AT389889B

AT389889B - Verfahren und vorrichtung zum inaktivieren von in einem traegermedium enthaltenen viren

Info

Publication number: AT389889B
Application number: AT0113488A
Authority: AT
Original assignee: Langenecker Bertwin Dr
Priority date: 1988-05-03
Filing date: 1988-05-03
Publication date: 1990-02-12
Also published as: WO1989010761A1; ATA113488A

Description

Nr. 389889

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Inaktivieren von in einem Trägermedium, insbesondere Blut, enthaltenen Viren, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit welchem bzw. welcher das Blut lebender Menschen oder Tiere mit Infektionskrankheiten, wie beispielsweise AIDS (Acquired Immuno Deficiency Syndrome) infolge Infektion durch LAV/HTLV HI (Lymphadenopathie-Associated Virus/Human-T-Lymphotropic Virus), seit kurzem auch HIV (Human Immunodeficiency Virus) genannt, oder beispielsweise der infektiösen Pferdeanemie infolge des ebenfalls zu den Lentiviren gehörenden, morphologisch und genetisch dem HTV nahestehenden EIAV (Equine Infectious Anemia Virus), zur Inaktivierung der darin enthaltenen Viren extrakorporal behandelt werden kann.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu scharfen, welches wirkungsvoll arbeitet

Das erfindungsgemäße Verfahren ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermedium zusammen mit den Viren hochfrequenten Schallwellen ausgesetzt wird. Es hat sich in Laborversuchen gezeigt, daß die Viren im hochfrequenten, zu hoher Energiedichte konzentrierten Schallfeld aufgebrochen und dadurch inaktiviert werden, so daß in überraschender Weise dauerhafte Erfolge erzielt werden können.

Das erfmdungsgemäße Verfahren kann nicht nur zur Inaktivierung von im menschlichen Blut enthaltenen Viren, sondern von in jedem beliebigen flüssigen Trägermedium enthaltenen Viren, beispielsweise somit auch zur Durchführung von Versuchen, bei welchen das Trägermedium nicht aus Blut besteht, verwendet werden.

Seit den ersten Konstruktionen handlicher und betriebssicherer Schallgeber durch Pohlmann im Jahr 1938 wurden vielfältige Versuche und Untersuchungen mit unterschiedlichen Effekten und Erfolgen vorgenommen, Ultraschall mit Schallfrequenzen oberhalb der Hörgrenze des menschlichen Ohres, d. h. mit Schallschwingungen von etwa 20 kHz bis zu etwa 10^ kHz in der Biologie und Medizin anzuwenden. Eine umfassende Darstellung ist in der Literaturstelle "Der Ultraschall in Biologie und Medizin" von Walter Beier und Erich Dömer, erschienen 1954 im VEB Georg Thieme, Leipzig, enthalten. Es wurde auch bereits vorgeschlagen, Ultraschall für Aktivierung von Prozessen, wie Gärvorgängen od. dgl., anzuwenden und dadurch die Aktivierungsdauer zu verkürzen und/oder die Ausbeute der Gewinnung beispielsweise von Anabolen, atmungsfördernden, niedermolekularen Werkstoffen für physikalische, therapeutische sowie zell- und gewebekulturtechnische Zwecke zu erhöhen (CH-PS 651 063).

Bei den bisher bekanntgewordenen Anordnungen von Ultraschall wird folgender bekannter Effekt der Wellenphysik ausgenützt: Befindet sich ein Schwingungserzeuger in einem Medium, also beispielsweise in einem Trägermedium, so werden die Schwingungen auf das Medium übertragen. Bei jeder Schwingungsbewegung wird hiebei das Medium angestoßen und dieser Stoßvorgang pflanzt sich in Form von aufeinanderfolgenden Verdichtungs- und Verdünnungsstellen fort Dieser Efekt ist somit an das Vorhandensein von Materie geknüpft

Aus der US-PS 4 727 027 sowie aus dar EP-A 218 352 sind Verfahren bekannt geworden, bei welchen Licht angewendet wird. Licht stellt einen elektromagnetischen Raumzustand dar, der auch im Vakuum existiert, so daß die Lichtausbreitung nicht an das Vorhandensein eines Mediums geknüpft ist Außerdem handelt es sich bei Lichtwellen um transversale Wellen. Es tritt somit bei Anwendung von Lichtwellen auf Grund der unterschiedlichen Physik ein anderer Effekt auf, als bei Anwendung von Schallwellen. In der US-PS 4 272 027 wird demgemäß die Einwirkung ultravioletter Wellen in einem Wellenlängenbereich zwischen etwa 300 nm und 400 nm und in der EP-A 218 352 die Einwirkung von Laserstrahlen beschrieben.

Die vorliegende Erfindung beruht auf dem festgestellten Effekt, der lediglich bei Anwendung hochfrequenter Schallwellen auf ein Trägermedium auftritt, da durch die Dilatation und Kompression gleichsam ein Zerreißen der Viren im Trägermedium »folgt

Die vorteilhaftesten Ergebnisse werden dann erzielt, wenn erfindungsgemäß Schallwellen mit einem Frequenzbereich zwischen 10^ und 10^ Hz verwendet werden. Die Anwendung dieses Frequenzbereiches bewirkt daß die Wellenlänge derartiger Hyperschallwellen etwa von derselben Größenordnung ist wie die der zu inaktivierenden Viren, nämlich um 100 nm, so daß Resonanzeffekte Zustandekommen können, bei denen die Amplituden die Zerreißfestigkeit der Viren wesentlich übasteigen.

Um ein vollständiges Aufbrechen der Viren zu »zielen, ist es von Vorteil, wenn erfindungsgemäß sich in ein» Richtung x fortpflanzende hochfrequente Schallwellen mit ein» Schallwechseldruckamplitude p = P cos 2 π f (t - x/v) + 2 E cos^ 2 π f (t - x/v) verwendet weiden, wobei 1 9 die Druckamplitude P=Rho v U in g.cm . sec ,

Rho die Dichte des Trägermediums in g.cm'^, U die Geschwindigkeitsamplitude der Schallwelle im Trägermedium in cm. sec-*, v die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schallwelle im Trägermedium in cm. sec'*, t die Zeit in sec, E die mittlere Energie der Schallwelle je Volumseinheit (Energiedichte) in g. cm'^. sec'^, f die Frequenz in Hz = sec'^ und x den Abstand in cm bedeuten. -2-

Nr. 389889

Eine derartige Schallwechseldruckamplitude ist auf die Festigkeitseigenschaften der Viren abgestimmt, es wird somit ein vollständiges Aufbrechen der Viren sichergestellt.

Die durch Behandlung mit hochfrequenten Schallwellen inaktivierten Viren können erfindungsgemäß durch Dialyse aus dem Trägermedium entfernt werden. Eine extrakorporale Dialysebehandlung des Blutes ist in der Humanmedizin bei Nierenerkrankungen (künstliche Niere) bekannt. Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden durch die Dialyse auf physikalischem Wege die inaktivierten Viren an semipermeablen Membranen dem Trägermedium entzogen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse, welches mit einer Zuführungsöffnung und einer Abführungsöffnung für das die Viren enthaltende Trägermedium versehen ist, ein Ultraschallgeber angeordnet ist, mit dessen hochfrequentem Schallfeld die im Trägermedium enthaltenen Viren aufgebrochen werden. Zur Trennung und dosierten Zufuhr des Trägermediums ist erfindungsgemäß die Zuführungsöffnung durch eine Membrane abgedeckt, welche vorzugsweise aus Kunststoff oder Sinterwerkstoff oder Cermet besteht. Cermet ist ein aus keramischen Substanzen und Metallen zusammengepreßtes Material. Die angegebenen Materialien, aus welchen die Membrane vorzugsweise besteht, weisen eine relativ homogene Porengröße auf, d. h., sämtliche Poren besitzen im wesentlichen dieselbe Größe, und außerdem ohne zusätzliche Maßnahmen die im folgenden angegebene bevorzugte mittlere Porenweite. Diese Membrane hat vorzugsweise eine mittlere Porenweite zwischen 150 und 200 μτη, so daß sichergestellt ist, daß sowohl Lentiviren, deren Abmessungen 100 bis 150 nm betragen, als auch die größeren Phagozyten, die sich im Blut befinden, durch die Membrane in das Gehäuseinnere eintreten können.

Um das vom Ultraschallgeber ausgesendete Schallfeld zu hoher Energiedichte zu konzentrieren und damit ein wirksames und vollständiges Aufbrechen der Viren zu gewährleisten, ist es gemäß einem weiteren Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung von Vorteil, wenn im Gehäuse wenigstens ein Reflektor vorgesehen ist, der die vom Ultraschallgeber ausgesandten Schallwellen auf die Membrane focusiert, so daß eine effektive Beschallung des die Viren enthaltenden Trägermediums sofort beim Eintritt in das Gehäuse durch die Membrane »folgt

Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, einen piezokeramischen Ultraschallgeber vorzusehen.

Zwecks Abtrennung der inaktivierten Viren vom Trägermedium steht erfindungsgemäß die Abführungsöffnung mit dem Eingang eines Dialysators in Verbindung, in dem die inaktivierten Viren vom Transportmedium getrennt werden, und der mit einem Ausgang für den Abtransport des Dialysates versehen ist Wie bereits erwähnt, sind derartige Dialysatoren an sich für die Blutreininung bei Nierenerkrankungen bereits bekannt und werden in diesem Zusammenhang als "künstliche Niere" bezeichnet

Der Dialysator kann mit einer Einrichtung für die Beimengung chemisch»: Behandlungsmittel, beispielsweise Chemotherapeutika zum von den inaktivierten Viren gereinigten Transportmittel versehen sein, und zwar vor allem von solchen Substanzen, die dazu beitrag»i, die zu inaktivierenden Viren selektiv zu schädigen, vor allem jene, die durch die Behandlung mit hochfrequenten Schallwell»! nicht restlos erfaßt und p»manent inaktiviert wurden, so daß es den im Blut vorhandenen Phagozyten erleichtert wird, die Trümmer der inaktivierten Viren, die im Dialysator nicht aus dem Transportmedium entfernt worden waren, zu verdauen.

Eine kompakte Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich dann, wenn der Ultraschallgeb» und der Dialysator in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.

In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung an Hand eines Ausführungsbeispieles schematisch veranschaulicht, wobei im Zusammenhang mit d» Zeichnung auch das erfindungsgemäße Verfahren näher beschrieben wird.

Fig. 1 zeigt die für die Behandlung von Viren enthaltendem Blut erforderliche Gesamteinrichtung. Fig. 2 stellt einen Querschnitt durch das den Ultraschallgeber und den Dialysator enthaltende Gehäuse dar.

Das die zu inaktivierende Viren enthaltende Trägermedium, beispielsweise das Blut eines lebenden Patienten, wird über eine Zuleitung (2), die über einen arteriovenösen Shunt an die Arterie des Patienten angeschloss»i ist, der Zuführungsöffnung (2') eines Gehäuses (1) mittels ein» Pumpe (3) zugeführt. Der arterielle Druck wird durch einen Unterdruckmonitor (4) überwacht. Mit (5) ist eine Einrichtung bezeichnet, über welche chemische Substanzen, z. B. Heparin, zur Vermeidung des Gerinnens des Blutes diesem während der Behandlung beigefügt werden. Die Behandlung des die Viren enthaltenden Blutes durch den Ultraschallgeber wird in Verbindung mit Fig. 2 näher beschrieben. Im Anschluß daran gelangt das Blut über eine Abführungsöfihung (2") zu einem Dialysator (6) an sich bekannter Bauart, in welchem die inaktivierten Viren an einer semipermeablen Membrane (7) vom Blut getrennt werden. Der Abtransport des Dialysates erfolgt über Ausgänge (8). In der Folge wird das Dialysat einer üblichen medizinischen Behandlung unterworfen, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich ist und daher nicht näher beschrieben ist

Der Dialysator (6) steht mit einer Einrichtung (9) für die Beimengung chemischer Behandlungsmittel zum Dialysat in Verbindung. Wie bereits erwähnt, können durch diese Einrichtung (9) beispielsweise Substanzen beigemengt w»den, welche es den Phagozyten »leichtem, die Trümmer der inaktivierten Viren, die im Dialysator nicht aus dem Blut entfernt wurden, zu verdauen.

Das Blut, von welchem im Dialysator (6) die inaktivierten Viren abgesondert wurden, wird über wenigstens eine Leitung (12) der Vene des Patinten zugeführt In der Leitung (12) ist eine Tropfenkammer (10) angeordnet, die mit einem Luftdetektor (11) in Verbindung steht Der venöse Druck wird über einen Druckmonitor (13) überwacht und durch geeignete Mittel eingestellt -3-

Claims

Nr. 389889 An Hand von Fig. 2 wird nun die Behandlung des die Viren enthaltenden Blutes im Gehäuse (1) durch einen Ultraschallgeber (15) erläutert Die Zufuhrungsöffnung (2') ist durch eine Membrane (14) abgedeckt, durch welche das Viren enthaltende Blut in das Innere des Gehäuses (1) eintritt. Das Hyperschallfeld, das vom Ultraschallgeber (15) ausgeht der aus einem piezokeramischen oder andersartig ausgebildeten Konverter besteht, wird mit Hilfe von Reflektoren (16) und (17) auf die Membrane (14) focusiert so daß das über die Membrane zugeflihrte Blut Schallwellen hoher Energiedichte ausgesetzt wird. Dadurch werden die im Blut enthaltenen Viren aufgebrochen und inaktiviert Die Membrane (14) besteht vorzugsweise aus Kunststoff oder Sinterwerkstoff oder Cermet und hat eine mittlere Porenweite von 150 bis 200 μιη, so daß sowohl die Viren als auch die im Blut enthaltenen größeren Phagozyten in das Innere des Gehäuses (1) eintreten können. PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Inaktivieren von in einem Trägermedium, insbesondere Blut, enthaltenen Viren, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermedium zusammen mit den Viren hochfrequenten Schallwellen ausgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schallwellen in einem Frequenzbereich zwischen 10^ und 10^ Hz verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich in einer Richtung x fortpflanzende Schallwellen mit einer Schallwechseldruckamplitude p = P cos 2 π f (t - x/v) + 2 E cos^ 2 π f (t - x/v) verwendet werden, wobei die Druckamplitude P = Rho v U in g. cm"*, sec."^, Rho die Dichte des Trägermediums in g.cm“^, U die Geschwindigkeitsamplitude der Schallwelle im Trägermedium in cm.sec.'1, v die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Schallwelle im Trägermedium in cm.sec."\ t die Zeit in sec, E die mittlere Energie der Schallwelle je Volumseinheit (Energiedichte) in g.cm‘*. sec.'^, f die Frequenz in sec^und x den Abstand in cm bedeuten.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Behandlung mit hochfrequenten Schallwellen inaktivierten Viren durch Dialyse aus dem Trägermedium entfernt werden.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Gehäuse (1), welches mit einer Zuführungsöffnung (2’) und einer Abführungsöffhung (2") für das die Viren enthaltende Trägermedium versehen ist, ein Ultraschallgeber (15) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungsöffnung (2') durch eine Membrane (14) äbgedeckt ist
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (14) aus Kunststoff oder Sinterwerkstoff oder Cermet besteht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrane (14) eine mittlere Porenweite zwischen 150 und 200 |im aufweist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse wenigstens ein Reflektor (16, 17) vorgesehen ist, der die vom Ultraschallgeber (15) ausgesandten Schallwellen auf die Membrane (14) focusiert. -4- Nr. 389889
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein piezokeramischer Ultraschallgeber (15) vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abführungsöffhung (2") mit dem Eingang eines Dialysators (6) in Verbindung steht, in dem die inaktivierten Viren vom Transportmedium getrennt werden, und der mit einem Ausgang (8) für den Abtransport des Dialysates versehen ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Dialysator (6) mit einer Einrichtung (9) für die Beimengung chemischer Behandlungsmittel zum von den inaktivierten Viren gereinigten Transportmittel versehen ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ultraschallgeber (15) 15 und der Dialysator (6) in einem gemeinsamen Gehäuse (1) angeordnet sind. Hiezu 1 Blatt Zeichnung -5-