ein gesättigtes Partikelfließbett gebildet werden, um die Partikel nach der ersten Partikeltrennung in der Trennkammer 746 in der oben beschriebenen Weise zu trennen.
In einer anderen (nicht dargestellten) Ausführung kann die Fluidkammer 722 mit einem Auslass 749 einer zweiten Stufe 751 gekoppelt werden. Diese alternative Ausführung würde das Trennen von Partikeln in ähnlicher Weise wie die Partikeltrennung erlauben, die für die in 1–5 gezeigte Ausführung beschrieben wurde.
14 zeigt eine noch weitere Ausführung der Erfindung. Wie gezeigt werden eine Trennkammer 846 und eine erste Fluidkammer 822a an einem Zentrifugenrotor 812 in einer Weise ähnlich der der Ausführung von 1–5 vorgesehen. Zusätzlich stellt ein Abflussschlauch 838 eine Fluidverbindung zwischen einem Auslass 832a der Fluidkammer 822a und einem Einlass 828b einer Hilfsfluidkammer 822b her. Befestigungsbügel (Halterungen) 824a, 824b halten die Fluidkammer und die Hilfskammer 822a, 822b jeweils bei einem im Wesentlichen gleichen radialen Abstand zu einer Drehachse des Zentrifugenrotors 812.
Bei der Verwendung der in 14 gezeigten Ausführung dreht der Zentrifugenrotor 812, um zunächst Partikel in der Trennkammer 846 nach Dichte und/oder Sedimentiergeschwindigkeit zu trennen. Flüssigkeit führt abgesonderte Partikel in die erste Fluidkammer 822a, wo die Partikel nach Ausbildung eines gesättigten Fließbetts aus Partikeln oder eines Elutriationsfelds weiter getrennt werden. Danach strömen die abgesonderten Partikel und die Flüssigkeit durch den Schlauch 838 in die Hilfsfluidkammer 822b, wo die Partikel entweder durch ein gesättigtes Fließbett aus Partikeln oder ein Elutriationsfeld weiter getrennt werden. Dadurch trennen sich die Partikel in den Kammern 822a, 822b durch Ausbilden eines gesättigten Partikelfließbetts in einer der Kammern 822a, 822b und einer Elutriationsgrenze in einer anderen der Kammern 822a, 822b oder alternativ durch Ausbilden entweder eines gesättigten Partikelfließbetts oder einer Elutriationsgrenze in beiden Kammern 822a, 822b.
Optional können die Kammern 822a, 822b unterschiedliche Abmessungen haben, zum Beispiel verschiedene Volumina, Längen oder Höchstdurchmesser. Die Fluidkammer 822a kann zum Beispiel ein größeres Volumen als die Hilfskammer 822b haben. Diese unterschiedlichen Abmessungen ermöglichen das Stattfinden von zwei verschiedenen Partikelseparationen in jeder der Kammern 822a, 822b.
Die Ausführung von 14 ermöglicht das gleichzeitige Stattfinden von mehreren Partikelseparationen. Weiterhin können verschiedene Arten von Partikel in einem einzigen Vorgang geerntet werden. Natürlich können eine oder mehrere weitere Fluidkammern hinzugefügt werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Ferner können beide Kammern 822a und 822b zylindrisch sein.
Für den Fachmann auf dem Gebiet ist ersichtlich, dass verschiedene Abwandlungen und Änderungen des Aufbaus und der Methodologie der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Die in den 6–9, 16 und 17 gezeigten Fluidkammern 122, 222, 322, 422, 1022 oder 1022' können an Stelle der Fluidkammern 22, 522, 622, 722, 822a oder 822b treten. Weiterhin kann die Erfindung durch Aufnehmen von zusätzlichen Fluidkammern oder Trennkammern abgewandelt werden. Zwar wurde die Erfindung mit einer Trennkammer für das erste Trennen von Partikeln von der Flüssigkeit beschrieben, doch kann die Erfindung praktiziert werden, ohne dass diese anfängliche Trennung stattfindet.
Zwar wird das Steuergerät 40 vorstehend als Drehzahl und Fließgeschwindigkeit steuernd beschrieben, doch kann das Steuergerät 40 auch andere Parameter regeln. Das Steuergerät kann zum Beispiel die Dichte oder eine andere Eigenschaft der für das Transportieren von Partikeln in die Fluidkammer verwendeten Flüssigkeit steuern.
Während die Erfindung hier in Verbindung mit der Blutbestandteilseparation beschrieben wird, ist die Erfindung ferner in ihrem weitesten Sinn nicht hierauf beschränkt. Die Erfindung ist auf andere medizinische und nicht-medizinische Anwendungen übertragbar.
Die zur Bildung des gesättigten Fließbetts in der Fluidkammer verwendeten Partikel können sich von den Partikeln in dem Fluid unterscheiden, das für das Filtrieren durch die Fluidkammer strömt. Weiterhin ist es möglich, zunächst das gesättigte Fließbett mit einer extrem hohen Konzentration an Blutplättchen mit sehr wenigen weißen Blutkörperchen zu bilden.
Weiterhin kann die Fluidkammer der Erfindung in einem Trennprozess unter Einsatz von Elutriation oder einem anderen Partikeltrennmittel verwendet werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Erfindungsgemäß wird auch ein Mittel für das Ändern der Sedimentiergeschwindigkeit von Partikeln, die zur Bildung des gesättigten Betts verwendet werden, an die Hand gegeben. 18–20 zeigen Ausführungen der Erfindung einschließlich Beispiele solcher Mittel. Wie in 18 gezeigt wird, beinhaltet ein Teil eines Schlauchsets 1100 bevorzugt einen primären Behälter 1102 für das Aufnehmen einer primären Substanz, welche Flüssigkeit und zu trennende Partikel enthält.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die primäre Substanz im primären Behälter 1102 eine periphere Zellsammlung, welche zum Beispiel Plasma, rote Blutkörperchen, Stammzellen, T-Zellen und optional Tumorzellen enthält. Wie vorstehend erwähnt sind Vorrichtungen für das Reinigen von Blut zum Erhalt einer peripheren Zellsammlung auf dem Gebiet bekannt. Wie nachstehend eingehender beschrieben wird, werden bestimmte Partikel, beispielsweise rote Blutkörperchen, in der primären Substanz zur Bildung eines gesättigten Fließbetts in einer Fluidkammer 1122 oder 1122' verwendet, die jeweils in 19 und 20 gezeigt werden. Die Fluidkammern 1122 und 1122' sind vorzugsweise ähnlich wie eine der oben beschriebenen Fluidkammern 22, 122, 222, 322, 422, 522, 622, 722, 822a, 822b, 1022 oder 1022' aufgebaut.
Wie in 18 gezeigt wird, enthält das Schlauchset 1100 bevorzugt auch eine Reihe von Additivbehältern 1104, die Additive für das Ändern der Sedimentiergeschwindigkeit der Partikel in der primären Substanz, die das gesättigte Fließbett in der Fluidkammer 1122, 1122' bildet, enthält. Eine Reihe von Abflussschläuchen 1112 bzw. 1114 verbinden jeweils den primären Behälter 1102 und jeden der Additivbehälter 1104 mit einer Zufuhrleitung 1121 des Schlauchsets 1100, so dass die primäre Substanz und die Additive, die in den Abflussschläuchen 1112 und 1114 fließen, sich in der Zufuhrleitung 1121 mischen. Wie jeweils in 19 und 20 gezeigt wird, ist die Zufuhrleitung 1121 mit einem Einlass 1140, 1140' der Fluidkammer 1222, 1222' (jeweils) verbunden.
Eine Reihe von in 18 schematisch gezeigten Pumpen 1124 und 1126 regeln das Strömen in den Abflussschläuchen 1112 und 1114 von dem primären Behälter 1102 und den Additivbehältern 1104 zu der Zufuhrleitung 1121. Vorzugsweise sind die Pumpen 1124 und 1126 Peristaltikpumpen, die mit einem Steuergerät 1106 ähnlich dem oben in Verbindung mit 3 beschriebenen Steuergerät 40 verbunden sind.
Das Steuergerät 1106 bemisst die Menge der primären Substanz und der Additive, die in der Zufuhrleitung 1121 strömen und sich mischen.
Wie für den Fachmann auf dem Gebiet erkenntlich ist, könnten andere Arten von strömungsregelnden Vorrichtungen, zum Beispiel Ventile oder Kreiselradpumpen, an Stelle der Peristaltikpumpen 1124 und 1126 verwendet werden. Im weitesten Sinne erfordert die Erfindung nicht den gesamten oben beschriebenen Aufbau. Die Additivsubstanzen können zum Beispiel direkt in den primären Behälter 1102 ohne Verwendung der Additivbehälter 1104, der Pumpen 1126 und der Abflussschläuche 1114 eingebracht werden. Wenn die das gesättigte Fließbett bildenden Partikel magnetisch sind, könnte ein veränderliches Magnetfeld neben der Fluidkammer 1122, 1122' die Sedimentiergeschwindigkeit der das Bett bildenden Partikel ändern.
Mit dem oben beschriebenen Aufbau ist es möglich, die Sedimentiergeschwindigkeit von Partikeln zu ändern, die in der Kammer 1122, 1122' ein gesättigtes Fließbett bilden. Durch Ändern der Sedimentiergeschwindigkeit können, wie nachstehend beschrieben, die Filtriereigenschaften des gesättigten Fließbetts geändert werden.
Bei Einsatz werden eine oder mehrere der Additivsubstanzen in den Behältern 1104 aufgrund ihrer Fähigkeit gewählt, die Sedimentiergeschwindigkeit der das Bett bildenden Partikel auf eine Sedimentiergeschwindigkeit zu ändern, die größer als die der ersten Partikel in der primären Substanz und kleiner als die der zweiten Partikel in der primären Substanz ist. Das Steuergerät 1106 regelt die Pumpen 1126, um die Sedimentiergeschwindigkeit der Partikel in dem gesättigten Fließbett exakt zu steuern. Nach dem korrekten Einstellen der Sedimentiergeschwindigkeit der das Bett bildenden Partikel lässt das Bett bestimmte Partikel durch die Fluidkammer 1122, 1122' passieren, während andere Partikel durch das Bett in der Fluidkammer 1122, 1122' zurückgehalten werden.
Wenn die Sedimentiergeschwindigkeit der das Bett bildenden Partikel angehoben wird, hält das gesättigte Fließbett Partikel in der Fluidkammer 1122 oder 1122' zurück, die normalerweise das Bett passieren würden, wenn die Sedimentiergeschwindigkeit der Bett bildenden Partikel nicht geändert worden wäre.
Wenn umgekehrt die Sedimentiergeschwindigkeit der das Bett bildenden Partikel gesenkt wird, lässt das gesättigte Fließbett Partikel durch das Bett passieren, die normalerweise in der Fluidkammer 1122 oder 1122' zurückgehalten würden, wenn die Sedimentiergeschwindigkeit der das Bett bildenden Partikel nicht geändert worden wäre.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung können rote Blutkörperchen zur Bildung des gesättigten Fließbetts verwendet werden, und einer der Additivbehälter 1104 kann eine Additivsubstanz wie Wasser oder physiologische Kochsalzlösung mit einer schwachen Salzkonzentration enthalten. Die Additivsubstanz in einem der Additivbehälter 1104 kann zum Beispiel eine physiologische Kochsalzlösung mit etwa 0,4 Masseprozent Natriumchlorid sein. Diese Additivsubstanzen sind verglichen mit roten Blutkörperchen hypoton. Ein anderer der Additivbehälter 1104 enthält vorzugsweise eine Additivsubstanz, beispielsweise physiologische Kochsalzlösung mit einer starken Salzkonzentration, die verglichen mit roten Blutkörperchen hyperton ist. Die hypertone Additivlösung in einem der Additivbehälter 1104 kann zum Beispiel eine physiologische Kochsalzlösung mit etwa 7 Masseprozent Natriumchlorid sein.
Die hypotonen oder hypotonen Additivsubstanzen können viele verschiedene Arten von Lösungen sein, die eine vorbestimmte Konzentration eines bestimmten gelösten Stoffs enthalten. Diese Substanzen können zum Beispiel Albumin als gelösten Stoff enthalten.
Wie nachstehend eingehender beschrieben wird, neigen hypotone Additivlösungen dazu, die Größe der roten Blutkörperchen osmotisch zu vergrößern. Umgekehrt neigen hypertone Lösungen dazu, die Größe roter Blutkörperchen osmotisch zu verkleinern. Die Partikelsedimentiergeschwindigkeit steht wie vorstehend erläutert nach dem Stoke'schem Gesetz direkt mit der Größe des Partikels in Zusammenhang. Daher erhöht eine Zunahme der Partikelgröße die Sedimentiergeschwindigkeit, während eine Abnahme der Partikelgröße die Sedimentiergeschwindigkeit senkt.
Ein anderer der Additivbehälter 1104 enthält vorzugsweise eine Albumin oder Saccharose enthaltende Lösung. Solche Lösungen ändern die Dichte und/oder Viskosität von Flüssigkeit wie Plasma, das aus dem primären Behälter 1102 strömt. Wie vorstehend erwähnt steht die Sedimentiergeschwindigkeit eines Partikels nach dem Stoke'schem Gesetz auch mit der Dichte und Viskosität eines Fluids in Zusammenhang. Daher kann durch Zugabe von Dichte/Viskosität ändernden Komponenten in die Zufuhrleitung 1121 die Sedimentiergeschwindigkeit der Partikel des gesättigten Fließbetts geändert werden.
Zumindest einer der Additivbehälter 1104 enthält bevorzugt eine Substanz, die eine Reihe der das gesättigte Fließbett bildenden Partikel in der primären Lösung zusammenkettet, um eine Reihe von das gesättigte Fließbett bildende Partikelgruppen mit einer Größer zu bilden, die größer als die der einzelnen Partikel ist. Da die Partikelgruppen größer als die einzelnen Partikel sind, ist nach dem Stoke'schem Gesetz die Sedimentiergeschwindigkeit der das gesättigte Fließbett bildenden Partikelgruppen größer als die der einzelnen Partikel. In einer bevorzugten Ausführung enthält eine solche Partikelgruppen bildende Substanz Makromoleküle von Dextran oder Fibrogen. Diese Substanzen bewirken, dass die roten Blutkörperchen ein Rouleau bilden – d.h. die roten Blutkörperchen verketten sich und bilden separate rote Blutkörpchengruppen.
In einer in 19 gezeigten Ausführung der Erfindung ist die Zufuhrleitung 1121 mit dem Einlass 1140 der Fluidkammer 1122 gekoppelt. Die Fluidkammer 1122 ist an dem Zentrifugenrotor 1134 einer Zentrifugenvorrichtung 1136 angebracht, welche vorzugsweise einen Motor, eine Welle, einen Arm, eine Halterung, eine Pumpe und ein Steuergerät 1106 enthält, die jeweils ähnlich oder identisch zu dem Motor 16, der Welle 18, dem Arm 19, der Halterung 24, der Pumpe 36 und dem Steuergerät 40 sind, die in 1 und 3 gezeigt sind.
In einer in 20 gezeigten anderen Ausführung der Erfindung ist die Zufuhrleitung 1121 mit einem Einlass 1140' der Fluidkammer 1122' gekoppelt. Die Fluidkammer 1122' ist an einem Zentrifugenrotor 1134' einer Zentrifugenvorrichtung 1136' angebracht, die wie die in 19 gezeigte Zentrifugenvorrichtung 1136 konfiguriert ist.
Erfindungsgemäß wird auch ein Mittel für das Trennen von Partikeln von Flüssigkeit nach dem Strömen der Partikel und Flüssigkeit aus der Fluidkammer an die Hand gegeben. Wie in 19 veranschaulicht, koppelt ein Zwischenschlauch 1138 einen Auslass 1142 der Fluidkammer 1122 mit einem Einlass 1144 einer Zusatzkammer 1146. Die Zusatzkammer 1146 ist an dem Zentrifugenrotor 1134 abnehmbar angebracht.
Wie in 19 gezeigt, sind die Fluidkammer 1122 und die Zusatzkammer 1146 bei etwa dem gleichen Abstand von einer Drehachse des Rotors 1134 beabstandet. Eine maximale Querschnittfläche der Zusatzkammer 1146 ist vorzugsweise größer als die der Fluidkammer 112, so dass die Zusatzkammer 1146 Partikel zurückhält, ohne ein gesättigtes Partikelfließbett zu bilden. In einer anderen (nicht dargestellten) Ausführung ist die Zusatzkammer 1146 weiter als die Fluidkammer 1122 von einer Drehachse des Rotors 1134 entfernt. Während der Drehung des Rotors 1134 ermöglicht dieser Abstand, dass Partikel in der Zusatzkammer 1146 eine stärkere Zentrifugalkraft als Partikel in der Fluidkammer 1122 erfahren, wodurch die Zusatzkammer 1146 eine maximale Querschnittfläche ähnlich der der Fluidkammer 1122 haben kann.
Wie nachstehend eingehender beschrieben wird, bewirkt durch Steuern der Fließgeschwindigkeit und der Drehung des Rotors 1134 die Zentrifugalkraft in der Zusatzkammer 1146, dass die aus der Fluidkammer 1122 strömenden Partikel in der Kammer 1146 zurückgehalten werden, während Flüssigkeit durch einen Auslass 1148 und in eine Auslassleitung 1150 gelangen kann.
Wie in 19 gezeigt, ist die Zusatzkammer 1146 bevorzugt größer als die Fluidkammer 1122, so dass die Zusatzkammer 1146 eine erhebliche Anzahl an Partikeln zurückhalten kann. Vorzugsweise ist ein Innenraum der Zusatzkammer 1146 wie das der Fluidkammer 1122 geformt.
In einer in 20 gezeigten anderen Ausführung koppelt der Zwischenschlauch 1138' einen Auslass 1142' der Flüssigkeitskammer 1122' mit einem Einlass 1152 eines Trennkanals 1154, der an dem Zentrifugenrotor 1134' angebracht ist. Neben einem äußeren Teil des Zentrifugenrotors 1134' weist der Trennkanal 1154 eine Sammelsenke 1156 für das Sammeln von Partikeln auf, die in den Trennkanal 1154 strömen. Die Drehung des Zentrifugenrotors 1134' sedimentiert Partikel in die Sammelsenke 1156, während langsamer sedimentierende Flüssigkeit und möglicherweise einige langsamer sedimentierende Partikel über einer oberen Grenze 1158 der Sammelsenke bleiben.
Wie in 20 gezeigt, weist die Sammelsenke 1156 einen Partikelkonzentratauslass 1164 auf, der mit einer Partikelkonzentratleitung 1160 verbunden ist. Die Partikelkonzentratleitung 1160 entfernt in der Sammelsenke 1156 zurückgehaltene Partikel. Ein Flüssigkeitsauslass 1166 ist über der oberen Grenze 1158 vorgesehen und ist mit der Flüssigkeitsauslassleitung 1162 verbunden. Die Flüssigkeitsauslassleitung 1162 entfernt Flüssigkeit über der oberen Grenze 1158. Ferner kann die Flüssigkeitsauslassleitung 1162 langsamer sedimentierende Partikel über der oberen Grenze 1158 entfernen.
Bevorzugt sind die Partikelsammelsenke 1156, der Partikelkonzentratauslass 1164 und der Flüssigkeitsauslass 1166 an oder neben einem Ende des Trennkanals 1154 angeordnet, und der Einlass 1152 ist an oder neben einem entgegengesetzten Ende des Trennkanals 1154 angeordnet. Diese Beabstandung stellt ausreichend Zeit für die Trennung von Partikeln von Flüssigkeit, das Sammeln einer erheblichen Anzahl an Partikeln in der Sammelsenke 1156 und das entsprechende Entfernen einer erheblichen Anzahl an Partikeln durch die Konzentratleitung 1160 sicher.
Verfahren für das Trennen von T-Zellen, Tumorzellen, Stammzellen und/oder Plasma von einer peripheren Zellentnahme werden nachstehend unter Bezug auf 18–20 besprochen. Wenngleich die Erfindung in Verbindung mit dem Trennen dieser Substanzen von einer peripheren Zellentnahme beschrieben wird, versteht sich, dass die Erfindung in ihrem weitesten Sinn nicht hierauf beschränkt ist. Die Erfindung kann zum Beispiel mühelos umgesetzt werden, um Substanzen in einer Knochenmark- Ernteentnahme oder einer nach der Geburt geernteten Nabelschnur-Zellentnahme zu trennen. Ferner könnte das Verfahren der Erfindung im weitesten Sinn mit einem anderen Aufbau, als er in Verbindung mit den in 18–20 gezeigten Ausführungen beschrieben wird, praktiziert werden.
Nach einem Spendevorgang, bei welchem eine periphere Zellentnahme erhalten wird, wird die periphere Zellentnahme in den primären Behälter 1102 gegeben. Ein erheblicher Teil der peripheren Zellentnahme enthält Plasma, rote Blutkörperchen, Stammzellen und T-Zellen. Wenn das Blut des Spenders Tumorzellen enthielt, sind diese Zellen auch in der peripheren Zellentnahme enthalten.
Letztlich werden die roten Blutkörperchen aus der peripheren Zellentnahme verwendet, um ein gesättigtes Fließbett in der Fluidkammer 1122, 122' zu bilden. Wenn die Anzahl roter Blutkörperchen in der peripheren Zellentnahme nicht ausreicht, um das gesättigte Bett zu bilden, werden vorzugsweise zusätzliche rote Blutkörperchen in den primären Behälter 1102 gegeben, so dass die Anzahl roter Blutkörperchen die Anzahl an Stammzellen, T-Zellen und etwaiger Tumorzellen in dem primären Behälter 1102 übersteigt.
Zu Beginn eines Partikeltrennvorgangs wird die zum Behälter 1102 gehörige Pumpe 1124 aktiviert, um die periphere Zellentnahme aus dem primären Behälter 1102 zu der Zufuhrleitung 1121 zu befördern. Ferner werden eine oder mehrere der den Additivsubstanzen aus den Additivbehältern 1104 zugeordneten Pumpen 1126 genutzt, um Additive zu der Zufuhrleitung 1121 zu befördern. In der Zufuhrleitung 1121 vermischen sich die periphere Zellentnahme und eine oder mehrere der Additivsubstanzen, um die Sedimentiergeschwindigkeit der roten Blutkörperchen zu erhöhen oder zu senken.
Wird der Zufuhrleitung 1121 eine hypotone Lösung zugesetzt, vergrößern die roten Blutkörperchen ihre Größe osmotisch, wodurch die Sedimentiergeschwindigkeit der roten Blutkörperchen erhöht wird. Wenn umgekehrt der Zufuhrleitung 1121 hypertone Lösung zugesetzt wird, nehmen die roten Blutkörperchen an Größe ab, wodurch die Sedimentiergeschwindigkeit der roten Blutkörperchen gesenkt wird. Wenn physiologische Kochsalzlösung als hypotone oder hypertone Lösung verwendet wird, kann das Gemisch der peripheren Zellentnahme und der Additivsubstanzen in der Zufuhrleitung 1121 etwa 0,6 Masseprozent bis etwa 5 Masseprozent Natriumchlorid enthalten. Die Menge an Natriumchlorid oder anderen gelösten Stoffen in der Zufuhrleitung 1121 reicht bevorzugt aus, um eine Hämolyse (ein Bersten) der roten Blutkörperchen zu verhindern, wenn die roten Blutkörperchen an Größe zunehmen. Bei Verwendung von physiologischer Kochsalzlösung zum Beispiel liegt die Menge an Natriumchlorid in der Zufuhrleitung 1121 bei vorzugsweise etwa über 0,4 Masseprozent.
Wenn der Zufuhrleitung 1121 eine Albumin oder Saccharose enthaltende Lösung zugesetzt wird, erhöht die Lösung die Dichte und/oder Viskosität des Plasmas in der Zufuhrleitung 1121, wodurch die Sedimentiergeschwindigkeit der roten Blutkörperchen reduziert wird. Wenn der Zufuhrleitung 1121 ein Makromoleküle von Dextran oder Fibrogen enthaltendes Medium zugesetzt wird, bewirkt das Medium, dass rote Blutkörperchen in zur Zufuhrleitung 1121 ein Rouleau bilden, wodurch die Sedimentiergeschwindigkeit der roten Blutkörperchen erhöht wird.
Das Steuergerät 1106 aktiviert abhängig von der Sedimentiergeschwindigkeit der roten Blutkörperchen und den Sedimentiergeschwindigkeiten von Zellen, die getrennt werden, eine oder mehrere der Pumpen 1126. Um schneller sedimentierende Stammzellen von langsamer sedimentierenden T-Zellen zu trennen, wird die Additiveinleitung zum Beispiel so gesteuert, dass die Sedimentiergeschwindigkeit der roten Blutkörperchen zwischen die Sedimentiergeschwindigkeit der Stammzellen und die Sedimentiergeschwindigkeit der T-Zellen fällt.
Die periphere Zellentnahme und die Additivsubstanzen strömen durch die Zufuhrleitung 1121 in den Einlass 1140, 1140' der Fluidkammer 1122, 1122'. Das Steuergerät 1106 steuert die Drehzahl des Rotors 1136, 1136' und die Fließgeschwindigkeit in die Fluidkammer 1122, 1122', um ein gesättigtes Fließbett roter Blutkörperchen in der Fluidkammer 1122, 1122' herzustellen.
Das gesättigte Fließbett roter Blutkörperchen benimmt sich wie das früher beschriebene Fließbett aus Blutplättchen. Plasma, Additivsubstanzen und langsamer sedimentierende T-Zellen passieren das gesättigte Fließbett roter Blutkörperchen und den Auslass 1142, 1142', während das Bett schneller sedimentierende Stammzellen in der Fluidkammer 1122, 1122' zurückhält. Wenn rote Blutkörperchen weiter in die Fluidkammer 1122, 1122' strömen und in das gesättigte Fließbett eindringen, strömen rote Blutkörperchen aus dem Auslass 1142, 1142'. Da das Fließbett gesättigt ist, ist die Geschwindigkeit, bei welcher rote Blutkörperchen in den Einlass 1140, 1140' eintreten, gleich der Geschwindigkeit, bei welcher rote Blutkörperchen durch den Auslass 1142, 1142' strömen.
Wenn das gesättigte Fließbett roter Blutkörperchen weiter schneller sedimentierende Partikel filtriert, mischen die Pumpe 1124 und eine oder mehrere der Additivpumpen 1126 weiter die periphere Zellentnahme und Additive in der Zufuhrleitung 1121. Dies gewährleistet, dass die in das gesättigte Fließbett eindringenden roten Blutkörperchen und die roten Blutkörperchen im Bett eine Sedimentiergeschwindigkeit zwischen der der ersten und zweiten Partikel haben, die getrennt werden.
In der Ausführung von 19 strömen Plasma, Additivsubstanzen, T-Zellen und der Anteil roter Blutkörperchen, die das gesättigte Fließbett verlassen, durch den Auslass 1142 und den Zwischenschlauch 1138 in den Einlass 1144 der Zusatzkammer 1146. In der Zusatzkammer 1146 hält die durch Drehung des Rotors 1134 erzeugte Zentrifugalkraft die T-Zellen und die roten Blutkörperchen zurück. Inzwischen strömen das Plasma und die Additivsubstanzen aus dem Auslass 1148 in die Auslassleitung 1150. Dies trennt die T-Zellen und die roten Blutkörperchen von dem Plasma und den Additivsubstanzen.
Die Stammzellen und die roten Blutkörperchen in der Fluidkammer 1122 und die T-Zellen und die roten Blutkörperchen in der Zusatzkammer 1146 können einen Rückstand einiger der Additivsubstanzen zurückhalten, beispielsweise Albumin, Saccharose, Dextran oder Fibrogen. Um diesen Rückstand von diesen Zellen zu waschen, pumpt eine der Pumpen 1126 vor Beendigung des Trennvorgangs vorzugsweise ein Waschmedium wie physiologische Kochsalzlösung aus einem entsprechenden Additivbehälter 1104 durch die Fluidkammer 1122 und die Zusatzfluidkammer 1146. Bei Bedarf kann die Drehzahl des Rotors 1134 geändert werden, um während des Waschens Partikel in der Fluidkammer 1122 und der Zusatzfluidkammer 1146 zurückzuhalten.
Wenn die gesamte periphere Zellentnahme von dem primären Behälter 1102 strömt, beendet das Steuergerät 1106 die Drehung des Zentrifugenrotors 1124. Um die Stammzellen und roten Blutkörperchen aus der Fluidkammer 1222 zu entnehmen, löst ein Bediener die Fluidkammer 1122 von dem Zentrifugenrotor 1134 und trennt die Zufuhrleitung 1121 oder den Zwischenschlauch 1138 von der Fluidkammer 1122. In ähnlicher Weise entnimmt der Bediener T-Zellen und rote Blutkörperchen, die in der Zusatzfluidkammer 1146 zurückgehalten wurden.
In der Ausführung von 20 strömen Plasma, Additivsubstanzen, T-Zellen und der Anteil roter Blutkörperchen, die das gesättigte Fließbett verlassen, durch den Auslass 1142' und den Zwischenschlauch 1138' in den Einlass 1152 des Trennkanals 1154. Die durch die Drehung des Zentrifugenrotors 1134' erzeugte Zentrifugalkraft sedimentiert die T-Zellen und roten Blutkörperchen in der Sammelsenke 1156, während Plasma und Additivsubstanzen über der oberen Grenze 1158 der Sammelsenke 1156 bleiben. Wenn sich die T-Zellen und roten Blutkörperchen in der Sammelsenke 1156 sammeln, entfernt die Partikelkonzentratleitung 1160 diese durch den Auslass 1164. Gleichzeitig entfernt die Flüssigkeitsauslassleitung 1162 Plasma und Additivsubstanzen durch den Flüssigkeitsauslass 1166.
Wenn sich der primäre Behälter 1102 leert, beendet das Steuergerät 1106 die Drehung des Rotors 1136'. Ein Bediener entnimmt dann die Stammzellen und die roten Blutkörperchen aus der Fluidkammer 1222' durch Lösen der Fluidkammer 1122' von dem Zentrifugenrotor 1134' und Trennen der Zufuhrleitung 1121' oder des Zwischenschlauchs 1138' von der Fluidkammer 1122'.
Um schneller sedimentierende Tumorzellen von langsamer sedimentierenden Stammzellen zu trennen, geben eine oder mehrere der Pumpen 1126 Additivsubstanzen von einem oder mehreren der Additivbehälter 1104 in die Zufuhrleitung 1121. Die Additivsubstanzen regeln die Sedimentiergeschwindigkeit der roten Blutkörperchen auf eine Sedimentiergeschwindigkeit zwischen der Sedimentiergeschwindigkeit von Tumorzellen und der Sedimentiergeschwindigkeit von Stammzellen.
Wie vorstehend beschrieben bildet sich ein gesättigtes Fließbett roter Blutkörperchen in der Fluidkammer 1122, 1122'. Da die Tumorzellen eine größere Sedimentiergeschwindigkeit als die roten Blutkörperchen haben, hält das gesättigte Fließbett roter Blutkörperchen Tumorzellen in der Fluidkammer 1122, 1122' zurück. Stammzellen, die jetzt eine geringere Sedimentiergeschwindigkeit als rote Blutkörperchen haben, strömen aus dem Auslass 1142, 1142' der Fluidkammer 1122, 1122' zusammen mit dem Teil roter Blutkörperchen, die das Bett verlassen.
In der Zusatzkammer 1146 oder dem Trennkanal 1154 trennen sich Stammzellen und rote Blutkörperchen von dem Plasma und den Additivsubstanzen in gleicher Weise wie sich die T-Zellen und roten Blutkörperchen von dem Plasma und den Additivsubstanzen in dem oben beschriebenen Verfahren trennen. Wenn die Ausführung von 19 verwendet wird, wäscht Waschmedium, beispielsweise physiologische Kochsalzlösung von einem der Additivbehälter 1104, den Additivrückstand von den Partikeln in der Fluidkammer 1122 und in der Zusatzfluidkammer 1146, wie vorstehend beschrieben wurde.
Wenn der primäre Behälter 1102 leer ist, entnimmt ein Bediener Tumorzellen und rote Blutkörperchen aus der Fluidkammer 1122 oder 1122'. Stammzellen und rote Blutkörperchen werden aus der in 19 gezeigten Zusatzkammer 1146 oder aus dem in 20 gezeigten Partikelkonzentratauslass entnommen.
Die Erfindung kann genutzt werden, um durch Zurückhalten von Stammzellen in dem gesättigten Fließbett roter Blutkörperchen langsamer sedimentierende Tumorzellen von schneller sedimentierenden Stammzellen zu trennen, während Tumorzellen durch das Bett strömen dürfen. Die Erfindung kann in ihrem weitesten Sinn auch zum Trennen vieler verschiedener Arten von Partikeln voneinander verwendet werden.
Daher versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die in dieser Schrift beschriebenen Beispiele beschränkt ist. Vielmehr soll die Erfindung Abwandlungen und Abänderungen decken, sofern sie in den Schutzumfang der folgenden Ansprüche fallen.

Claims

Fluidkammer (122; 222; 322; 422; 522; 622; 722; 822a; 1022; 1022'; 1122; 1122') für das Trennen von Partikelbestandteilen von einer Flüssigkeit, wobei die Fluidkammer umfasst: einen Einlass (128; 228); einen Auslass (132; 232); eine sich zwischen dem Einlass und dem Auslass (128, 132; 228, 232) erstreckende Wand zur Bildung eines Fluidkammerinnenraums entlang einer Längsachse der Fluidkammer (122; 222; 322; 422; 1022; 1022'), wobei der Innenraum an einer Position zwischen dem Einlass und dem Auslass (128, 132; 228, 232) eine maximale Querschnittfläche (133; 233; 1033; 1033') aufweist, der Innenraum von der Position der maximalen Querschnittfläche (133; 233; 1033; 1033') hin zum Einlass (128; 228) zusammenläuft; und mindestens eines von einer Nut und einer mindestens einen Stufe (190; 225, 290, 294; 390, 394; 490, 494; 1090; 1090'), welche an einer Innenfläche der Wand für das Reduzieren der Coriolis-Strahlstrombildung in der Fluidkammer (122; 222; 322; 422; 1022; 1022') ausgebildet sind.
Fluidkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nut (190; 290; 1040; 1090') in der Fluidkammer (122; 222; 1022; 1022') an der Position der maximalen Querschnittfläche (133; 233; 1033; 1033') befindet.
Fluidkammer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (190; 1090; 1090') obere und untere Teile (191, 192; 1091; 1092; 1091', 1092'), welche im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Fluidkammer (122; 1022; 1022') ausgerichtet sind, sowie eine Seite (193; 1093; 1093'), welche die oberen und unteren Teile (191, 192; 1091, 1092; 1091', 1092') verbindet, umfasst.
Fluidkammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Seite der Nut (190; 1090; 1090') die Längsachse der Fluidkammer (122; 1022; 1022') umgibt.
Fluidkammer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Nut (1090; 1090') von einer inneren Position der Wand zu einer äußeren Position der Wand erstreckt, wobei die innere Position näher zur Längsachse als die äußere Position angeordnet ist, und dass die Nut (1090; 1090') eine Breite aufweist, welche sich in einer Richtung parallel zur Längsachse erstreckt, wobei die Fluidkammer (1022; 1022') weiterhin eine Lippe (1094, 1094') umfasst, welche für das Bilden mindestens eines Einlaufs (1096; 1095') in die Nut (1090; 1090') nahe der inneren Position angeordnet ist, wobei eine sich in eine Richtung parallel zur Längsachse erstreckende Abmessung des Einlaufes kleiner als die Breite der Nut (1090; 1090') ist.
Fluidkammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lippe (1094') eine innere Nutwand (1097') bildet, welche sich zwischen dem oberen und unteren Teil (1091; 1092') der Nut (1090') erstreckt, und der Einlauf eine Öffnung (1095') in der inneren Nutwand (1097') umfasst, welche sich entlang eines Teils der Nut (1090') erstreckt.
Fluidkammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lippe (1094) erste und zweite Einläufe (1095') bildet, welche sich entlang Teilen der Nut (1090') erstrecken, wobei sich der erste Einlauf (1095') nahe einem Coriolis-Strahlstrombildungsbereich befindet.
Fluidkammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Einlauf (1096) zwischen der Lippe (1094) und dem Einlass der Fluidkammer (1022) angeordnet ist.
Fluidkammer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Stufe (294; 394) eine im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Fluidkammer (222; 322) ausgerichtete Grundfläche (295; 395) aufweist.
Fluidkammer nach Anspruch 9, welche weiterhin eine mit der Grundfläche (295) verbundene Seitenfläche (296) umfasst, wobei die Seitenfläche (296) im Wesentlichen rechtwinklig zur Grundfläche (295) ist.
Fluidkammer nach Anspruch 9, welche weiterhin eine mit der Grundfläche (395) verbundene Seitenfläche (396) aufweist, wobei die Seitenfläche (396) bei einem spitzen Winkel zur Grundfläche (395) ausgerichtet ist.
Fluidkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Stufe (294; 494) eine im Wesentlichen parallel zur Längsachse ausgerichtete Seitenfläche (296; 496) umfasst.
Fluidkammer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Stufe (294; 394; 494) zwischen der Position der maximalen Querschnittfläche (233) und dem Einlass (228) angeordnet ist.
Fluidkammer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Stufe (225) zwischen der Position der maximalen Querschnittfläche (233) und dem Auslass (232) angeordnet ist.
Fluidkammer nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stufe eine zu einer Höhlung ausgebildete obere Fläche aufweist.
Schlauchset (70), welches umfasst: die Fluidkammer (122; 222; 322; 422; 522; 622; 722; 822a; 1022; 1022'; 1122; 1122') nach einem der vorangehenden Ansprüche; eine so ausgelegte Leitung (44; 746), dass sie durch einen Zentrifugenrotor (12; 512; 612; 812; 1134; 1134') aufgenommen wird, wobei die Leitung (44; 746) einen Teil umfasst, welcher eine Trennkammer (46; 546; 646; 746) für das zentrifugale Trennen von Partikelbestandteilen von einer Flüssigkeit bildet, wobei die Leitung (44, 746) mindestens einen Einlass (741) und mindestens einen Auslass (747) aufweist, wobei der Leitungsauslass (747) mit dem Fluidkammereinlass in Fluidverbindung steht; und eine mit dem Auslass der Fluidkammer verbundene Abflussleitung.
Schlauchset nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung einen so ausgelegten Kanal (44) umfasst, dass er in eine ringförmige Nut (14) in dem Zentrifugenrotor (12; 512; 612; 812; 1134; 1134') passt, wobei der Kanal (44) einen Auslass für blutplättchenreiches Plasma umfasst, wobei der Einlass der Fluidkammer (122; 222; 322; 422; 522; 622; 722; 822a; 1022; 1022'; 1122; 1122') in Fluidverbindung mit dem Auslass des blutplättchenreichen Plasmas steht.
Schlauchset nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit Blut ist und die Partikelbestandteile Blutbestandteile sind.
Verfahren zur Trennung von Partikelbestandteilen von einer Flüssigkeit, welches den Schritt des Drehens einer Zentrifuge umfasst, welche einen Zufluss eines Gemisches der Partikelbestandteile und der Flüssigkeit hat und eine Fluidkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 15 aufweist, um darin die Partikelbestandteile von der Flüssigkeit zu trennen.