DE102005036505A1

DE102005036505A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Isolieren von Zellen, Biopartikeln und/oder Molekülen aus Flüssigkeiten mit dem Ziel einer Anwendung zur Behandlung von Krankheiten des Menschen

Info

Publication number: DE102005036505A1
Application number: DE102005036505A
Authority: DE
Inventors: Hans-Werner Prof. Dr. Heinrich
Original assignee: Adexter GmbH
Current assignee: BBK KONTOR BERLIN AG, DE
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2005-07-29
Publication date: 2006-06-01

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren, mit Hilfe dessen aus Flüssigkeiten unter Verwendung geeigneter Träger und bekannter Immobilisierungsverfahren spezifische Biopartikel, aber auch gelöste Biomoleküle erkannt und abgetrennt werden können. Die Vorrichtung kann sowohl diskontinuierlich wie auch für die direkte und kontinuierliche Behandlung von Flüssigkeiten eingesetzt werden. Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Humantherapie, insbesondere die direkte Blutbehandlung.

Description

Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Isolieren von Zellen, Biopartikeln und/oder Molekülen aus Flüssigkeiten. Mit ihr können unter Verwendung geeigneter Träger und bekannter Immobilisierungsverfahren spezifische Biopartikel erkannt und abgetrennt werden. Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Behandlung von Krankheiten des Menschen Trotz vieler Erfolge in der Behandlung von Krankheiten stellen akute und chronische Erkrankungen, die durch eine Fehlreaktion des Immunsystems hervorgerufen werden, nach wie vor eine große Herausforderung für den Arzt und die medizinische Forschung dar. Akute Entzündungskrankheiten wie Sepsis oder chronische Erkrankungen wie Allergien, Autoimmunkrankheiten aber auch Tumorausbildungen, sind in vielen Fällen in ihrem Verlauf nur ungenügend zu beeinflussen, und die eingesetzten Arzneimittel haben häufig beträchtliche Nebenwirkungen.

Mit wachsendem Wissen um die Regulation der angeborene und erworbenen Immunantwort eröffnen sich neue Möglichkeiten der zielgerichteten Beeinflussung des Abwehrsystems. Das geschieht vornehmlich durch die Verabreichung von Arzneimitteln, die durch Blockierung einer Signalsubstanz eine bestimmte Regulationskette unterbrechen. So verhindern spezifische Antikörper durch Inaktivierung des Moleküls oder Blockierung des Zellrezeptors die Wirkung des TNFa und unterbinden dadurch die pro-entzündliche Wirkung dieses Cytokins. Erfolgreich kann damit u.a. rheumatoide Arthritis behandelt werden. Mit dem rekombinanten aktivierten Protein C (Drotrecogin Alfa, Xigris^®) wird zielgerichtet in die Blutgerinnung eingegriffen (Hemmung der Faktoren Va und Vllla, Hemmung des Plasminogen-Activator-Inhibitor-1 und Reduzierung der TAFT-Synthese), womit die Todesrate bei Patienten, die an einer schweren Sepsis leiden, signifikant gesenkt werden kann. Weitere Präparate sind in den nächsten Jahren zu erwarten. Insbesondere bei chronischen Erkrankungen muss die blockierende Substanz meist auch lebenslang eingenommen werden. Die permanente Unterbindung einer per se lebensnotwendigen Abwehrleistung kann nicht ohne. Nebenwirkungen bleiben. Erste Erfahrungen mit solchen Medikamenten lassen auch vermuten, dass bestimmte Erkrankungen wie Tuberkulose reaktiviert werden oder erst dadurch die Chance zur Manifestation bekommen.

Eine weitere Möglichkeit der therapeutischen Beeinflussung ist die Entfernung von immunregulativen Substanzen aus dem Blut durch eine extra-korporale Blutbehandlung. Ausgangspunkt dieser Entwicklung ist der klassische Aderlass, der für mehr als zweitausend Jahren eine Standardtherapie für bestimmte Krankheiten darstellte. Neue Materialien und Technologien, sowie die Erkenntnissen der Blutgruppen-Forschung ermöglichten die Einführung der Hämodialyse in die klinische Anwendung vor mehr als 50 Jahren und führten zur Blutaustausch-Therapie, die später durch den Plasma-Austausch ersetzt wurde. Unspezifität, Kosten und Infektionsgefährdung beschränken die Anwendung des Plasma-Austausches.

Hämofiltration, Hämodiafiltration, Doppelfiltration und Plasmaadsorption stellen Meilensteine in der Anwendung extra-korporaler Therapieverfahren dar. Mit der Plasmaadsorption konnten erstmals Stoffe aus dem Blut entfernt werden, die größer sind als Albumin. Für die Bindung hochmolekularer Stoffe im strömenden Blut oder Plasma werden unspezifische oder spezifische Faktoren genutzt.

Durch elektrostatische oder hydrophobe Wechselwirkungen zwischen der Matrix und den Blutbestandteilen werde heute routinemäßig LDL, Beta2-Mikroglobulin, Endotoxine, Immunglobuline und zirkulierende Immunkomplexe aus dem Blut entfernt.

Die spezifische Affinität des Protein A zum Fc-Rezeptor von IgG ermöglichte die Entwicklung von Immunadsorbern, die für die Abreicherung von IgG zur Behandlung von z.B. schwerer Formen der rheumatoiden Arthritis (Prosorba^®) eingesetzt werden.

Spezifische Erkennungssequenzen (Antikörper, Peptide) ermöglichen die Entfernung eindeutig definierter Spezifitäten aus dem Blut. Sie werden u.a. für die Elimination von LDL (Therasorb^®, LDL Lipopak^®), Lp(a) (Lp(a) Lipopak^®), Acetylcholin-Rezeptor-Antikörper (MedisorbaMG^®), anti-ß1-adrenerge-Antikörper (Corafin^®) oder Entzündungs-Mediatoren ( EP 1163004 ) verwendet.

Die Verwendung patienteneigener dissozierter Immunkomplex-Bestandteile als Liganden für einen patientenspezifischen Immunadsorber ( DE 19538641 ) ist eine Sonderform auf dem Weg immer gezielterer und personalisierter Therapie.

Neben den oben beschriebenen gelösten Substanzen des Blutplasmas als Target einer therapeutischen Apherese rücken in zunehmendem Maße aus dem Blut isolierbare Zellen in die Aufmerksamkeit einer therapeutischen Verwendung.

Mit der Leukozytapherese (Cytapheresis, Cellsorption) werden unspezifisch Granulozyten aber auch Monozyten und Lymphozyten aus dem Blut entfernt. Eine therapeutische Anwendung ist bei einer Reihe chronischer Erkrankungen wie z.B. Morbus Crohn angezeigt.

Die Zellanalyse und die Zellseparation werden seit Jahrzehnten mittels Fluorescence Activated Cell Sorting (FACS) vorgenommen. Es ist die Methode der Wahl für die Analytik spezifischer Zellpopulationen durch Oberflächenmarker. Probleme bereitet die FACS-Anwendung für die Isolierung großer Zellzahlen für den therapeutischen Einsatz. Das die Zellen enthaltende Medium muss stark verdünnt werden, die Trennzeit ist relativ lange für größere Zellmengen und es bereitet Probleme, die aseptischen Bedingungen einzuhalten. Das Verfahren verursacht insgesamt erhebliche Kosten.

Zur Erkennung und Isolierung von Partikeln und Zellen werden seit mehr als 10 Jahren im wachsenden Maße magnetische Trennverfahren eingesetzt. Dazu werden entweder die Fängermoleküle mit Eisen beladen oder einen Eisenkern enthaltende Mikropartikel werden mit dem Fängermolekül beschichtet. Die Abtrennung erfolgt durch ein starkes magnetisches Feld. Die immunmagnetische Separation, erfolgreich kommerzialisiert u. a. durch Dynal und Miltenyi Biotec, hat sich als einfache, relativ kostengünstige Methode der Zelltrennung etabliert. Besonders im Vergleich zur Fow-Zytometrie hat sich die magnetische Separation bewährt für die Isolierung von relativ seltenen Zelltypen, so z. B. für die Isolierung fetaler Zellen aus dem mütterlichen Blut für die pränatale Diagnostik. Eine weitere Anwendung ist der Nachweis von Tumorzellen im Blut nach chirurgischer Entfernung des Primärtumors zur Einleitung weiterer Behandlungen.

Für therapeutische Zwecke werden heute routinemäßig syngene CD34⁺-periphere Blutstammzellen von Patienten, die an bestimmten malignen Erkrankungen des Blut bildenden Systems leiden, für eine Reimplantation gewonnen. Das geschieht vorzugsweise durch die Aufreinigung von Leukozyten mit spezifischen Antikörpern, die an Magnetic Beads gekoppelt sind. Für die Zellfraktionierung während der Blut/Zell-Spende stehen mehrere Systeme zur Verfügung, die die unterschiedliche Größe und spezifische Dichte der Blutzellen für eine Trennung im Schwerefeld (Zentrifugation) nutzen.

Ein Nachteil aller Sortierungsverfahren ist, dass sie nicht kontinuierlich durchgeführt werden können. D. h. es wird eine Blut- bzw. Lymphozyten-Probe entnommen, die Zellen werden mit den immunmagnetischen Partikeln inkubiert. Nach dem Abtrennen und Waschen werden die Zellen vom Magnetpartikel abgelöst und können dann für therapeutische Zwecke eingesetzt werden.

Ein guter Überblick über FACS und MACS wird gegeben in „Fow Cytometry and Sorting" (Ed. Melamed et al., Wiley & Sons, Inc., New York, 1990).

Andere Methoden der Isolierung und/oder Entfernung von Zellen sind beschrieben in EP 12311956 A2 , US 6900029 , US 6432630 , US 20020012953 A1 , DE 10022635 A1 , US 5246829 , US 5739033 , US 5763203 , EP 0016552 A1 , WO 00/38762, EP 0502213 B1 und EP 0554460 B1 .

Die fortschreitenden Erkenntnisse zur Bedeutung von Blutzell-Subpopulationen in der Regulation der Abwehr von pathologischen Prozessen im Allgemeinen eröffnet die Möglichkeit der Beeinflussung des Immunsystems im Sinne der Erhaltung der Homöstase des Organismus. Das eröffnet neue Wege in der patientenspezifischen Therapie von Krankheiten. So wird durch die Entfernung spezifischer „pathologischer" Blutzellen, einschließlich infizierter Zellen, ebenso ein Effekt erreicht, wie durch die Isolierung von Blutzell-Subpopulationen, deren ex-vivo-Behandlung und Rückführung in den Organismus. Für diese Art extra-korporaler patienten- und krankheitsspezifischer Behandlung wird ein einfaches System zur Isolierung von Zellen aus dem Blut benötigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches System zur Abtrennung von Zellen, Biopartikeln und anderen Molekülen zu entwickeln, das insbesondere durch die Abtrennung schädigender Substanzen aus humanen Körperflüssigkeiten, z.B. aus Blut, für eine effektive und kostengünstig umzusetzende Therapie geeignet ist Die Erfindung wird gemäß den Ansprüchen 1, 14 und 29 – 31 realisiert, die Unteransprüche sind Vorzugsvarianten.

Die Erfindung beschreibt ein einfaches Trennverfahren, das überall dort angewendet werden kann, wo für das zu separierende Agens eines Stoffgemisches ein spezifischer Ligand funktionsfähig an eine Oberfläche immobilisiert werden kann. Die eigentliche Separation erfolgt durch Sortierung nach Partikelgröße (Filtration, Sieben).

Für die Lösung dieser Aufgabe werden Standard-Verfahren der Kopplung spezifischer Liganden an einen festen Träger genutzt.

Als feste Träger kommen bekannte Biopolymere wie Membranen oder Partikel aus organischen oder synthetischen Polymeren zum Einsatz. Die Oberfläche kann biokompatibel sein und bestehen aus Kollagen, gereinigten Proteinen, gereinigten Peptiden, Polysacchariden wie z.B. Chitosan, Alginat, Dextran, Zellulose, Glycosaminoglycanen oder synthetische Polymere wie Polystyren, Polyester, Polyäther, Polyanhydride, Polyalkylcyanoacrylate, Polyacrylamide, Polyorthoester, Polyvinylacetate, Blockcopolymere, Polypropyle, Polytetrafluoroäthylen (PTFE) oder Polyurethan. Darüber hinaus können die Polymere Milchsäure-Polymere oder Copolymere (Milchsäure und/oder Glykol- Säure (PLGA) enthalten.

Die verwendeten Oberflächen können biodegradierbar oder nicht-biodegradierbar sein.

Die benutzten spezifischen Liganden für die Bindung der Ziel-Moleküle auf der Oberfläche von Zellen können natürlich oder synthetischer Natur sein, so z. B. Antikörper, Antikörperfragmente, Peptide, Polypeptide, Glykopeptide, lösliche Rezeptoren, Steroide, Hormone, Mitogene, Antigene, Superantigene, Wachstumsfaktoren, Cytokine, Leptine, Virusproteine, Adhäsionsmoleküle oder Chemokine.

Für die spezifische Verwendung wird mindestens ein Antikörper oder ein Antikörperfragment eingesetzt, wobei die spezifischen Liganden kovalent an diese gebunden oder über Spacer oder Linker an sie fixiert sind.

Die Trägersubstanz kann jegliche Geometrie aufweisen. Membranen als Kapillare oder Partikel bieten den Vorteil einer großen Oberfläche. Für das zu beschreibende Verfahren werden Mikropartikel mit einem Durchmesser von >10 μm < 800μm, vorzugsweise 50 – 500μm eingesetzt. Für andere Aufgabenstellungen können aber auch größere oder kleinere Partikel eingesetzt werden.

Die mit spezifischen Liganden (z.B. Antikörper gegen CD34 oder CD1d, oder gegen HIV-gp120) aktivierten Mikropartikel werden mit dem Spender-/Patienten-Blut, das aus einer Armvene entnommen und mit üblichen Antikoagulantien behandelt wird, ex-vivo in Kontakt gebracht. Das geschieht in einem besonderen Reaktionsraum. Soll der Reaktionsraum in einen extra-korporalen Kreislauf verbracht werden, sichern Schlauchverbindungen, Ventile, Filter und Pumpen, verbunden mit der Sicherungstechnik, dass das System ohne Nebenwirkungen für den Patienten nach entsprechender Antikoagulation betrieben werden kann.

Die Zielzellen werden durch die funktionalisierten Mikropartikel gebunden. Die Abtrennung der nun beladenen Mikropartikel geschieht durch hydrostatischen Druck unter Verwendung einer Membran (Siebe), vorzugsweise in Form einer Röhre, die alle Blutbestandteile ungehindert durchtreten lässt (Porengröße >10μm <800μm) aber die Mikropartikel zurückhält. Dabei kann die Filtration sowohl durch vertikale wie auch tangentiale Druckeinwirkung erfolgen. Die im Lumen verbleibenden Partikel werden in das Reaktionsgefäß zurückgeführt oder für analytische oder präparative Zwecke abgeleitet. Das so von bestimmten Zellen abgereicherte Blut wird über die Armvene in den Spender/Patienten zurückgeführt.

Nach Unterbrechung der Blutzufuhr kann das Reaktionsgefäß für die Ablösung der Zellen von den Mikropartikeln genutzt werden. Die so vereinzelten, dispergierten Zellen können mittels gleichen Verfahrens von den Partikeln abgetrennt werden und stehen nun für therapeutische Anwendungen zur Verfügung.

Eine weitere Anwendung ist die gezielte Isolierung verschiedener Zelltypen mit dem Ziel der Co-Kultivation, immer dann, wenn die jeweiligen Zelltypen Oberflächen-Moleküle und/oder Biomoleküle wie Cytokine anderer Zelltypen benötigen, um ihre gewünschte Funktion zu erfüllen.

Um für den notwendigen Zell-Zell-Kontakt eine ausreichende Nähe der gewünschten Zielzellen zu erreichen, können mehrere spezifische Liganden auf einem Partikel gebunden sein.

Spezifische Zellen für diese Anwendung können u. a. T-Zellen, B-Zellen oder Stammzellen sein.

Aus der hohen Variabilität in der Partikelgestaltung hinsichtlich Material, Durchmesser und Oberflächenmodifikationen ergibt sich eine riesige Vielfalt von Anwendungsmöglichkeiten in der Medizin. Das Verfahren kann sowohl diskontinuierlich wie auch kontinuierlich durchgeführt werden.

Ausführungsbeispiel 1 :
Isolierung von CD4-positiven Zellen aus Rattenvollblut
Ascitis Antikörper (RIB 5/2) wurden mit Hilfe vom Millipore Montage Antibody Purification Kit (LSK2 ABG 20) nach Protokoll durchgeführt.
Die Aufreinigung wurde anschließend mit einem SDS Denaturierungs-Gel, (10%) überprüft.
Kopplung der Anti-CD4 Antikörper an die Polymethylmethcrylat (PMA)-Partikel

1. 1 ml PMA (Partikeldurchmesser = 40 μm +/- 10 μm; 10 mg/ml; COOH/PEG-COOH modifiziert,) zentrifugiert 2 min 3.000 x g, Überstand verwerfen und in 1 ml 0,1 M MES Puffer pH 6.3 aufnehmen.
2. 2 mg EDC und 2,4 mg N-Hydroxysuccinimid in 0,5 ml 0,1M MES Puffer pH 6,3 lösen und zu der PMA-Partikel-Suspension geben. 1 Stunde bei Raumtemperatur unter Rühren inkubieren (Aktivierung der Partikel).
3. PMA-Partikel separieren durch Zentrifugation und 2mal waschen mit 0,1M MES Puffer pH 6,3.
4. Aktivierte PMA-Partikel in 1 ml 0,1M MES Puffer pH 6.3 aufnehmen mit 100-150 μg Antikörper; Kopplungsreaktion bei Raumtemperatur für 16 Stunden (über Nacht).
5. Neutralisation freier Bindungsstellen durch Zugabe von 100 μl 1M Ethanolamine mit anschließender Inkubation für 1 Stunde.
6. Separieren mittels Zentrifugation und waschen der funktionalisierten PMA-Partikel mit PBS 3 mal.
7. Aufnahme der anti-CD4-PMA-Partikel in 1 ml PBS pH 7,4 und Lagerung bei 4°C. Überprüfung der Antikörperkopplung mittels Goat-anti-Maus Antikörper PE markiert (1).

Spezifische Zellisolierung von CD4 positiven Zellen aus Vollblut

1.4 ml anti-coaguliertes Ratten-Vollblut wird mit 1 ml (1 mg Partikel) funktionalisierter anti-CD4-PMA-Partikel Suspension gemischt.
2. 60 min bei Raumtemperatur wippend inkubieren.
3. Trennen der anti-CD4-PMA-Partikel (mit und ohne gebundene Zellen) aus dem Vollblut durch Filtration des Blut-Partikel-Gemisches mittels einer speziellen Kammer mit einem Zellsieb (40 μm).
4. Waschen der anti-CD4-PMA-Partikel mit 30 ml PBS (1 % FCS)
5. Aufnahme der Partikel aus der Siebkammer in ca. 1 ml PBS, Vortexen (Mixen) für 15-20 Sekunden.
6. Entnahme einer Partikelprobe für mikroskopische Analyse (2).
7. FACS-Analytik der Leukozyten-Fraktion im Rattenvollblut vor und nach Behandlung mit den anti-CD4-PMA-Partikel (3 und 4).

Ablösen und Qualifizierung der Zellen von den Partikeln.

1. anti-CD4-PMA-Partikel den anhaftenden Zellen werden durch vorsichtige Zentrifugation sedimentiert.
2. Aufnehmen des Sediments in PBS, 2 mM EDTA, 3 mM Mercaptoethanol und 20 U Papain.
3. Inkubation unter Mischen für 30 min.
4. Trennen von Zellen und Partikeln durch eine Filtration mittels einer speziellen Kammer mit einem Zellsieb (40 μm); Waschen der Partikel mit 30 ml PBS (1 % FCS); Aufnahme der Partikel aus dem Zellsieb in ca. 1 ml PBS; Vortexen (Mixen) für 15-20 Sekunden und Wiederholen des Waschens.
5. Isolierte Lymphozytenfraktion durch Zentrifugation 350 x g aufkonzentrieren und mittels FACS analysiert (5).

Ausführungsbeispiel 2
Isolierung eines Proteins (IgG) aus einem Zell-Lysat
Ascites Antikörper (RIB 5/2) wurden mit Hilfe vom Millipore Montage Antibody Purification Kit (LSK2 ABG 20) nach Protokoll durchgeführt.
Die Aufreinigung wurde anschließend mit einem SDS Denaturierungs-Gel (10%) überprüft.
Kopplung der (Maus-IgG₂) Anti-CD4 Antikörper an die Polymethylmethcrylat (PMA)-Partikel

1.1 ml PMA (Partikeldurchmesser = 40 μm +/- 10 μm; 10 mg/ml; COOH/PEG-COOH modifiziert,) zentrifugiert 2 min 3.000 x g, Überstand verwerfen und in 1 ml 0,1 M MES Puffer pH 6.3 aufnehmen.
2. 2 mg EDC und 2,4 mg N-Hydroxysuccinimid in 0,5 ml 0,1M MES Puffer pH 6,3 lösen und zu der PMA-Partikel-Suspension geben. 1 Stunde bei Raumtemperatur unter Rühren inkubieren (Aktivierung der Partikel).
3. PMA-Partikel separieren durch Zentrifugation und 2mal waschen mit 0,1 M MES Puffer pH 6,3.
4. Aktivierte PMA-Partikel in 1 ml 0,1M MES Puffer pH 6.3 aufnehmen mit 100-150 μg Antikörper; Kopplungsreaktion bei Raumtemperatur für 16 Stunden (über Nacht).
5. Neutralisation freier Bindungsstellen durch Zugabe von 100 μl 1 M Ethanolamine mit anschließender Inkubation für 1 Stunde.
6. Separieren mittels Zentrifugation und waschen der funktionalisierten PMA-Partikel mit PBS 3 mal.
7. Aufnahme der Maus-IgG-PMA-Partikel in 1 ml PBS pH 7,4 und Lagerung bei 4°C. Überprüfung der Antikörperkopplung mittels Goat-anti-Maus Antikörper PE markiert (1).

Spezifische Isolierung von Goat-anti-Maus-IgG aus einem Zell-Lysat

1.1 ml Zelllysat (HepG2, 4x10⁶ ) werden mit 1 mg Goat-anti-Maus-IgG versetzt.
2. Dem Proteingemisch werden 0,1 ml (100μg Partikel) funktionalisierte Maus-IgG-PMA-Partikel Suspension zugegeben.
3. 60 min bei Raumtemperatur wippend inkubieren.
4. Trennen der Maus-IgG-PMA-Partikel (mit und ohne dem gebundenen Goat-anti-Maus-IgG) aus dem Zelllysat durch Filtration mittels einer speziellen Kammer mit einer Siebmembran (10 μm).
5. 3 x Waschen der PMA-Partikel mit je 5 ml PBS.

Ablösen und Qualifizierung des Proteins von den Partikeln.

1. Aufnahme der funktionalisierten PMA-Partikel mit den anhaftenden Proteinen aus der Siebkammer in 0,5 ml Citratpuffer pH 2,2; Inkubation für 30 min.
2. Abtrennung der Partikeln durch eine Filtration mittels einer speziellen Kammer mit einer Siebmembran (10 μm); Waschen der Partikel mit 2 ml Citratpuffer.
3. Abgelöste Proteine im Citratpuffer analysieren (6).

Ausführungsbeispiel 3
Die 7 - 11 zeigen Beispiele für die apparative Realisierung der Erfindung bzw. von Teilen davon. 7 stellt ein System dar, das typischerweise für eine kontinuierliche Nutzung verwendbar ist. Gestrichelte Pfeile repräsentieren das Schlauchsystem, Pfeilspitzen markieren die Fließrichtung der Flüssigkeit: Ausgehend vom Organismus (Mammalia) wird über eine Blutpumpe und ein Ventil (in der Darstellung mit einem Kreis umgeben) Körperflüssigkeit, beispielsweise Blut, in ein Reakionsgefäß gepumpt bzw. geleitet, das funktionalisierte Partikel enthält, die im Gemisch mit Bestandteilen der Körperflüssigkeit, gegebenenfalls wechselwirken (8). Das Medium mit Zellgemisch und funktionalisierten Partikeln wird anschließend in ein Partikel-Abtrenn-System geleitet. Nach einem Beispiel wird das Medium mit Zellgemisch und funktionalisierten Partikeln über ein Sieb und über eine Hohlfasermembran geleitet und in ein Zellgemisch ohne funktionalisierte Partikel und in ein Zellgemisch mit funktionalisierten Partikeln aufgetrennt (9). Während das abgereicherte Zellgemisch ohne funktionalisierte Partikel abgeleitet über ein Ventil dem Organismus zugeführt wird, wird das Zellgemisch mit funktionalisierten Partikeln und die daran gebundenen Zielzellen/Biopartikel/Moleküle zum Reaktionsgefäß zurückgeführt (7). 10 zeigt exemplarisch das Prinzip der Auftrennung innerhalb der Hohlfasermembran. Das Medium mit Zellgemisch und funktionalisierten Partikeln wird durch eine Hohlrohr-Membran geleitet, wobei die Membran mit einer Porengröße ausgestattet ist (gestrichelte Linie), die lediglich den Durchtritt des Zellgemischs, nun im wesentlichen die Zielzellen/Biopartikeln/Molekülen nicht mehr enthaltend, gestattet, während die funktionalisierten Partikel mit den abgetrennten Zielzellen/Biopartikeln/Molekülen im inneren des Hohlrohrsystems verbleiben.
In 11 ist im Detail ein entsprechendes Partikel-Abtrennsystem dargestellt, das für die Verwendung von zwei Typen funktionalisierter Partikel mit unterschiedlichem Durchmesser Verwendung finden kann.

Claims

Vorrichtung zur Isolierung von Zellen, Biopartikeln und/oder Molekülen aus Flüssigkeiten mit dem Ziel einer Anwendung zur Behandlung von Krankheiten des Menschen, bestehend aus a. einem Reaktionsgefäß aus biokompatiblem Material, in dem sich ein Gemisch von Zellen, Partikeln und/oder Molekülen befindet, b. funktionalisierten Mikropartikeln, die die gewünschten Zellen, Biopartikel und/oder Molekül-Population erkennen und binden, c. einem Partikel-Abtrenn-System basierend auf einer oder mehrerer Membranen mit Poren, die die Zellen, Biopartikel und/oder Moleküle, nicht aber die Mikropartikel passieren lassen d. und bei kontinuierlicher Nutzung diversen Schlauchsystemen, Membranen, Pumpen und Ventilen, um alle Handlungen der Isolierung, Vereinzelung, Bearbeitung und Abtrennung der Zellen, Biopartikel und/oder Moleküle vornehmen zu können.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die spezifischen Zellen, Biopartikel und/oder Moleküle somatische Zellen, subzelluläre Strukturen, Proteine und/oder Nukleinsäuren sowie ggf. Viren, Bakterien und/oder Protozoen sind und die Flüssigkeiten Se- und Exkrete, Blut, Lymphe, Liquor, Spülproben oder Suspensionen vereinzelter Zellen aus Organentnahmen enthalten bzw. Nährmedien oder Fermentationslösungen sind, die Zellen, Biopartikel und/oder Moleküle enthalten.
Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zell/Biopartikel/Moleküle-Separation durch die Verwendung weiterer funktionalisierter Mikropartikel mit dem Prinzip der Adsorption von Zellen, Biopartikeln und/oder Molekülen kombiniert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die kombinierten funktionalisierten Mikropartikel in ihrer Größe unterscheiden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 – 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese funktionalisierten Mikropartikel mehr als einen spezifischen Liganden tragen und somit zwei und mehr unterschiedliche Zellen, Biopartikel und/oder Moleküle auf dem Mikropartikel spezifisch adsorbiert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass über den/die zusätzliche(n) Liganden eine Zell-stimulierende Funktion für lebende Zellen erfolgen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass über den/die zusätzlichen Liganden mindestens zwei unterschiedliche Zelltypen separiert werden, die durch Membran-/Mediatorinteraktion zur Stimulierung mindestens eines Zelltyps führen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 – 7, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionalisierten Mikropartikel in der Flüssigkeit suspendiert und frei beweglich sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 – 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikropartikel durch mechanische Einwirkung in Suspension gehalten werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 – 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit aus dem mit den Mikropartikeln versehenen Reaktionsraum durch Filtration von den Mikropartikeln befreit wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 – 10, dadurch gekennzeichnet, dass für die Filtration Membranen verwendet werden, die sich durch Poren mit einem Durchmesser auszeichnen, die alle nicht spezifisch adsorbierten Bestandteile passieren lassen, nicht aber die verwendeten Mikropartikel.
Vorrichtung nach Anspruch 1 – 11, dadurch gekennzeichnet, dass Flach- oder Hohlrohr-Membranen mit einem Porendurchmesser >1μm und <1.000 μm zur Abtrennung eingesetzt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1 – 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktionsgefäß für die weitere Bearbeitung der isolierten Zellen verwendet wird.
Verfahren zur Abtrennung von Zellen, Biopartikeln und/oder Molekülen aus Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, dass die abzutrennenden Zellen durch bestimmte Oberflächen-Antigene charakterisiert sind.
Verfahren nach Anspruch 14, zur Abtrennung von Zellen, Biopartikeln und/oder Molekülen, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberflächenantigen-erkennende Prinzip ein Ligand natürlichen oder synthetischen Ursprungs ist.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Ligand ein Antikörper, ein Antikörperfragment, ein Peptid, ein Polypeptid, ein Glykopeptid, ein Rezeptor, ein Steroid, ein Hormon, ein Mitogen, ein Antigen, ein Superantigen, ein Wachstumsfaktor, ein Zytokin, ein Lektin, ein Virusprotein, ein Adhäsionsmolekül oder ein Chemokin ist.
Verfahren nach Anspruch 14 – 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Ligand kovalent oder nicht-kovalent auf dem Mikropartikel gebunden ist.
Verfahren nach Anspruch 14 – 17, dadurch gekennzeichnet, dass als feste Träger biokompatible Polymere verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 14 – 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Liganden an vorzugsweise Sepharose gekoppelt werden.
Verfahren nach Anspruch 14 – 19, gekennzeichnet durch eine kontinuierliche oder diskontinuierliche Separation von Zellen, Biopartikeln und/oder Molekülen.
Verfahren nach Anspruch 14 – 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsgefäße mit unterschiedlich funktionalisierten Mikropartikeln als einzelne Module in beliebiger Anzahl in Reihe geschaltet werden können.
Verfahren nach Anspruch 14 – 20, dadurch gekennzeichnet, dass für die kontinuierliche Separation die funktionalisierten Mikropartikel in das Reaktionsgefäß eingebracht werden, das mit der Zellen, Biopartikel und/oder Molekülen enthaltenden Flüssigkeit durchströmt wird.
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit Blut ist.
Verfahren nach Anspruch 14 – 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen, Biopartikel und/oder Moleküle von den Mikropartikeln durch Anwendung spezielle Puffer abgelöst werden.
Verfahren nach Anspruch 14 – 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellfreisetzung und bei Bedarf die Freisetzung weiterer Zellen, Biopartikel und/oder Moleküle im gleichen Reaktionsgefäß erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 14 – 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen, Biopartikel und/oder Moleküle durch die gleiche Membranfiltration von der Mikropartikelsuspension abgetrennt wird, wie sie für die Flüssigkeitsabtrennung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 14 – 24, dadurch gekennzeichnet, dass die separierten Zellen, Biopartikel und/oder Molekülen zum Zweck der Behandlung von Krankheiten des Menschen unbearbeitet oder modifiziert in den Menschen zurück verbracht werden.
Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die separierten Zellen für syn- oder isogene Transplantation verwendet werden.
Vorrichtung und Verfahren nach den vorangegangenen Ansprüchen zur ex-vivo-Behandlung von Blut in einem extra-korporalen Kreislauf.
Vorrichtung und Verfahren nach den vorangegangenen Ansprüchen zur Behandlung von Krankheiten, die durch eine Fehlleistung des Immunsystems hervorgerufen oder aufrechterhalten werden.
Vorrichtung und Verfahren nach den vorangegangenen Ansprüchen zur Behandlung von Infektionskrankheiten durch die Entfernung infizierter Blutzellen des Menschen (z.B. HIV, Herpesviren, Plasmodien).