DE102005021305A1 - Reactor unit comprises two of more chambers formed by the inner housing wall and a cylindrical layer of hollow fiber bundles embedded in sealing compound - Google Patents

Reactor unit comprises two of more chambers formed by the inner housing wall and a cylindrical layer of hollow fiber bundles embedded in sealing compound Download PDF

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Franz Dr. Kugelmann
Raimund Prof. Dr. Margreiter
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Thomas Dr. Wild
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Abstract

The hollow fiber bundles form a diaphragm separating the inner and outer chambers in the housing have an individual inner diameter of 100 mu m and the bundle has an optionally variable density along the length of the fibers of 1.2 to 10 (1 to 4) fibers/mm 2> . The fibers are embedded at either ends in sealing compound masses and are formed as bulgy or spiral hollow bundles. The diaphragm is formed from polytetrafluoroethylene gas exchange hollow fibers for the exchange of oxygen o. The fibers are arranged in the housing with an inlet and outlet and form a u-shaped flow channel. The housing is cylindrical and has connections for filling, emptying and/or sampling from the chamber. The hollow fibers forming the diaphragm have a hydraulic permeability of 500 ml/mm Hg*h*m 2>. The reactor units are rotatable and arranged in parallel. The housing is made from polypropylene and/or the sealing compound is made Polyurethane and/or the hollow fibers are made of from Polyarylethersulfone or Polytetrafluroethylene. Independent claims are also included for: (1) a procedure to the evaluation of a material exchange by hollow fibers; and (2) a system with a reactor unit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Reaktoreinheit mit einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer, wobei die erste Kammer durch den Innenraum eines Gehäuses gebildet wird und wobei die zweite Kammer durch den Innenraum mehrerer in dem Gehäuse angeordneter Hohlfasern gebildet wird.The The invention relates to a reactor unit with a first chamber and a second chamber, wherein the first chamber through the interior a housing is formed and wherein the second chamber through the interior of several arranged in the housing Hollow fibers is formed.

Derartige Reaktoreinheiten sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt und dienen beispielsweise dazu, humane oder tierische Zellen unterschiedlichen Ursprungs zu züchten oder finden beispielsweise Anwendung in der künstlichen Leber- und Pankreasersatztherapie.such Reactor units are known in different embodiments and serve for example, human or animal cells different Origin to breed or are used, for example, in artificial liver and pancreatic replacement therapy.

Aus der U.S. 5,437,998 ist ein Reaktor bekannt, der eine rotierbar angeordnete Reaktoreinheit aufweist, in der sich ein Medium mit zu züchtenden Zellen befindet. Die Versorgung des Zellmediums mit Sauerstoff sowie die Abfuhr des gebildeten CO2 wird mittels einer permeablen Wandung der Reaktoreinheit erreicht.From US Pat. No. 5,437,998 a reactor is known which has a rotatably arranged reactor unit in which there is a medium with cells to be cultivated. The supply of the cell medium with oxygen and the removal of the CO 2 formed is achieved by means of a permeable wall of the reactor unit.

Aus der WO 03/105663 A2 ist ein Leberunterstützungssystem bekannt, das eine Reaktoreinheit mit einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer aufweist, wobei die erste Kammer durch den Innenraum eines Gehäuses und die zweite Kammer durch die Innenräume von Hohlfasern eines in dem Gehäuse aufgenommenen Hohlfaserbündels gebildet wird. Die Hepatozyten befinden sich in der ersten Kammer. Das Blutplasma wird in einer Ausführungsform des beschriebenen Reaktors durch die Innenräume der Hohlfasem, d. h. durch die zweite Kammer geführt. Der Stoffaustausch erfolgt über die Hohlfasermembranen. Die Hohlfasern sind gerade ausgeführt und verlaufen in Längsrichtung des Gehäuses. Aus der WO 04/050864 A1 ist ein Bioreaktor bekannt, bei dem eine die zu züchtenden Zellen enthaltende Kammer vorgesehen ist, die mittels einer Membran von einer ein Nährmedium führenden Zufuhr- bzw. Abfuhrleitung getrennt ist.Out WO 03/105663 A2 discloses a liver support system which has a Reactor unit having a first chamber and a second chamber, wherein the first chamber through the interior of a housing and the second chamber through the interiors of hollow fibers of an in the housing recorded hollow fiber bundle is formed. The hepatocytes are in the first chamber. The Blood plasma is in one embodiment of the described reactor through the interiors of the hollow fibers, d. H. by led the second chamber. Of the Substance exchange takes place via the hollow fiber membranes. The hollow fibers are straight and running longitudinal of the housing. From WO 04/050864 A1 a bioreactor is known in which a the ones to be bred Cells containing chamber is provided, which by means of a membrane one of a nutrient medium leading Supply and discharge line is disconnected.

Wie oben ausgeführt, können Reaktoreinheiten der eingangs genannten Art beispielsweise dazu herangezogen werden, Zellen zu züchten. Ein weiterer Einsatzbereich ist die Therapie, beispielsweise die Leber- und Pankreasersatztherapie. Vorbekannte Reaktoreinheiten besitzen somit beispielsweise eine erste Kammer zur Kultivierung von Zellen, durch die ein durch die zweite Kammer gebildeter Versorgungskreislauf verläuft, durch den ein Nährmedium bzw. Blut oder Blutkomponenten strömt. Die zweite Kammer wird im Regelfall durch ein Hohlfasermembranbündel gebildet, wobei über die Membranen der Hohlfasern Stoffe mit dem Medium in der ersten Kammer ausgetauscht werden. Dabei ist üblicherweise vorgesehen, dass größere Einheiten, wie z. B. Zellen die Membran der Hohlfasern nicht passieren können. Mittels einer derartigen Reaktoreinheit können die Zellen in der ersten Kammer mit Nährstoff versorgt und Stoffwechselprodukte abgeführt werden. Im Falle der oben genannten Verwendung der Reaktoreinheit als künstliche Leber werden Stoffe aus dem Blut mit der Kammer ausgetauscht, die dann von Leberzellen metabolisiert werden.As stated above can Reactor units of the type mentioned above, for example, used to grow cells. Another area of application is therapy, for example the Liver and pancreatic replacement therapy. Previously known reactor units thus have, for example, a first chamber for cultivation of cells through which a supply circuit formed by the second chamber runs, through which a nutrient medium or Blood or blood components flow. The second chamber is usually formed by a hollow fiber membrane bundle, being over the membranes of the hollow fibers substances with the medium in the first chamber be replaced. It is usually provided that larger units, such as B. cells can not pass the membrane of the hollow fibers. through In such a reactor unit, the cells in the first Chamber supplied with nutrients and metabolites dissipated become. In the case of the above-mentioned use of the reactor unit as artificial Liver substances are exchanged from the blood with the chamber, which then be metabolized by liver cells.

Für die oben genannten Vorgänge ist ein guter Stoffaustausch zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer der Reaktoreinheit erforderlich. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Reaktoreinheit der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass die Reaktoreinheit gegenüber vorbekannten Reaktoreinheiten verbesserte Stoffaustauscheigenschaften aufweist.For the above mentioned operations is a good mass transfer between the first chamber and the second chamber of the reactor unit required. It is the task of the present invention, a reactor unit of the aforementioned Further develop type in that the reactor unit compared to previously known Reactor units has improved mass transfer properties.

Diese Aufgabe wird durch eine Reaktoreinheit mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 11 gelöst. Danach ist vorgesehen, dass die Hohlfasern in dem Gehäuse derart angeordnet sind, dass ihre auf die Querschnittsfläche der ersten Kammer bezogene Dichte in wenigstens einem Bereich der ersten Kammer 10 Fasern/mm2 nicht übersteigt. Es hat sich gezeigt, dass der Stoffaustausch zwischen der ersten und der zweiten Kammer optimal erfolgen kann, wenn die Hohlfasern eine bestimmte Dichte bezogen auf den Querschnitt der ersten Kammer nicht überschreiten. Dabei wurde festgestellt, dass ein guter Austausch dann erfolgt, wenn die Dichte der Fasern nicht den maximal möglichen Wert aufweist, sondern darunter liegt. Eine wie bei Hämodialysatoren bevorzugte dichteste Packung der Fasern ist hier nicht vorteilhaft. Eine minimale Dichte ergibt sich aus der Gewährleistung der Versorgungskapazität, die auch von der Gesamtaustauschfläche abhängt.This object is achieved by a reactor unit having the features of claims 1 and 11. Thereafter, it is provided that the hollow fibers are arranged in the housing such that their relative to the cross-sectional area of the first chamber density in at least a portion of the first chamber 10 fibers / mm 2 does not exceed. It has been found that the mass transfer between the first and the second chamber can take place optimally if the hollow fibers do not exceed a certain density relative to the cross section of the first chamber. It was found that a good exchange occurs when the density of the fibers does not have the maximum possible value, but lies below. A preferred as in hemodialysis densest packing of the fibers is not advantageous here. A minimum density results from ensuring the supply capacity, which also depends on the total exchange area.

Bei einer Hohlfaser mit einem Außendurchmesser von ca. 250 µm beträgt die maximale Faserdichte 12 Fasern/mm2. Es hat sich gezeigt, dass ein besonders günstiger Stoffaustausch dann erzielt wird, wenn die auf die Querschnittsfläche der ersten Kammer bezogenen Dichte der Fasern den Wert von 10 Fasern/mm2 nicht übersteigt.For a hollow fiber having an outer diameter of about 250 microns, the maximum fiber density is 12 fibers / mm 2 . It has been found that a particularly favorable mass transfer is achieved when the density of the fibers, which is related to the cross-sectional area of the first chamber, does not exceed the value of 10 fibers / mm 2 .

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die flächenbezogene Dichte der Hohlfasern in wenigstens einem Bereich der ersten Kammer im Bereich von 0,2 bis 10 Fasern/mm2, vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 6 Fasern/mm2 und besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 4 Fasern/mm2 liegt. Diese Dichten sind wenigstens in einem Punkt der ersten Kammer zu realisieren.It is particularly advantageous if the area-related density of the hollow fibers in at least one region of the first chamber in the range of 0.2 to 10 fibers / mm 2 , preferably in the range of 0.5 to 6 fibers / mm 2, and particularly preferably in the range of 1 to 4 fibers / mm 2 . These densities can be realized at least in one point of the first chamber.

Die hier und im Folgenden angegebenen Faserdichten beziehen sich auf eine gleichmäßige Faserdichte bezogen auf 1 cm2.The fiber densities given here and below refer to a uniform Fa serdichte related to 1 cm 2 .

Die erfindungsgemäße flächenbezogene Dichte der Hohlfasern der Reaktoreinheit kann einerseits dadurch realisiert werden, dass die Fasern bereits in der entsprechenden Dichte vergossen, d. h. bzw. in ihren Endbereichen in Vergussmassen eingebettet werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Fasern in Form ihrer dichtestmöglichen Packung zu vergießen und sodann den Abstand zwischen den beiden Vergussmassen in der Kammer zu verringern, so dass der Abstand der Vergussflächen geringer ist als die Länge des zwischen den Vergussmassen befindlichen Abschnittes der Fasern. In diesem Fall verlaufen die Fasern zwischen den Vergussflächen nicht gerade, sondern gekrümmt, beispielsweise spindelförmig.The surface density according to the invention the hollow fibers of the reactor unit can be realized on the one hand be that the fibers already shed in the appropriate density, d. H. or embedded in encapsulants in their end regions. Furthermore, there is the possibility of the Fibers in the form of their densest possible Shed pack and then the distance between the two potting compounds in the Decrease chamber, so that the distance of the casting surfaces lower is as the length the between the potting compounds located portion of the fibers. In this case, the fibers do not run straight between the potting surfaces, but curved, for example, spindle-shaped.

Somit ist es denkbar, dass sich die auf die Querschnittsfläche der ersten Kammer bezogene Dichte der Fasern in Faserlängsrichtung ändert. Dies ist z. B. dann der Fall, wenn die Fasern in ihrer dichtesten Packung vergossen werden, jedoch der Abstand zwischen den zueinander gewandten Flächen der Vergussmassen geringer ist als die Länge der zwischen den Vergussmassen befindlichen Faserabschnitte. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass die auf die Querschnittsfläche der ersten Kammer bezogene Dichte der Fasern in Faserlängsrichtung konstant ist. Ein derartiges Ausführungsbeispiel ist dann denkbar, wenn die Fasern in der gewünschten Dichte, die unter der maximal möglichen Dichte liegt, vergossen werden.Consequently It is conceivable that the on the cross sectional area of the first chamber related density of the fibers in the fiber longitudinal direction changes. This is z. As is the case when the fibers are in their densest packing be shed, but the distance between the facing each other Surfaces of the Potting compounds is less than the length of the between the potting compounds located fiber sections. Alternatively, it may also be provided be that related to the cross-sectional area of the first chamber Density of the fibers in the fiber longitudinal direction is constant. Such an embodiment is then conceivable if the fibers are in the desired Density below the maximum possible Density lies, shed.

Grundsätzlich ist es möglich, dass in der Reaktoreinheit eine oder auch mehr als eine Vergussmasse angeordnet sind, in denen ein Abschnitt, üblicherweise der Endabschnitt, der Hohlfasern eingebettet ist. Eine Vergussmasse kann dann vorgesehen sein, wenn die Fasern beispielsweise einen U-förmigen Verlauf aufweisen.Basically it is possible that in the reactor unit one or more than one potting compound are arranged, in which a section, usually the end section, embedded in the hollow fibers. A potting compound can then be provided For example, if the fibers have a U-shaped course.

Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die Reaktoreinheit zwei Vergussmassen aufweist, die sich gegenüber liegen, in denen ein Abschnitt, vorzugsweise der Endabschnitt der Hohlfasern eingebettet ist und zwischen denen sich ein weiterer Abschnitt der Hohlfasern erstreckt.Of course it is it also possible that the reactor unit has two potting compounds which face each other, in which a portion, preferably the end portion of the hollow fibers is embedded and between which another section of the Hollow fibers extends.

Wie oben ausgeführt, kann dabei vorgesehen sein, dass die Hohlfasern zwischen den Vergussmassen gerade oder auch gekrümmt verlaufen, so dass sich beispielsweise ein bauchiges oder spindelförmiges Hohlfaserbündel ergibt. Dabei füllen die Fasern das Volumen der ersten Kammer weitgehender aus, als bei einem gestreckten, geraden Faserverlauf.As stated above can be provided that the hollow fibers between the potting compounds straight or curved run, so that, for example, results in a bulbous or spindle-shaped hollow fiber bundle. Fill it Fibers the volume of the first chamber more largely than at a straight, straight grain.

Wie oben ausgeführt, besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung darin, dass die Länge des zwischen den Vergussmassen befindlichen Abschnittes wenigstens einiger oder aller Hohlfasern mindestens 0,5 % über dem Abstand der zueinander gewandten Flächen der Vergussmassen liegt. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Länge der genannten Abschnitte wenigstens einiger oder aller Hohlfasern mindestens 1 % und bevorzugt mindestens 3 % über dem genannten Abstand der Vergussflächen liegt.As stated above There is an advantageous embodiment of the invention is that the length of the between the potting masses section of at least some or all hollow fibers at least 0.5% above the distance of the facing each other surfaces the Vergussmassen lies. It is particularly preferred if the length of said sections of at least some or all hollow fibers at least 1% and preferably at least 3% above said distance of potting lies.

Es besteht die Möglichkeit, die Hohlfasern mit geeigneten Mitteln derart einzuschnüren, dass die auf die Querschnittsfläche der ersten Kammer bezogene Dichte der Fasern erhöht ist. Grundsätzlich können die Hohlfasern bzw. die durch diese gebildeten Spindeln beispielsweise durch O-Ringe eingeschnürt werden, so dass die Dichte wieder nach oben reguliert werden kann.It it is possible, to constrict the hollow fibers by suitable means such that the on the cross-sectional area the density increased in the first chamber is increased. Basically, the Hollow fibers or the spindles formed by them, for example constricted by O-rings so that the density can be regulated upwards again.

Die Erfindung betrifft ferner eine Reaktoreinheit mit einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer, wobei die erste Kammer durch den Innenraum eines Gehäuses gebildet wird und wobei die zweite Kammer durch den Innenraum mehrerer in dem Gehäuse angeordneter Hohlfasern gebildet wird. Dabei ist vorgesehen, dass in der Reaktoreinheit wenigstens zwei Vergussmassen angeordnet sind, in denen ein Abschnitt, vorzugsweise der Endabschnitt der Hohlfasern eingebettet ist und zwischen denen sich ein weiterer Abschnitt der Hohlfasern erstreckt, wobei die Länge des sich zwischen den Vergussmassen befindlichen Hohlfaserabschnittes wenigstens einiger oder aller Hohlfasern mindestens 0,5 % über dem Abstand der zueinander gewandten Vergussflächen liegt. Auf diese Weise ergibt sich eine geringere flächenbezogene Faserdichte als für den Fall, dass der Abstand der zueinander gewandten Vergussflächen der Länge des Abschnittes der Hohlfasern entspricht, der sich zwischen diesen erstreckt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine derartige Reaktoreinheit gemäß dem kennzeichnenden Teil eines der Ansprüche 1 bis 10 ausgeführt ist.The The invention further relates to a reactor unit having a first chamber and a second chamber, wherein the first chamber through the interior of a housing is formed and wherein the second chamber through the interior of several in the case arranged hollow fibers is formed. It is envisaged that at least two potting compounds are arranged in the reactor unit, in which a portion, preferably the end portion of the hollow fibers is embedded and between which another section of the Hollow fibers extends, the length of which is located between the potting compounds Hollow fiber portion of at least some or all hollow fibers at least 0.5% over the distance of the mutually facing Vergussflächen lies. In this way results in a lower area related Fiber density than for the case that the distance between the facing casting surfaces of the Length of the Section of the hollow fibers corresponds between them extends. It is particularly advantageous if such a reactor unit according to the characterizing one Part of one of claims 1 to 10 executed is.

Der Verlauf der Hohlfasern in dem Gehäuse ist weitgehend beliebig. Denkbar ist es, dass die Hohlfasern derart angeordnet sind, dass das durch diese strömende Medium in eine Richtung oder in wenigstens zwei unterschiedliche Richtungen geführt wird. Im letzten Fall erfährt das durch die Hohlfasern strömende Medium somit wenigstens eine Richtungsänderung. Denkbar ist beispielsweise, dass der Strömungsverlauf des durch die Hohlfasern strömenden Mediums im wesentlichen U-förmig ausgestaltet ist bzw. das U-fönnig ausgeführte Hohlfasem zum Einsatz kommen.Of the Course of the hollow fibers in the housing is largely arbitrary. It is conceivable that the hollow fibers are arranged such that the flowing through it Medium in one direction or in at least two different ones Directions is guided. In the last case learns the flowing through the hollow fibers Medium thus at least one change of direction. For example, it is conceivable that the flow course of the flowing through the hollow fibers Medium is designed substantially U-shaped or the U-fönnig executed Hollow fibers are used.

Liegt wenigstens eine Richtungsänderung vor, ergibt sich eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung insbesondere dann, wenn der Stoffaustausch zwischen beiden Kammern zumindest auch durch Konvektion erfolgen soll. Der konvektive Stofftransport ist direkt proportional zur Druckdifferenz über die Hohlfasermembranen. Der Druckabfall in den Hohlfasern ist direkt proportional zur Länge der Faser und umgekehrt proportional zum Durchmesser der Faser in der vierten Potenz. Wenn somit der Strömungsverlauf des durch die Hohlfasern strömenden Mediums mindestens einmal eine Richtungsänderung, beispielsweise eine Richtungsumkehr erfährt, in der er z. B. mindestens einmal hin- und zurückgeführt wird, erhöht sich der Gesamtweg durch das Gehäuse entsprechend. Dies bedingt einen entsprechend höheren Druck in den Hohlfasermembranen und führt zu einer Erhöhung der Druckdifferenz über die Hohlfasermembranen und damit zu einer Erhöhung des konvektiven Austausches.If there is at least one change of direction, an advantageous embodiment of the invention results, in particular, if the mass transfer between the two chambers at least also to be done by convection. The convective mass transport is directly proportional to the pressure difference across the hollow fiber membranes. The pressure drop in the hollow fibers is directly proportional to the length of the fiber and inversely proportional to the diameter of the fiber in the fourth power. Thus, if the flow of the flowing through the hollow fibers medium at least once undergoes a change in direction, for example, a reversal in direction, in which he z. B. is at least once back and returned, the total path through the housing increases accordingly. This causes a correspondingly higher pressure in the hollow-fiber membranes and leads to an increase in the pressure difference across the hollow-fiber membranes and thus to an increase in the convective exchange.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Zulauf sowie der Ablauf der Hohlfasern an derselben Seite des Gehäuses angeordnet sind. Dabei ist es möglich, dass der Strömungspfad des durch die Hohlfasern geführten Mediums U-förmig ist oder auch mehrere Richtungsänderungen aufweist. Es ist möglich, den Druckunterschied zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer bzw. der in diesen befindlichen Medien derart einzustellen, dass dieser am Umkehrpunkt der Hohlfasern den Wert Null annimmt. Vor diesem Umkehrpunkt findet aufgrund des Druckunterschiedes eine Konvektion aus den Hohlfasern in die erste Kammer und in dem sich an den Umkehrpunkt anschließenden Strömungsweg eine Konvektion aus der ersten in die zweite Kammer statt, d. h. aus dem in dem Gehäuse befindlichen Medium in die Hohlfasern.Especially It is advantageous if the inlet and the outlet of the hollow fibers on the same side of the case are arranged. It is possible that the flow path of the guided through the hollow fibers Medium U-shaped is or several changes of direction having. It is possible, the pressure difference between the first chamber and the second To adjust the chamber or the media contained in these that it assumes the value zero at the reversal point of the hollow fibers. Before this reversal point takes place due to the pressure difference Convection of the hollow fibers in the first chamber and in the following the turning point flow a convection from the first to the second chamber instead, d. H. from inside the case located medium in the hollow fibers.

Wie oben ausgeführt, können die Hohlfasem in dem Gehäuse derart angeordnet sein, dass ein durch die Hohlfasern strömendes Medium einen im wesentlichen U-förmigen Strömungsverlauf nimmt.As stated above can the hollow fibers in the housing be arranged such that a medium flowing through the hollow fibers a substantially U-shaped flow pattern takes.

Die Hohlfasern können im wesentlichen U-förmig ausgeführt sein. Denkbar ist ebenfalls, dass die Hohlfasern gerade ausgeführt sind und an ihren beiden Endbereichen in Vergussmassen eingebettet sind, wobei die Strömungsführung derart ausgestaltet ist, dass das Medium zunächst eine oder mehrere Hohlfasern durchströmt, in deren Endbereich eine Richtungsänderung erfährt und sodann durch andere Hohlfasern zurückströmt.The Hollow fibers can essentially U-shaped accomplished be. It is also conceivable that the hollow fibers are straight and are embedded in potting compounds at their two end regions, the flow guide being such is configured that the medium first one or more hollow fibers flows through undergoes a change in direction in the end and then by other hollow fibers flowing back.

Das Gehäuse kann rotationssymmetrisch, vorzugsweise zylindrisch ausgeführt sein.The casing can be rotationally symmetrical, preferably cylindrical.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hohlfasern ausgehend von dem Zulauf bis zu einem Bereich, in dem sich die Richtung des Verlaufes der Hohlfasern ändert, in eine erste Richtung verlaufen und ab dem Bereich der Richtungsänderung in eine zweite, von der ersten abweichenden Richtung verlaufen, wobei die in der ersten Richtung verlaufenden Hohlfaserabschnitte radial innen und die in der zweiten Richtung verlaufenden Hohlfaserabschnitte relativ dazu radial außen verlaufen. Eine derartige Ausführungsform kommt beispielsweise dann in Betracht, wenn die Hohlfasern bereits mit relativ geringer Dichte in den Vergußmassen eingebettet sind. Denkbar ist beispielsweise, dass der Druckunterschied zwischen der ersten und zweiten Kammer so gewählt wird, dass eine räumliche Trennung von zuführenden und abführenden Hohlfasern vorliegt. Dadurch kann eine gute Durchmischung erreicht werden. Denkbar ist es beispielsweise, die zuführenden Fasern radial innen und die abführenden Fasern parallel dazu radial außen anzuordnen. Grundsätzlich sind auch davon abweichende Ausgestaltungen denkbar, wie beispielsweise die umgekehrte Anordnung mit außen liegenden zuführenden Fasem und innen liegenden abführenden Fasern.In Another embodiment of the invention is provided that the hollow fibers starting from the inlet to an area where the direction the course of the hollow fibers changes, in a first direction and from the area of change of direction in a second, deviating from the first direction, wherein the hollow fiber sections extending in the first direction radially inward and extending in the second direction hollow fiber sections relative to it radially outside run. Such an embodiment For example, comes into consideration when the hollow fibers already embedded with relatively low density in the casting compounds. Conceivable For example, that is the pressure difference between the first and second chamber chosen will that be a spatial Separation from feeding and laxative hollow fibers is present. This allows a good mixing can be achieved. It is conceivable, for example, the feeding fibers radially inside and the laxative Fibers parallel to it radially outside to arrange. in principle are also deviating embodiments conceivable, such as the reverse arrangement with outside lying feeding Fasem and internal laxative Fibers.

Wie oben ausgeführt, ist der Druckabfall in der Hohlfaser umgekehrt proportional zum Durchmesser der Faser in der vierten Potenz. Angesichts dessen ist es günstig, einen möglichst kleinen Faserdurchmesser zu wählen. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Innendurchmesser der Hohlfasern höchstens 300 µm, vorzugsweise höchstens 200 µm und besonders bevorzugt ca. 100 µm beträgt.As stated above the pressure drop in the hollow fiber is inversely proportional to Diameter of the fiber in the fourth power. In the face of that is it cheap, one possible small fiber diameter to choose. It is preferably provided that the inner diameter of the hollow fibers at most 300 μm, preferably at most 200 μm and more preferably about 100 microns is.

Eine hohe Porosität der Hohlfasermembranen ermöglicht ebenfalls einen guten Stoffaustausch. Die hydraulische Permeabilität der Membran sollte zumindest 200 ml/mmHg × h × m2, bevorzugt mindestens 500 ml/mmHg × h × m2 betragen.A high porosity of the hollow fiber membranes also allows a good mass transfer. The hydraulic permeability of the membrane should be at least 200 ml / mmHg × h × m 2 , preferably at least 500 ml / mmHg × h × m 2 .

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Cutoff der die Hohlfasern bildenden Membran im Bereich zwischen 104 Da und 107 Da, vorzugsweise im Bereich zwischen 105 Da und 106 Da liegt. Ein besonders bevorzugter Cutoff liegt im Bereich von 700.000 bis 900.000 Da. Selbstverständlich sind davon abweichende Porositäten bzw. Cutoffs möglich. In Abhängigkeit vom Einsatzzweck ist auch die Verwendung von Hohlfasermembranen mit geringer Porosität denkbar.In a further embodiment of the invention, it is provided that the cutoff of the membrane forming the hollow fibers is in the range between 10 4 Da and 10 7 Da, preferably in the range between 10 5 Da and 10 6 Da. A particularly preferred cutoff is in the range of 700,000 to 900,000 Da. Of course, deviating porosities or cutoffs are possible. Depending on the intended use, the use of hollow-fiber membranes with low porosity is also conceivable.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Reaktoreinheit als Disposable ausgeführt ist.Especially It is advantageous if the reactor unit is designed as disposable.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Reaktoreinheit aus Materialien aufgebaut ist, die wasserdampfsterilisierbar sind. Die verwendeten Materialien entsprechen bevorzugt den Materialien, die auch in Dialysefiltern verwendet werden. Denkbar ist es somit, das Gehäuse aus PP und/oder die Vergussmasse aus Polyurethan und/oder die Hohlfasern aus Polyarylethersulfonen, vorzugsweise aus Polysulfonen und besonders bevorzugt aus mit PVP hydrophilisierten Polysulfonen auszuführen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind alle Materialien bei einer Dampfsterilisation bei 121 °C formbeständig.Furthermore, it is advantageous if the reactor unit is constructed from materials that are steam sterilizable. The materials used preferably correspond to the materials which are also used in dialysis filters. It is thus conceivable, the housing made of PP and / or the potting compound of polyurethane and / or the hollow fibers of polyarylethersulfones, preferably from polysulfones and more preferably perform with PVP hydrophilized polysulfones. In a further embodiment of the invention, all materials are at one Steam sterilization at 121 ° C dimensionally stable.

Die Erfindung betrifft ferner einen Reaktor mit einer erfindungsgemäßen Reaktoreinheit, wobei die Reaktoreinheit rotierbar angeordnet ist. Ein besonders guter Stoffaustausch zwischen der ersten und zweiten Kammer ergibt sich dann, wenn die Reaktoreinheit nicht ruht, sondern rotiert. Dementsprechend betrifft eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung einen Reaktor mit einer rotierbar angeordneten Reaktoreinheit. Es können entsprechende Antriebsmittel vorgesehen sein, durch die die Reaktoreinheit in eine Rotationsbewegung versetzt wird.The Invention further relates to a reactor having a reactor unit according to the invention, wherein the reactor unit is arranged rotatably. A special good mass transfer between the first and second chamber results when the reactor unit does not rest but rotates. Accordingly, an advantageous embodiment of the invention relates a reactor with a rotatably arranged reactor unit. It can be provided corresponding drive means through which the reactor unit is set in a rotational movement.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Reaktor gleitringdichtungsfrei ausgeführt ist. Bei einer mindestens einmaligen Umkehr der Strömungsrichtung durch die Hohlfasern kann der Zulauf und der Ablauf der Hohlfasern auf derselben Seite des Gehäuses liegen. Insbesondere in diesem Fall ist es möglich, die Reaktoreinheit ohne Gleitringdichtung auszuführen, wie dies beispielsweise in der EP 1 270 079 A2 und DE 198 03 534 C2 am Beispiel eines Zellseparators beschrieben ist. Auf diese Druckschriften wird insoweit Bezug genommen. Es bieten sich wesentliche Vorteile für die Sterilisierbarkeit sowie auch für die Kontaminationssicherheit wenn auf eine Gleitringdichtung verzichtet wird. Zudem sinken die Produktionskosten für die Reaktoreinheit.In a further embodiment of the invention, it is provided that the reactor is executed without slip ring seal. With at least one-time reversal of the flow direction through the hollow fibers, the inlet and the outlet of the hollow fibers can lie on the same side of the housing. In particular, in this case, it is possible to carry out the reactor unit without mechanical seal, as for example in the EP 1 270 079 A2 and DE 198 03 534 C2 is described using the example of a cell separator. In this regard, reference is made to these documents. There are significant advantages for the sterilizability as well as for the contamination safety when dispensing with a mechanical seal. In addition, the production costs for the reactor unit fall.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Bewirkung eines Stoffaustausches mittels einer oder mehrer Hohlfasern unter Verwendung einer Reaktoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 26 oder eines Reaktors nach Anspruch 27 oder 28, wobei der Druck in der durch die Hohlfaserinnenräume gebildeten zweiten Kammer sowie in der durch das Gehäuse gebildeten ersten Kammer derart eingestellt ist, dass der Stoffaustausch durch die Hohlfasern zumindest teilweise durch Konvektion erfolgt. Diesem konvektiven Stoffaustausch kann ein Stoffaustausch durch Diffusion überlagert sein. Der Stoffaustausch durch Konvektion ist vorzugsweise bidirektional und kommt insbesondere für mittel- und höhermolekulare Syntheseprodukte bzw. Nährstoffe mit geringerer Diffusionsgeschwindigkeit in Betracht.The The invention further relates to a method for effecting a mass transfer by means of one or more hollow fibers using a reactor unit according to one of the claims 1 to 26 or a reactor according to claim 27 or 28, wherein the pressure in through the hollow fiber interiors formed second chamber and in the formed by the housing first chamber is set so that the mass transfer the hollow fibers are at least partially convected. this convective mass transfer can be superimposed on a mass transfer by diffusion be. The mass transfer by convection is preferably bidirectional and especially for medium and high molecular weight Synthesis products or nutrients with a lower diffusion rate into consideration.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Druckverhältnisse zwischen der ersten und der zweiten Kammer derart gewählt sind, dass der konvektive Stoff transport in einem Abschnitt der Hohlfasern aus dem in den Hohlfasern befindlichen Medium in das in dem Gehäuse aufgenommene Medium und in einem anderen Abschnitt der Hohlfasern in umgekehrter Richtung erfolgt. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine Unterteilung in zuführende und abführende Hohlfasern bzw. Hohlfaserabschnitte. Beispielsweise ist es bei Anwendung des Verfahrens zur Zellzüchtung denkbar, dass Hohlfasern oder Hohlfaserabschnitte vorgesehen sind, mittels derer Nährstoffe dem in der ersten Kammer befindlichen Medium zugeführt werden. Des Weiteren sind Hohlfasern oder Hohlfaserabschnitte vorgesehen, mittels derer Stoffwechselprodukte aus dem in der ersten Kammer befindlichen Medium in die Hohlfasern übertreten und sodann abgeführt werden.In Another embodiment provides that the pressure conditions between the first and the second chamber are chosen such that the convective fabric is transporting in a section of the hollow fibers from the medium contained in the hollow fibers in the accommodated in the housing Medium and in another section of the hollow fibers in reverse Direction takes place. In such an embodiment of the invention there is a subdivision into feeding and laxatives Hollow fibers or hollow fiber sections. For example, it is in use the method of cell culture conceivable that hollow fibers or hollow fiber sections are provided, by means of which nutrients supplied to the medium located in the first chamber. Furthermore, hollow fibers or hollow fiber sections are provided, by means of which metabolic products from that in the first chamber located medium in the hollow fibers and then removed.

Die Erfindung betrifft ferner ein System mit einer Reaktoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 26 oder einem Reaktor nach einem der Ansprüche 27 bis 28 mit einem Reservoir, das mit der Reaktoreinheit derart in Verbindung steht, dass aus dem Reservoir Medium in die durch die Hohlfasern gebildete zweite Kammer der Reaktoreinheit einführbar bzw. aus dieser abführbar ist, mit einer vorzugsweise als peristaltische Pumpe ausgeführten Förderpumpe zur Förderung des Mediums sowie mit einem Oxygenator, mittels dessen das geförderte Medium mit Sauerstoff anreicherbar ist. Vorzugsweise erfolgt die Oxygenierung extern und ist variabel auf den Sauerstoffverbrauch einstellbar. Die Sauerstoffzufuhr erfolgt in diesem Fall beispielsweise über das Blutplasma bzw. das zugeführte Nährmedium. Der Oxygenator ist vorzugsweise in Strömungsrichtung des Mediums dem Reaktor vorgeschaltet. Ferner kann eine Heizeinrichtung zur Erwärmung des geförderten Medium vorgesehen sein.The The invention further relates to a system with a reactor unit according to one of the claims 1 to 26 or a reactor according to one of claims 27 to 28 with a reservoir, which is in communication with the reactor unit such that the reservoir medium in the second fibers formed by the hollow fibers Chamber of the reactor unit insertable or from this deductible is, with a preferably designed as a peristaltic pump feed pump to promote of the medium and with an oxygenator, by means of which the pumped medium can be enriched with oxygen. Preferably, the oxygenation takes place externally and is variably adjustable to the oxygen consumption. The oxygen supply takes place in this case, for example via the Blood plasma or the supplied Nutrient medium. The oxygenator is preferably in the direction of flow of the medium to the reactor upstream. Furthermore, a heating device for heating the funded Medium be provided.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel. Es zeigenFurther Details and advantages of the invention will become apparent from a in the drawing illustrated embodiment. Show it

1: eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Reaktoreinheit, 1 : a perspective view of the reactor unit according to the invention,

2: eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Reaktors mit Gehäuse, 2 FIG. 2: a perspective view of the reactor according to the invention with housing, FIG.

3: eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Reaktoreinheit, 3 : a schematic representation of the reactor unit according to the invention,

4: eine weitere schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Reaktoreinheit in einer anderen Ausführungsform, 4 FIG. 2 shows another schematic representation of the reactor unit according to the invention in another embodiment, FIG.

5: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Stoffaustausch-Systems mit Reaktor, 5 : a schematic representation of the mass transfer system according to the invention with reactor,

6: schematische Darstellungen unterschiedlicher Geometrien einer Reaktoreinheit nach dem Stand der Technik sowie von erfindungsgemäßen Reaktoreinheiten, 6 FIG. 2: schematic representations of different geometries of a reactor unit according to the prior art and of reactor units according to the invention, FIG.

7: zeitliche Konzentrationsverläufe für Harnstoff, Protein und verschiedene Ionen bei Einsatz einer erfindungsgemäßen Reaktoreinheit und 7 : temporal concentration curves for urea, protein and various ions at Ein set of a reactor unit according to the invention and

8: zeitliche Konzentrationsverläufe für Harnstoff, Protein und verschiedene Ionen bei Einsatz einer Reaktoreinheit nach dem Stand der Technik. 8th : Time-course concentration curves for urea, protein and various ions when using a reactor unit according to the prior art.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen als Disposable ausgeführten Reaktoreinheit 12. Diese besteht aus einem Gehäuse 20, in dem Hohlfasern in Form eines Hohlfaserbündels angeordnet sind. Ferner sind ein Zulauf 40 und ein Ablauf 50 vorgesehen, über die das die Hohlfasern durchströmende Medium zu- bzw. abgeführt wird. 1 shows a perspective view of the invention designed as a disposable reactor unit 12 , This consists of a housing 20 in which hollow fibers are arranged in the form of a hollow fiber bundle. Furthermore, there is an inlet 40 and a process 50 provided, via which the hollow fibers flowing through the medium is supplied or removed.

Aus 2 ersichtlich ist der Reaktor 10 ohne Reaktoreinheit. Erkennbar ist die rotierbare Aufnahme zur Fixierung der Reaktoreinheit gemäß 1, die über einen Elektromotor in Drehbewegungen versetzt wird. Die Aufnahme bzw. der Reaktor mit Reaktoreinheit sind in einem temperierten Gehäuse untergebracht.Out 2 the reactor is apparent 10 without reactor unit. Visible is the rotatable receptacle for fixing the reactor unit according to 1 , which is rotated by an electric motor in rotational movements. The recording or the reactor with reactor unit are housed in a temperature-controlled housing.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer rotierbar angeordneten Reaktoreinheit 12. Denkbare Einsatzgebiete sind:

  • • Hepatozytenkultur für unterschiedliche Anwendungen
  • • Künstliche Leber- und Pankreasersatztherapien
  • • Züchtung von humanen und tierischen Zellen unterschiedlichen Ursprungs
  • • Produktion von Antikörpern
  • • Gewinnung von Substanzen aus transfizierte Hefen und Bakterien.
3 shows a schematic representation of a rotatably arranged reactor unit 12 , Conceivable applications are:
  • • Hepatocyte culture for different applications
  • • Artificial liver and pancreatic replacement therapies
  • • Breeding of human and animal cells of different origin
  • • production of antibodies
  • • Obtaining substances from transfected yeasts and bacteria.

Die in 3 dargestellten Punkte geben die Zellen wieder, die sich in der ersten durch das Gehäuse 20 begrenzten Kammer der Reaktoreinheit 12 befinden. In der ersten Kammer sind Hohlfasern 30 angeordnet, die über einen Zulauf 40 und einen Ablauf 50 verfügen. Handelt es sich um eine Zellkultur, wird über den Zulauf 40 ein Nährmedium zugeführt. Für den Fall einer Leber- bzw. Pankreasersatztherapie wird über den Zulauf 40 Blutplasma zugeführt. Das verbrauchte Nährmedium bzw. das behandelte Blutplasma wird über den Ablauf 50 abgezogen.In the 3 The points shown represent the cells that are in the first through the housing 20 limited chamber of the reactor unit 12 are located. In the first chamber are hollow fibers 30 arranged, via an inlet 40 and a process 50 feature. If it is a cell culture, it will be over the inlet 40 fed to a nutrient medium. In the case of liver or pancreatic replacement therapy is about the inflow 40 Supplied with blood plasma. The spent nutrient medium or the treated blood plasma is on the process 50 deducted.

Wie aus 3 weiter ersichtlich, weist das Gehäuse 20 zwei Anschlüsse 22 auf, die zur Befüllung, Entleerung oder Probenahme aus der ersten Kammer dienen. Denkbar ist es, die Anschlüsse 22 nach der Befüllung bzw. Probennahme zu verschließen. Grundsätzlich ist es ebenso denkbar, einen kontinuierlichen Betrieb dahingehend zu gestatten, dass kontinuierlich Medium über die Anschlüsse 22 in die erste Kammer eingeführt bzw. aus dieser abgeführt wird. Wie aus 3 weiter hervorgeht, sind zentral im Bereich der Drehachse der Reaktoreinheit 12 Hohlfasern 30 vorgesehen, die einen Hohlfaserabschnitt 32c bilden, in dem ein vergleichsweise hoher Druck vorliegt, so dass wie durch Pfeile angedeutet ein konvektiver Stofftransport aus dem Abschnitt 32c der Hohlfasern 30 in die durch das Gehäuse 20 begrenzte erste Kammer der Reaktoreinheit 12 erfolgt. Im Endbereich des Abschnittes 32c erfolgt eine Richtungsänderung zunächst in Richtung parallel zur Stirnseite des Gehäuses 20 und anschließend entgegen der Strömungsrichtung in dem Abschnitt 32c. In den Hohlfaserabschnitten 32d erfolgt aufgrund des durch den Druckverlust bedingten geringeren Druckes in den Hohlfasern 30 nunmehr ein konvektiver Stofftransport aus der die Zellen enthaltenen ersten Kammer in die Hohlfasern 30, wie dies im Bereich der Hohlfaserabschnitte 32d durch Pfeile angedeutet ist. Somit findet eine Unterteilung in zuführende Hohlfasern bzw. Hohlfaserabschnitte 32c und abführende Hohlfasern bzw. Hohlfaserabschnitte 32d statt.How out 3 further apparent, the housing has 20 two connections 22 which are used for filling, emptying or sampling from the first chamber. It is conceivable, the connections 22 after filling or sampling. In principle, it is also conceivable to allow a continuous operation to the effect that continuously medium over the terminals 22 is introduced into the first chamber or discharged from it. How out 3 further, are central in the area of the axis of rotation of the reactor unit 12 hollow fibers 30 provided a hollow fiber section 32c form, in which a comparatively high pressure is present, so that as indicated by arrows a convective mass transport from the section 32c the hollow fibers 30 in through the housing 20 limited first chamber of the reactor unit 12 he follows. In the end of the section 32c a change of direction takes place initially in the direction parallel to the end face of the housing 20 and then against the flow direction in the section 32c , In the hollow fiber sections 32d occurs due to the pressure loss caused by lower pressure in the hollow fibers 30 now a convective mass transport from the first chamber containing the cells in the hollow fibers 30 like this in the area of hollow fiber sections 32d indicated by arrows. Thus, a subdivision into feeding hollow fibers or hollow fiber sections takes place 32c and laxative hollow fibers or hollow fiber sections 32d instead of.

Wie aus 3 schließlich weiter ersichtlich, befindet sich der Zulauf 40 sowie der Ablauf der Hohlfasern an derselben Seite des Gehäuses 20, im Ausführungsbereich wie gemäß 3 an der rechten Stirnseite des zylindrisch ausgeführten Gehäuses 20. Eine derartige Ausführung ermöglicht es, einen gleitringdichtungsfreien Reaktor zur Verfügung zu stellen. Die Relativbewegung zwischen stehenden und bewegten Teilen kann durch das aus der EP 1 270 079 A2 und DE 198 03 534 C2 bekannte System erreicht werden.How out 3 finally further evident, is the inlet 40 and the flow of hollow fibers on the same side of the housing 20 , in the execution area as per 3 on the right side of the cylindrical housing 20 , Such an embodiment makes it possible to provide a mechanical seal-free reactor available. The relative movement between stationary and moving parts can be determined by the EP 1 270 079 A2 and DE 198 03 534 C2 known system can be achieved.

Die Reaktoreinheit 12 ist vorzugsweise als Disposable ausgeführt. Es kann als Spritzgußkonstruktion ausgeführt werden, die die grundlegenden Verfahrensschritte analog der Fertigung eines konventionell gefertigten Hemodialysators aufweist, wie Verguß mit PUR, Schneiden und Sterilisation. Die Reaktoreinheit läßt sich auf diese Weise rationell herstellen.The reactor unit 12 is preferably executed as a disposable. It can be carried out as an injection molding construction, which has the basic process steps analogous to the production of a conventionally manufactured hemodialyzer, such as casting with PUR, cutting and sterilization. The reactor unit can be produced efficiently in this way.

4 zeigt die Reaktoreinheit 12 in einer weiteren Ausgestaltung. In der durch das zylindrische rotationssymmetrische Gehäuse 20 begrenzten ersten Kammer befinden sich in einem geeigneten Medium menschliche Hepatozyten. In einem radial zentralen Abschnitt befindet sich das aus einzelnen Hohlfasern bestehende Hohlfaserbündel. Das Hohlfaserbündel weist eine Vielzahl von im Bereich der Drehachse angeordneten Hohlfasern 30a auf, von denen exemplarisch nur einige dargestellt sind. Ferner sind dazu radial nach außen versetzt eine Vielzahl von Hohlfasern 30b vorgesehen, die im äußeren Umfangsbereich des Hohlfaserbündels angeordnet sind und von denen ebenfalls nur eine dargestellt ist. Eine derartige Ausführungsform kommt beispielsweise dann in Betracht, wenn die Hohlfasern bereits mit relativ geringer Dichte in den Vergußmassen eingebettet sind. Die Hohlfasern 30a, 30b sind parallel angeordnet und in ihren beiden Endbereichen in Vergussmassen 32 fixiert, die in geeigneter Weise in dem Gehäuse 20 befestigt sind. Über den Zulauf 40 strömt Medium in die Hohlfasern 30a, durchströmt diese und tritt an dem links dargestellten Endbereich der Hohlfasern 30a aus diesen aus. Das Medium gelangt hier in einen Strömungsraum, der die Endbereiche der Hohlfasern 30a mit den Anfangsbereichen der Hohlfasern 30b verbindet. Wie durch den Pfeil im Endbereich der Hohlfasern 30a angedeutet, wird die Strömungsrichtung des Mediums im Endbereich der Fasern 30a geändert. Es strömt nach Durchlaufen des Strömungsraumes in die Hohlfasern 30b und durch diese in entgegengesetzter Richtung als durch die Hohlfasern 30a. Die Hohlfasern 30b stehen in ihrem rechts dargestellten Endbereich mit dem Ablauf 50 in Verbindung, mittels dessen das entsprechend behandelte Medium aus der Reaktoreinheit 12 abgeführt wird. Bei dem Medium kann es sich beispielsweise um ein Nährmedium oder um Körperflüssigkeiten, wie Blut oder besonders bevorzugt Blutplasma handeln. 4 shows the reactor unit 12 in a further embodiment. In through the cylindrical rotationally symmetrical housing 20 limited first chamber are in a suitable medium human hepatocytes. In a radially central portion is made of individual hollow fibers hollow fiber bundle. The hollow fiber bundle has a multiplicity of hollow fibers arranged in the region of the axis of rotation 30a on, of which only a few are shown by way of example. Furthermore, a plurality of hollow fibers are offset radially outward 30b provided, which are arranged in the outer peripheral region of the hollow fiber bundle and of which also only one is shown. Such an embodiment is considered, for example, when the hollow fibers are already embedded with relatively low density in the casting compounds. The hollow fibers 30a . 30b are arranged in parallel and in their two end areas in potting compounds 32 fixed in an appropriate manner in the housing 20 are attached. About the inlet 40 medium flows into the hollow fibers 30a , flows through these and occurs at the end region of the hollow fibers shown on the left 30a out of these. The medium passes here into a flow space, the end portions of the hollow fibers 30a with the initial regions of the hollow fibers 30b combines. As indicated by the arrow in the end of the hollow fibers 30a indicated, the flow direction of the medium in the end region of the fibers 30a changed. It flows into the hollow fibers after passing through the flow space 30b and through them in the opposite direction than through the hollow fibers 30a , The hollow fibers 30b stand in the end area on the right with the drain 50 in connection, by means of which the appropriately treated medium from the reactor unit 12 is dissipated. The medium may be, for example, a nutrient medium or body fluids, such as blood or particularly preferably blood plasma.

Die in 4 dargestellte Reaktoreinheit kann selbstverständlich auch für andere Zwecke, wie beispielsweise für Zellkulturen eingesetzt werden.In the 4 Of course, the illustrated reactor unit can also be used for other purposes, such as for cell cultures.

Die durch das Gehäuse 20 begrenzte erste Kammer weist zwei Anschlüsse 22 auf, die zur Zufuhr bzw. Abfuhr von Medium aus der ersten Kammer oder zur Probennahme dienen können.The through the housing 20 limited first chamber has two connections 22 on, which can serve for the supply or removal of medium from the first chamber or for sampling.

Wie aus 4 weiter ersichtlich und durch den Pfeil angedeutet, wird die Reaktoreinheit 12 im Betrieb in Rotation versetzt, wobei die Drehachse parallel zu den Hohlfasern verläuft. Vorzugsweise sind die Hohlfasern 30a derart angeordnet, dass sie im Bereich der Drehachse liegen und die Hohlfasern 30b sind dazu radial nach außen versetzt. Die Druckverhältnisse können derart gewählt sein, dass der Druck in den Hohlfasern 30a über dem Druck der durch das Gehäuse 20 begrenzten ersten Kammer und in den Hohlfasern 30b unter dem in der ersten Kammer herrschenden Druck liegt. An dem durch einen gekrümmten Pfeil gekennzeichneten Umkehrpunkt kann vorgesehen sein, dass zwischen erster und zweiter Kammer keine Druckdifferenz vorliegt. Auch davon abweichende Gestaltungen der Druckverhältnisse sind selbstverständlich denkbar.How out 4 further apparent and indicated by the arrow, the reactor unit 12 set in rotation during operation, wherein the axis of rotation is parallel to the hollow fibers. Preferably, the hollow fibers 30a arranged such that they lie in the region of the axis of rotation and the hollow fibers 30b are offset radially outwards. The pressure ratios can be selected such that the pressure in the hollow fibers 30a above the pressure of the case 20 limited first chamber and in the hollow fibers 30b below the pressure prevailing in the first chamber. At the reversal point marked by a curved arrow, it can be provided that there is no pressure difference between the first and second chambers. Even deviating designs of the pressure conditions are of course conceivable.

Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von Ausführungsformen gemäß dem Stand der Technik dadurch, dass die Reaktoreinheit derart ausgeführt ist, dass die in dieser angeordneten Hohlfasern des Hohlfaserbündels nicht in einer maximal möglichen Dichte angeordnet sind, sondern dass die auf die Querschnittsfläche der ersten Kammer bezogene Dichte der Fasern in wenigstens einem Bereich der ersten Kammer 10 Fasern/mm2 nicht übersteigt bzw. dass die Länge der zwischen zwei Vergussmassen aufgenommenen Hohlfaserabschnitte den Abstand der zueinander gewandten Flächen der Vergussmassen um mindestens 0,5 % übersteigt.The present invention differs from prior art embodiments in that the reactor unit is configured such that the hollow fibers of the hollow fiber bundle arranged therein are not arranged in a maximum possible density, but rather that the density related to the cross-sectional area of the first chamber Fibers in at least a region of the first chamber 10 fibers / mm 2 does not exceed or that the length of the recorded between two potting hollow fiber sections exceeds the distance of the mutually facing surfaces of the potting compounds by at least 0.5%.

6a zeigt eine gemäß dem Stand der Technik ausgeführte Reaktoreinheit 12 in einer schematischen Ansicht. Die Hohlfasermembranen sind in ein Kunststoffnetz eingefaßt und bilden eine starre, zylinderförmige Struktur. Der Durchmesser des Hohlfaserbündels beträgt D=34 mm. Die Länge zwischen den beiden Schnittflächen der Vergussmassen 32 beträgt bei der Reaktoreinheit gemäß 6a L=257 mm. Bei einer Anzahl von 11.000 Hohlfasern beträgt die auf die Querschnittsfläche der ersten Kammer bezogene Faserdichte somit ca. 12 Fasern/mm2. 6a shows a running according to the prior art reactor unit 12 in a schematic view. The hollow fiber membranes are enclosed in a plastic net and form a rigid, cylindrical structure. The diameter of the hollow fiber bundle is D = 34 mm. The length between the two cut surfaces of the casting compounds 32 is in the reactor unit according to 6a L = 257 mm. With a number of 11,000 hollow fibers, the fiber density based on the cross-sectional area of the first chamber is thus about 12 fibers / mm 2.

6b zeigt eine Ausgestaltung der schematisch dargestellten Reaktoreinheit 12 gemäß der Erfindung. Wie dies in 6b schematisch angedeutet ist, ist gegenüber der Ausführung gemäß dem Stand der Technik nach 6a der Abstand L der Schnittflächen der Vergussmassen 32 um 10 mm verkürzt. In diesem Fall sind die Hohlfasern zwischen den Vergussmassen 32 gestaucht und bilden eine Spindel. Abhängig vom Abstand der Vergussflächen, d. h. der einander zugewandten Flächen der Vergussmassen, werden geringere Faserdichten erhalten, als bei der Ausführung gemäß 6a. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 6b beträgt der größte Durchmesser des Faserbündels 95 mm. Unmittelbar an den Vergussmassen 32 entspricht die Faserdichte der zu 6a erläuterten. Aufgrund dieser Dimensionierungen liegt die Faserdichte bei der erfindungsgemäßen Reaktoreinheit 12 gemäß 6b im Bereich zwischen 1,5 Fasern/mm2 und 12 Fasern/mm2. 6b shows an embodiment of the reactor unit shown schematically 12 according to the invention. Like this in 6b is schematically indicated, is compared to the embodiment according to the prior art after 6a the distance L of the cut surfaces of the casting compounds 32 shortened by 10 mm. In this case, the hollow fibers are between the potting compounds 32 upset and form a spindle. Depending on the distance of the casting surfaces, ie the facing surfaces of the casting compounds, lower fiber densities are obtained, as in the embodiment according to 6a , In the embodiment according to 6b the largest diameter of the fiber bundle is 95 mm. Immediately to the potting compounds 32 the fiber density corresponds to 6a explained. Due to these dimensions, the fiber density is in the reactor unit according to the invention 12 according to 6b in the range between 1.5 fibers / mm 2 and 12 fibers / mm 2 .

6c zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Abstand L der Schnittflächen der Vergussmassen 32 dem zur 6a entspricht. Das Faserbündel ist jedoch durch einen O-Ring eingeschnürt, so dass die Faserdichte gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß 6b wieder nach oben reguliert ist. Im Bereich der Einschnürung beträgt der Durchmesser des Faserbündels 34 mm. Der maximale Durchmesser des Faserbündels beträgt 60 mm, so dass sich insgesamt eine flächenbezogene Dichte der Fasern im Bereich zwischen 3,9 Fasern/mm2 und 12 Fasern/mm2 ergibt. 6c shows an embodiment in which the distance L of the cut surfaces of the casting compounds 32 to the 6a equivalent. However, the fiber bundle is constricted by an O-ring, so that the fiber density compared to the embodiment according to 6b is regulated back up. In the area of the constriction, the diameter of the fiber bundle is 34 mm. The maximum diameter of the fiber bundle is 60 mm, resulting in a total surface density of the fibers in the range between 3.9 fibers / mm 2 and 12 fibers / mm 2 .

Aus einem Vergleich der 7 und 8 wird deutlich, welchen Vorteil hinsichtlich des Stoffaustausches die erfindungsgemäße Reaktoreinheit gegenüber einer Reaktoreinheit gemäß dem Stand der Technik mit sich bringt.From a comparison of 7 and 8th It is clear what advantage with respect to the mass transfer brings the reactor unit according to the invention over a reactor unit according to the prior art with it.

Den Konzentrationsverläufen gemäß der 7 und 8 liegt folgender Versuchsauffbau bzw. folgende Versuchsdurchführung zugrunde:
Nach dem Zusammenbau der Kammern wurden diese durch Anlegen von Druck (Druckluft) auf Dichtheit und „Bubblepoints" überprüft.
The concentration gradients according to the 7 and 8th the following experimental setup or the following test procedure is based on:
After assembly of the chambers they were checked by applying pressure (compressed air) for tightness and "bubble points".

Für die Versuche wurden 400 ml Austauschmedium bereitet:
1 Plasmabeutel + 0,5 ml EDTA 100 mM (nicht bei den Versuchen gemäß 7) + 50 ml Puffer B ad 400 ml mit A.d. Puffer B: Harnstoff 7,5 mg/ml, NaCl 22,5 mg/ml (385 mmol), KCl 1,25 mm/ml (16,7 mmol).
For the experiments, 400 ml of exchange medium were prepared:
1 plasma bag + 0.5 ml EDTA 100 mM (not in the experiments according to 7 + 50 ml buffer B ad 400 ml with Ad buffer B: urea 7.5 mg / ml, NaCl 22.5 mg / ml (385 mmol), KCl 1.25 mm / ml (16.7 mmol).

Bei allen Versuchen wurden die Hohlfasern mit Austauschmedium gefüllt und nach Abnahme von Zeitpunkt „0" an die Reaktoreinheit bzw. deren erste Kammer angeschlossen.at In all experiments, the hollow fibers were filled with exchange medium and after taking time "0" to the reactor unit or their first chamber connected.

Die Reaktoreinheit wurde während der Austauschversuche bei 25 °C mit einer Flussrate von 200 ml/min versorgt und mit 15 U/min rotiert, um den Probenaustausch durch Konvektion und Diffusion zu untersuchen.The Reactor unit was during the replacement tests at 25 ° C supplied at a flow rate of 200 ml / min and rotated at 15 rpm, to study the sample exchange by convection and diffusion.

Die Probennahme erfolgte wie folgt:
Es wurden pro Bestimmung 2 ml Probe mittels Monovette (Sarstedt 2 ml LH; CE 0197) an einem Punkt vor Eintritt in die Kammer und am Probenport 1 in der Kam mer entnommen. Dabei wurde vor jeder Probenentnahme ca. 2 bis 3 ml Flüssigkeit aus den Entnahmeports gespült und erst anschließend die Messprobe gezogen. An der Kammer wurde mittels Probenport 2 die entnommene Probe durch Wasser ersetzt. In dem durch die Hohlfasern gebildeten Versorgungskreislauf wurde die entnommene Probe durch das Pufferreservoir ersetzt.
The sampling took place as follows:
For each determination, 2 ml of sample were taken by Monovette (Sarstedt 2 ml LH; CE 0197) at one point before entering the chamber and at the sample port 1 in the chamber. In the process, approx. 2 to 3 ml of liquid were rinsed out of the sampling ports before each sampling and only then the test sample was drawn. At the chamber sample port 2 was used to replace the sampled sample with water. In the supply circuit formed by the hollow fibers, the sampled sample was replaced by the buffer reservoir.

Bei der Versuchsanordnung gemäß der Versuche zu 7 betrug das Volumen der Kammern etwa 1,7 l. Die Hohlfasermembranen sind durch 2 Kunststofffasern stabilisiert. Die Kammern sind aufgrund des verringerten Abstandes der Vergussmassen ca. 1 cm kürzer als in der Versuchsanordnung, mit der die Versuchsergebnisse gemäß 8 erhalten wurden. Dadurch werden die Membranen gestaucht und bilden eine spindelförmige, das Kammervolumen ausfüllende Struktur.In the experimental arrangement according to the experiments to 7 the volume of the chambers was about 1.7 l. The hollow fiber membranes are stabilized by 2 plastic fibers. The chambers are due to the reduced distance of the potting compounds about 1 cm shorter than in the experimental arrangement, with the experimental results according to 8th were obtained. As a result, the membranes are compressed and form a spindle-shaped, the chamber volume filling structure.

Bei der zu den Versuchsergebnissen gemäß 8 führenden Versuchsanordnung betrug das Kammervolumen ca. 1,8 l. Die Membranen sind in ein Kunststoffnetz eingefaßt und bilden eine starre, zylinderförmige Struktur.In the test results according to 8th leading experimental arrangement, the chamber volume was about 1.8 l. The membranes are enclosed in a plastic net and form a rigid, cylindrical structure.

Wie aus einem Vergleich der 7 und 8 ersichtlich, besteht ein deutlicher Unterschied in der Geschwindigkeit der Verteilung von Ionen und organischen Molekülen durch die Membranen mit 60 kd Porenweite in Abhängigkeit von der Bündelung der Membran bzw. des Hohlfaserbündels.As if from a comparison of 7 and 8th As can be seen, there is a significant difference in the speed of the distribution of ions and organic molecules through the membranes with 60 kd pore size as a function of the bundling of the membrane or of the hollow fiber bundle.

Die gestauchte offene Membran (Spindelform) (Faserdichte: 1,5 Fasern/mm2) füllt das Lumen der ersten Kammer zum großen Teil aus und bewirkt dadurch einen sehr guten Stoffaustausch. Wie aus den Abbildungen gemäß 7a, 7b ersichtlich wird, erfolgt der Materialaustausch zwischen den Hohlfasern und der ersten Kammer innerhalb der ersten Minuten nach Starten des Kreislaufes. Der vollständige Konzentrationsaustausch bei Ionen sowie bei Harnstoff kann nach ca. 30 bis 60 min. festgestellt werden. Das Protein tauscht aufgrund seines hohen Molekulargewichtes langsamer und unvollständig aus. In 7 und 8 bedeuten die Abkürzungen „VKL" und „Kammer" die Konzentrationen im Versorgungskreislauf (VKL), d. h. in dem die Hohlfaser durchströmenden Medium, bzw. die Konzentrationen in der ersten Kammer der Reaktoreinheit.The compressed open membrane (spindle shape) (fiber density: 1.5 fibers / mm 2 ) fills the lumen of the first chamber for the most part and thereby causes a very good mass transfer. As shown in the pictures 7a . 7b becomes apparent, the material exchange between the hollow fibers and the first chamber within the first minutes after the start of the cycle. The complete concentration exchange for ions and urea can after about 30 to 60 min. be determined. The protein exchanges more slowly and incompletely due to its high molecular weight. In 7 and 8th the abbreviations "VKL" and "chamber" mean the concentrations in the supply circuit (VKL), ie in the medium flowing through the hollow fiber, or the concentrations in the first chamber of the reactor unit.

Die normale, gebündelte Membran (Zylinderform) (maximale Faserdichte), mit der die Versuchsergebnisse gemäß 8 erhalten wurden, bildet einen kompakten zylindrischen Leitungsstrang mit relativ kleiner Austauscheffizienz. Wie aus den Abbildungen gemäß 8a, 8b ersichtlich wird, erfolgt der Materialaustausch zwischen den Hohlfasern und der ersten Kammer deutlich langsamer als gemäß 7. Der vollständige Konzentrationsausgleich bei Ionen und Harnstoff kann nach 120 bis 180 min. gemessen werden und somit 3–4mal langsamer als bei den spindelförmigen Membranen gemäß der Erfindung. Das Protein wird ebenfalls langsam und unvollständig ausgetauscht.The normal, bundled membrane (cylindrical shape) (maximum fiber density), with which the test results according to 8th are obtained forms a compact cylindrical wiring harness with relatively small exchange efficiency. As shown in the pictures 8a . 8b becomes apparent, the material exchange between the hollow fibers and the first chamber is much slower than in accordance 7 , The complete concentration compensation for ions and urea can after 120 to 180 min. be measured and thus 3-4 times slower than the spindle-shaped membranes according to the invention. The protein is also exchanged slowly and incompletely.

Wie eingangs ausgeführt, kann die erfindungsgemäße Reaktoreinheit zur Therapie, beispielsweise zur Leberersatz- oder Leberunterstützungstherapie eingesetzt werden.As initially stated, can the reactor unit according to the invention for therapy, for example for liver replacement or liver support therapy be used.

5 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Gesamtsystem zur Leberunterstützungstherapie. Dieses besteht aus einem Plasmareservoir 60, das von dem zu behandelnden Patienten entnommenes Blutplasma enthält. Über die peristaltische Pumpe 70 wird dem Plasmareservoir 60 Plasma entzogen und dem Gasaustauscher 80 zugeführt. In dem Gasaustauscher 80 erfolgt über eine Sauerstoffquelle und einen Sterilfilter die Zufuhr von Sauerstoff, wodurch das Blutplasma entsprechend mit Sauerstoff angereichert wird. Der Gasaustauscher besteht ebenfalls aus zwei Kammern, wobei in einer Kammer der Sauerstoff und in der anderen Kammer das Blutplasma strömt. Die Kammern sind durch permeable Membranen voneinander getrennt, die den Übertritt von Gasen, wie z. B. Sauerstoff in das Blutplasma zulassen. Mittels des Gasaustauschers kann nicht nur Sauerstoff zugeführt werden, sondern auch andere Gase, wie beispielsweise CO2, N2 können zugeführt bzw. ausgetauscht werden. In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist der Gasaustauscher als Oxygenerator zum Austausch von Sauerstoff ausgeführt. 5 shows a schematic representation of an overall system for liver support therapy. This consists of a plasma reservoir 60 containing blood plasma taken from the patient to be treated. About the peristaltic pump 70 becomes the plasma reservoir 60 Plasma deprived and the gas exchanger 80 fed. In the gas exchanger 80 via a source of oxygen and a sterile filter, the supply of oxygen, whereby the blood plasma is enriched with oxygen accordingly. The gas exchanger also consists of two chambers, wherein in one chamber, the oxygen and in the other chamber, the blood plasma flows. The chambers are separated by permeable membranes, which prevent the passage of gases such. B. Allow oxygen into the blood plasma. By means of the gas exchanger not only oxygen can be supplied, but also other gases, such as CO 2 , N 2 can be supplied or exchanged. In a particularly preferred embodiment of the invention, the gas exchanger is designed as an oxygen generator for the exchange of oxygen.

Nach der Anreicherung des Blutplasmas mit Sauerstoff im Oxygenerator 80 durchläuft dieses eine Heizvorrichtung 90 und gelangt sodann in den Reaktor 10. Dieser weist die rotierbar angeordnete erfindungsgemäße Reaktoreinheit 12 auf, die als Disposable ausgeführt ist. Die Reaktoreinheit 12 ist in einer drehbaren Aufnahme des Reaktors 10 angeordnet und wird während des Betriebes des Systems in eine Drehbewegung versetzt. Die Drehachse fällt mit der Längsachse der Reaktoreinheit 12 zusammen. Der Reaktor ist in einem temperierten Gehäuse aufgenommen, wie dies aus 2 und 5 ersichtlich ist. Das System ist gleitringdichtungsfrei ausgeführt.After enrichment of the blood plasma with oxygen in the oxygenator 80 this passes through a heater 90 and then enters the reaction gate 10 , This has the rotatably arranged reactor unit according to the invention 12 on, which is executed as a disposable. The reactor unit 12 is in a rotatable receptacle of the reactor 10 arranged and is set during operation of the system in a rotary motion. The axis of rotation coincides with the longitudinal axis of the reactor unit 12 together. The reactor is housed in a temperature controlled housing, like this 2 and 5 is apparent. The system is designed without mechanical seal.

Die peristaltische Pumpe 70 kann abweichend von der Ausführung gemäß 5 auch an anderer Stelle im Kreislauf angeordnet sein. Denkbar ist z.B. auch eine Anordnung hinter, d.h. stromabwärts des Reaktors 10.The peristaltic pump 70 may deviate from the design according to 5 be arranged elsewhere in the cycle. It is also conceivable, for example, an arrangement behind, ie downstream of the reactor 10 ,

Als weiteren Bestandteil kann die Anordnung gemäß 5 vorzugsweise in Strömungsrichtung vor dem Reaktor 10 optional eine Heizvorrichtung aufweisen, mittels derer das dem Reaktor 10 zugeführte Medium erwärmt wird.As a further component, the arrangement according to 5 preferably in the flow direction in front of the reactor 10 optionally have a heating device, by means of which the the reactor 10 supplied medium is heated.

Nachstehend werden einige vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt:
Als Hohlfasern sind vorzugsweise Polysulfonplasmafasern mit großer verfügbarer Austauschoberfläche vorzugsweise im Bereich von 0–2 m2 mit vorzugsweise variabel einstellbarer Porosität bis zu 900.000 MG verwendbar. Wie oben ausgeführt, erfolgt zur Erhöhung des bidirektionalen Austausches über die Hohlfasermembranen der Stofftransport vorzugsweise vor allem mittels Konvektion.
Hereinafter, some advantageous embodiments of the invention are shown:
Polysulfone plasma fibers with a large available exchange surface, preferably in the range of 0-2 m 2 with preferably variably adjustable porosity of up to 900,000 MW, are preferably usable as hollow fibers. As stated above, to increase the bidirectional exchange via the hollow-fiber membranes, the mass transfer preferably takes place primarily by means of convection.

In Abhängigkeit von den Eigenschaften der Zellen bzw. der auszutauschenden Stoffe können hydrophile und/oder hydrophobe Membranen für die Hohlfasern verwendet werden.In dependence of the properties of the cells or of the substances to be exchanged can hydrophilic and / or hydrophobic membranes used for the hollow fibers become.

Wie oben ausgeführt, kann eine Trennung der zuführenden Fasern von den abführenden Fasem erfolgen. Hierdurch können Faserbündel innerhalb des Reaktors variabel zugeordnet werden. Als Beispiel können zuführende und abführende Fasern zentral angeordnet sein. Denkbar ist auch, dass zuführende Fasern zentral und abführende Fasem peripher angeordnet sind. Somit läßt sich eine Durchströmung der Zellkultur im Gegenstrom erreichen.As stated above can be a separation of the feeding Fibers from the laxative Fasem done. This allows fiber bundles be variably assigned within the reactor. As an an example can feeding and laxatives Fibers be centrally located. It is also conceivable that feeding fibers central and laxative Fasem are arranged peripherally. Thus, a flow through the Reach cell culture in countercurrent.

Vorzugsweise werden Gleitringdichtungen durch Verwendung des oben genannten „Schlaucheinspeiseprinzips" von einem stehenden in ein drehendes Teil vermieden.Preferably are mechanical seals by using the above "tube feeding principle" of a standing avoided in a rotating part.

Bei der Reaktoreinheit kann es sich um einen sterilen Einmalartikel handeln, der von einer unsterilen Dreheinheit getrennt ist. Der sterile Einmalartikel ist vorzugsweise wasserdampfsterilisierbar.at the reactor unit can be a sterile disposable item act, which is separated from an unsterile turntable. Of the Sterile disposable articles are preferably water vapor sterilizable.

Die Oxygenierung erfolgt vorzugsweise extern, sie ist variabel auf den Sauerstoffverbrauch einstellbar. Die Sauerstoffzufuhr erfolgt somit vorzugsweise über das Blutplasma bzw. über ein Nährmedium.The Oxygenation is preferably external, it is variable on the Oxygen consumption adjustable. The oxygen supply is thus preferably over the blood plasma or over a nutrient medium.

Die Ernährung von Zellen erfolgt vorzugsweise über das Blutplasma bzw. Nährmedium.The nutrition of cells is preferably over the blood plasma or nutrient medium.

Es besteht in weiterer Ausgestaltung der Erfindung eine einfache Möglichkeit der Befüllung, Zugabe und Probenahme. Hierdurch läßt sich eine permanente Kontrolle der Funktionalität erreichen. Zudem besteht die Möglichkeit der Korrektur bzw. der Einstellung.It exists in a further embodiment of the invention, a simple way the filling, Addition and sampling. This allows a permanent control the functionality to reach. There is also the possibility the correction or adjustment.

Durch das in 2 wiedergegebene System kann eine integrierte Thermostatisierung der Reaktoreinheit erfolgen.Through the in 2 reproduced system can be carried out an integrated thermostating of the reactor unit.

Im Rahmen einer Therapie bzw. Kultur können beispielsweise Zellen folgenden Ursprungs eingesetzt werden:
Primäre Zellen, aus Stammzellen differenzierte Zellen, immortalisierte Zellen – jeweils frisch isoliert/kultiviert bzw. kryokonserviert.
As part of a therapy or culture, for example, cells of the following origin can be used:
Primary cells, stem cells differentiated cells, immortalized cells - each freshly isolated / cultured or cryopreserved.

Es sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung Zellmengen von Kleinstmengen bis über 1 kg kultivierbar.It are in a further embodiment of the invention, cell quantities of very small quantities to about 1 kg cultivable.

Die Erfindung bietet bei entsprechender Ausgestaltung folgende Vorteile:

  • • Verwendung von Polysulfonhohlfasern mit großer Austauschoberfläche und variabel einstellbarer Porosität – besserer Stoffaustausch bei Einsatz von inerten Materialien
  • • deutlich effizienterer bidirektionaler Stoffaustausch durch Konvektion, insbesondere für mittel- und höhenmolekulare Syntheseprodukte mit geringer Diffusionsgeschwindigkeit
  • • durch Einsatz hydrophiler und/oder hydrophober Membranen Stoffaustausch besser steuerbar/einstellbar
  • • durch Trennung der Zuführfasern von den ableitenden Fasern und frei variierbare Anordnung der Fasern verbesserte Zellversorgung und damit Zellleistung
  • • durch Gegenstrom und Rotation zusätzlich verbesserte Durchmischung und Stofftransport
  • • Vermeidung von Gleitringdichtungen durch Verwendung des „Schlaucheinspeiseprinzipes" von einem stehenden in ein drehendes Teil- keine Schlauchverdrillung (störungsfreier Betrieb im klinischen Einsatz) und kein Abrieb in der Reaktoreinheit
  • • durch die Möglichkeit des Einsatzes von humanen Körperflüssigkeiten Vermeidung des Einsatzes kommerzieller Ernährungslösungen (beispielsweise RPMI) und damit dem Kontakt unphysiologischer Substanzen beim Einsatz
  • • Trennung von sterilem Einmalartikel und unsteriler Dreheinheit – einfaches Handling mit hoher Anwendersicherheit
  • • Einmalartikel wasserdampfsterilisierbar – keine toxischen Abbauprodukte (ETO) und im Bezug auf mikrobiologische Kontamination höchstmögliche Anwendersicherheit
  • • Oxygenierung und Ernährung der Leberzellen/Pankreaszellen außerhalb der rotierenden Einheit über das Blutplasma/Kulturmedium (nur ein Kreislauf im rotierenden Teil) und somit keine zusätzliche Membran im Zellmodul – damit höhere Anwendersicherheit
  • • einfache Möglichkeit der Befüllung, Zugabe und Probennahme; durch Verfahren der Befüllung Kontamination minimiert und damit Anwendersicherheit erhöht
  • • durch Probeentnahmemöglichkeit permanente Überwachung der Zellen möglich – höhere Sicherheit im Bezug auf Funktionalität und Unbedenklichkeit (Sterilität, PH, Bildung von toxischen Stoffwechselprodukten etc.)
  • • durch Einsatz von kryokonservierten Zellen humanen Ursprungs unabhängig von Verfügbarkeit von Transplantaten
  • • System schnell (Montage, Verfügbarkeit, Zellmaterial) und sicher funktionsbereit (Sterilität, Anwenderfreundlichkeit).
With appropriate design, the invention offers the following advantages:
  • • Use of polysulfone hollow fibers with a large exchange surface and variably adjustable porosity - better mass transfer when using inert materials
  • • significantly more efficient bidirectional mass transfer by convection, especially for medium and high molecular weight synthesis products with low diffusion rates
  • • by using hydrophilic and / or hydrophobic membranes mass transfer more controllable / adjustable
  • • By separating the supply fibers from the dissipative fibers and freely variable arrangement of the fibers improved cell supply and thus cell performance
  • • by countercurrent and rotation additionally improved mixing and mass transfer
  • • Prevention of mechanical seals by using the "tube feeding principle" from a stationary to a rotating part- no hose twisting (trouble-free operation in clinical use) and no abrasion in the reactor unit
  • • by the possibility of using human body fluids avoiding the use of commercial nutritional solutions (eg RPMI) and thus the contact of unphysiological substances in use
  • • Separation of sterile disposable and unsterile rotary unit - easy handling with high user safety
  • • disposable water vapor sterilisable - no toxic decomposition products (ETO) and in terms of microbiological contamination highest possible user safety
  • • Oxygenation and nutrition of the liver cells / pancreatic cells outside the rotating unit via the blood plasma / culture medium (only one cycle in the rotating part) and thus no additional membrane in the cell module - thus higher user safety
  • • easy way of filling, adding and sampling; Contamination minimizes contamination and thus increases user safety
  • • permanent monitoring of cells possible by sampling - higher safety in terms of functionality and safety (sterility, PH, formation of toxic metabolic products, etc.)
  • • by using cryopreserved cells of human origin regardless of the availability of transplants
  • • System fast (assembly, availability, cell material) and safe to operate (sterility, ease of use).

Claims (34)

Reaktoreinheit mit einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer, wobei die erste Kammer durch den Innenraum eines Gehäuses gebildet wird und wobei die zweite Kammer durch den Innenraum mehrerer in dem Gehäuse angeordneter Hohlfasern gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern in dem Gehäuse derart angeordnet sind, dass ihre auf die Querschnittsfläche der ersten Kammer bezogene Dichte in wenigstens einem Bereich der ersten Kammer 10 Fasern/mm2 nicht übersteigt.Reactor unit having a first chamber and a second chamber, wherein the first chamber is formed by the interior of a housing and wherein the second chamber is formed by the interior of a plurality of arranged in the housing hollow fibers, characterized in that the hollow fibers are arranged in the housing such in that its density, which is related to the cross-sectional area of the first chamber, does not exceed 10 fibers / mm 2 in at least one region of the first chamber. Reaktoreinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Querschnittsfläche der ersten Kammer bezogene Dichte der Hohlfasern in wenigstens einem Bereich der erstem Kammer im Bereich von 0,2 bis 10 Fa sern/mm2, vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 6 Fasern/mm2 und besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 4 Fasern/mm2 liegt.Reactor unit according to claim 1, characterized in that the relative to the cross-sectional area of the first chamber density of the hollow fibers in at least a region of the first chamber in the range of 0.2 to 10 Fa fibers / mm 2 , preferably in the range of 0.5 to 6 Fibers / mm 2 and more preferably in the range of 1 to 4 fibers / mm 2 . Reaktoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Querschnittsfläche der ersten Kammer bezogene Dichte der Fasern in Faserlängsrichtung variiert.Reactor unit according to claim 1 or 2, characterized that's on the cross-sectional area the density of the fibers in the fiber longitudinal direction relative to the first chamber varied. Reaktoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die auf die Querschnittsfläche der ersten Kammer bezogene Dichte der Fasern in Faserlängsrichtung konstant ist.Reactor unit according to claim 1 or 2, characterized that's on the cross-sectional area the density of the fibers in the fiber longitudinal direction relative to the first chamber is constant. Reaktoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reaktoreinheit eine oder mehr als eine Vergussmasse angeordnet ist, in der ein Abschnitt, vorzugsweise der Endbereich der Hohlfasern eingebettet ist.Reactor unit according to one of the preceding claims, characterized characterized in that in the reactor unit one or more than one Potting compound is arranged, in which a section, preferably the End region of the hollow fibers is embedded. Reaktoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reaktoreinheit zwei Vergussmassen angeordnet sind, in denen ein Abschnitt, vorzugsweise der Endbereich der Hohlfasern eingebettet ist und zwischen denen sich ein weiterer Abschnitt der Hohlfasern erstreckt.Reactor unit according to one of the preceding claims, characterized characterized in that two potting compounds are arranged in the reactor unit, in which a portion, preferably the end portion of the hollow fibers is embedded and between which another section of the Hollow fibers extends. Reaktoreinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern zwischen den Vergussmassen gerade oder gekrümmt verlaufen, so dass sich insbesondere ein bauchiges oder spindelförmiges Hohlfaserbündel ergibt.Reactor unit according to claim 6, characterized in that that the hollow fibers between the potting compounds are straight or curved, so that in particular results in a bulged or spindle-shaped hollow fiber bundle. Reaktoreinheit nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des zwischen der Vergussmassen befindlichen Abschnittes mehrerer oder aller Hohlfasern mindestens 0,5 % über dem Abstand der zueinander weisenden Flächen der Vergussmassen liegt.Reactor unit according to claim 6 or 7, characterized that the length of the potting mass located portion of several or all hollow fibers at least 0.5% above the distance of each other facing surfaces the Vergussmassen lies. Reaktoreinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des zwischen den Vergussmassen befindlichen Abschnittes der Hohlfasern minde stens 1 % und bevorzugt mindestens 3 % über dem Abstand der zueinander weisenden Flächen der Vergussmassen liegt.Reactor unit according to claim 8, characterized in that that the length located between the potting compound portion of the hollow fibers minde least 1% and preferably at least 3% above the distance from each other facing surfaces the Vergussmassen lies. Reaktoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die die Hohlfasern derart umgeben, dass die auf die Querschnittsfläche der ersten Kammer bezogene Dichte der Fasern gegenüber der Dichte ohne Einsatz der Mittel erhöht ist.Reactor unit according to one of the preceding claims, characterized characterized in that means are provided, which are the hollow fibers surrounded so that the related to the cross-sectional area of the first chamber Density of fibers opposite the density is increased without the use of funds. Reaktoreinheit mit einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer, wobei die erste Kammer durch den Innenraum eines Gehäuses gebildet wird und wobei die zweite Kammer durch den Innenraum mehrerer in dem Gehäuse angeordneter Hohlfasern gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der Reaktoreinheit wenigstens zwei Vergussmassen angeordnet sind, in denen ein Abschnitt, vorzugsweise der Endbereich der Hohlfasern eingebettet ist und zwischen denen sich ein weiterer Abschnitt der Hohlfasern erstreckt, wobei die Länge des zwischen den Vergussmassen befindlichen Abschnittes wenigstens einiger oder aller Hohlfasern mindestens 0,5 % über dem Abstand der zueinander weisenden Flächen der Vergussmassen liegt.Reactor unit with a first chamber and a second chamber, wherein the first chamber through the interior of a housing is formed and wherein the second chamber through the interior of several in the case arranged hollow fibers is formed, characterized in that at least two potting compounds are arranged in the reactor unit, in which a portion, preferably the end portion of the hollow fibers is embedded and between which another section of the Hollow fibers extending, the length of the between the potting compounds located portion of at least some or all hollow fibers at least 0.5% above that Distance between the facing surfaces of the potting compounds is. Reaktoreinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktoreinheit gemäß dem kennzeichnenden Teil eines der Ansprüche 1 bis 10 ausgeführt ist.Reactor unit according to claim 11, characterized in that the reactor unit according to the characterizing part of one of claims 1 to 10 is executed. Reaktoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern in dem Gehäuse derart angeordnet sind, dass ein durch die Hohlfasern strömendes Medium in einer Richtung oder in wenigstens zwei unterschiedlichen Richtungen geführt wird.Reactor unit according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the hollow fibers are arranged in the housing such that a flowing through the hollow fibers Medium in one direction or in at least two different ones Guided directions becomes. Reaktoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern über einen Zulauf und einen Ablauf vertilgen.Reactor unit according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the hollow fibers via an inlet and a Destroy the process. Reaktoreinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf und der Ablauf der Hohlfasern auf derselben Seite des Gehäuses angeordnet sind.Reactor unit according to claim 14, characterized in that that the inlet and the outlet of the hollow fibers on the same side of the housing are arranged. Reaktoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern in dem Gehäuse derart angeordnet sind, dass ein durch die Hohlfasern strömendes Medium einen im wesentlichen U-förmigen Strömungsverlauf aufweist.Reactor unit according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the hollow fibers are arranged in the housing such that a flowing through the hollow fibers Medium a substantially U-shaped Has flow course. Reaktoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern U-förmig ausgeführt sind.Reactor unit according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the hollow fibers are U-shaped. Reaktoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse rotationssymmetrisch, vorzugsweise zylindrisch ausgeführt ist.Reactor unit according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the housing is rotationally symmetrical, preferably cylindrical. Reaktoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlfasern einen Zulauf aufweisen und ausgehend von dem Zulauf bis zu einem Bereich, in der sich die Richtung des Verlaufes der Hohlfasern ändert, in einer ersten Richtung verlaufen und ab dem Bereich der Richtungsänderung in eine zweite, von der ersten Richtung abweichende Richtung verlaufen, wobei die in der ersten Richtung verlaufenden Hohlfasern radial innen und die in der zweiten Richtung verlaufenden Hohlfasern relativ dazu radial außen verlaufen.Reactor unit according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the hollow fibers have an inlet and starting from the inflow to an area where the direction of the course the hollow fibers changes, in a first direction and from the area of change of direction in a second direction deviating from the first direction, wherein the hollow fibers extending in the first direction are radial inside and in the second direction extending hollow fibers relative to radially outside run. Reaktoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse über wenigstens einen Anschluß zur Befüllung, Entleerung oder Probenahme aus der ersten Kammer aufweist.Reactor unit according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the housing over at least a connection to filling, Emptying or sampling from the first chamber has. Reaktoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser der Hohlfasern höchstens 300 µm, vorzugsweise höchstens 200 µm und besonders bevorzugt etwa 100 µm beträgt.Reactor unit according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the inner diameter of the hollow fibers at most 300 μm, preferably at most 200 μm and more preferably about 100 microns. Reaktoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Permeabilität der Membran der Hohlfasern mindestens 200 ml/mm Hg × h × m2, vorzugsweise mindestens 500 ml/mm Hg × h × m2 beträgt.Reactor unit according to one of the preceding claims, characterized in that the hydraulic permeability of the membrane of the hollow fibers is at least 200 ml / mm Hg × h × m 2 , preferably at least 500 ml / mm Hg × h × m 2 . Reaktoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Cutoff der die Hohlfasern bildenden Membran im Bereich zwischen 104 und 107 Da, vorzugsweise im Bereich zwischen 105 und 106 Da und besonders bevorzugt zwischen 700.000 und 900.000 Da liegt.Reactor unit according to one of the preceding claims, characterized in that the cutoff of the membrane forming the hollow fibers is in the range between 10 4 and 10 7 Da, preferably in the range between 10 5 and 10 6 Da and particularly preferably between 700,000 and 900,000 Da. Reaktoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktoreinheit aus Materialien aufgebaut ist, die wasserdampfsterilisierbar sind.Reactor unit according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the reactor unit is constructed of materials is that are water vapor sterilizable. Reaktoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktoreinheit als Disposable ausgeführt ist.Reactor unit according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the reactor unit is designed as disposable. Reaktoreinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Enden der Hohlfasern aufnehmende Vergussmasse vorgesehen ist und dass das Gehäuse aus PP und/oder die Vergussmasse aus Polyurethan und/oder die Hohlfasern aus Polysulfonen, vorzugsweise aus Polyarylethersulfonen und besonders bevorzugt aus mit PVP hydrophilisierten Polysulfonen bestehen.Reactor unit according to one of the preceding claims, characterized in that a potting compound which receives the ends of the hollow fibers is provided and that the housing made of PP and / or the potting compound of polyurethane and / or the hollow fibers from polysulfones, preferably from polyarylethersulfones and especially preferably consist of polysulfones hydrophilized with PVP. Reaktor mit einer Reaktoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktoreinheit rotierbar angeordnet ist.Reactor with a reactor unit according to one of claims 1 to 26, characterized in that the reactor unit rotatable is arranged. Reaktor nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktor gleitringdichtungsfrei ausgeführt ist.Reactor according to claim 27, characterized in that that the reactor is executed without mechanical seal. Verfahren zur Bewirkung eines Stoffaustausches mittels einer oder mehrerer Hohlfasern unter Verwendung einer Reaktoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 26 oder eines Reaktors nach Anspruch 27 oder 28, wobei der Druck in der durch die Hohlfaserinnenräume gebildeten zweiten Kammer sowie in der durch das Gehäuse gebildeten ersten Kammer derart eingestellt ist, dass der Stoffaustausch durch die Hohlfasern zumindest teilweise durch Konvektion erfolgt.Method for effecting a substance exchange by means of one or more hollow fibers using a reactor unit according to one of the claims 1 to 26 or a reactor according to claim 27 or 28, wherein the Pressure in the second chamber formed by the hollow fiber inner spaces as well in through the housing formed first chamber is set such that the mass transfer at least partially by convection through the hollow fibers. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckverhältnisse zwischen der ersten und der zweiten Kammer derart gewählt sind, dass der konvektive Stofftransport in einem Abschnitt der Hohlfasem aus dem in den Hohlfasern befindlichen Medium in das in dem Gehäuse befindlichen Medium erfolgt und in einem anderen Abschnitt der Hohlfasern aus dem in dem Gehäuse aufgenommenen Medium in das in den Hohlfasern befindliche Medium erfolgt.Method according to claim 29, characterized that the pressure conditions between the first and the second chamber are chosen such that the convective mass transport in a section of the hollow fibers from the medium contained in the hollow fibers in the housing located in the housing Medium takes place and in another section of the hollow fibers in the case absorbed medium in the medium contained in the hollow fibers he follows. System mit einer Reaktoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 26 oder einem Reaktor nach einem der Ansprüche 27 bis 28, mit einem Reservoir, das mit der Reaktoreinheit derart in Verbindung steht, dass aus dem Reservoir Medium in die durch die Hohlfasern gebildete zweite Kammer der Reaktoreinheit einführbar oder aus dieser abführbar ist, mit einer Förderpumpe zur Förderung des Mediums sowie mit einem Oxygenator, mittels dessen das geförderte Medium mit Sauerstoff anreicherbar ist.System with a reactor unit according to one of claims 1 to 26 or a reactor according to one of claims 27 to 28, with a reservoir, the is in communication with the reactor unit in such a way that from the Reservoir medium in the second chamber formed by the hollow fibers the reactor unit inserted or deductible from this is, with a delivery pump to promote of the medium and with an oxygenator, by means of which the pumped medium can be enriched with oxygen. System nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Oxygenator in Strömungsrichtung des Mediums dem Reaktor bzw. der Reaktoreinheit vorgeschaltet ist.System according to claim 31, characterized that the oxygenator in the flow direction of Medium upstream of the reactor or the reactor unit. System nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung vor dem Reaktor eine Heizeinrichtung zur Erwärmung des Mediums vorgesehen ist.System according to claim 31 or 32, characterized that in the flow direction provided in front of the reactor, a heater for heating the medium is. System nach einem der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderpumpe eine peristaltische Pumpe ist.System according to one of Claims 31 to 33, characterized that the feed pump a is peristaltic pump.
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