CN101952006A - 用于分离血液成分的浮动盘 - Google Patents

Abstract

用于生理流体的成分的离心分离的浮动分离元件包括定位部分和分离部分，其中定位部分设计成自动地呈现在上层清液中的位置，且分离部分位于相对于上层清液和较重成分之间的界面的期望位置。在优选实施方式中，生理流体为血液或骨髓吸取物，且较重成分包括红细胞。定位部分包括分离元件的大部分质量且为薄的，使得分离元件相对于界面的位置的差相较分离成分尤其包含红细胞的成分的密度差是小的。一种方法允许红细胞在倾析过程中移动分离元件以确保上层清液的完全倾析。

Description

用于分离血液成分的浮动盘

技术领域

本发明涉及生理流体的分级分离领域。具体地，本发明涉及通过离心作用进行血液和骨髓抽吸物的分级分离的领域。

背景技术

通常利用离心作用将血液分离成血液成分。这可因多种原因而进行，其中一个原因是得到用于治疗患者的选定成分。例如，如在USP6,398,972(Blasetti)中所公开的，利用离心作用将血液分离成各种成分以获得富含血小板的血浆，其用于患者的自体治疗。在该系统中，全血被置于处理单元的一个室中，且在第一次离心旋转之后，血小板和血浆被倾析到第二室。随后，使处理单元受到第二离心旋转将血小板与血浆分离。重要的是确保在第一次旋转中将血小板以及其他期望的成分诸如白细胞与红细胞分离，并且与血浆一起倾析出，而红细胞仍保留在第一室中。

血液，作为一种生理流体，包括在流体中的微粒悬浮液，并主要地包括血浆、红细胞、血小板和白细胞以及许多其他物质。血浆的密度一般约为1.020，而血小板的密度约为1.040。红细胞的密度在1.07至1.09之间变化，取决于细胞的年龄及其他因素。白细胞的密度位于血小板和红细胞的密度之间。实际上，“层”不纯粹是一种类型的细胞，且可包含若干类型的细胞。因而，按照惯例，参照主要包括一种细胞类型但包含其他细胞类型的层的平均密度。例如，在离心作用之后，“血浆层”将主要地为血浆，但将包含其他细胞，诸如血小板和红细胞，这增加了层的平均密度，平均密度增加的量取决于它们在层中的比例。

另一已知系统(USP 7,077,273)利用生理流体诸如血液的容器中的分离元件维持上层清液和红细胞之间的分离，分离元件受到离心作用以辅助确保在血浆、血小板和其他成分例如通过倾析而被转移到第二室时，红细胞保持在一室中。在先前的实施方式中，分离元件在第一室中在红细胞和其他成分之间的边界的期望位置处固定在适当位置。该结构被发现不是最佳的，因为血浆和红细胞之间的边界的实际位置是多个变量的函数，这些变量诸如全血的红细胞压积(即，包含红细胞的血液的百分比)，以及离心作用的持续时间和G力。影响边界的实际位置和层的平均密度的另一因素是成分的沉降速率，这受多种因素影响，包括抗凝血剂或皱缩或膨胀细胞的其他溶液的张力、红细胞的年龄(较老的细胞更密)、血小板的年龄(较年轻的细胞更密)、细胞的大小(大的白细胞比相等密度的较小的细胞沉降更快)、红细胞的叠连及血浆的粘性。

设计成浮在生理流体中的分离元件是已知的，这些元件构造成在红细胞和期望的上层清液成分之间的边界处或附近浮动。USP7,077,273中示出的一种这样的浮动元件是盘的形式，利用其构造和密度设计成定位刚好低于红细胞和血沉棕黄层(白细胞和血小板)之间的界面的表面。但是，在该设计中，焦点在与血沉棕黄层的界面的区域中的红细胞层的密度。尽管该设计证明是成功的，但是仍期望增加将从流体回收的目标成分(例如，血小板和/或干细胞)的比例，流体从各种各样的患者得到，包括那些患有影响细胞成分的沉降速率的疾病的患者，这表明需要继续改进。

对诸如血液的生理流体的成分的离心分离的流体动力学的分析表明，在离心作用期间逐渐形成的红细胞层的密度因以上讨论的影响红细胞的沉降速率的因素而难以精确地确定。红细胞层的实际密度取决于层中的红细胞和其他成分主要为血浆的比例。因而，如果特定的患者具有降低细胞成分的沉降速率的多种情况中的任一种，则红细胞层的实际密度将比预期的要低，因为其具有较大部分的血浆。在该情形，基于红细胞层的预期密度设计的浮动盘的实际位置将不在预期的位置。

因为期望的诸如血小板和骨髓干细胞的细胞的层在离心分离之后一般非常薄，所以分离元件的位置的误差可能显著地影响回收率。也就是说，数量级为期望的细胞的层的厚度的分离元件的放置的误差能导致多达50％的回收率差别。

发明内容

申请人发现，尽管红细胞层的实际密度因沉降速率的变化以及所得层中不太密的血浆的比例而难以预测，但是血浆上层清液的密度是容易预测的。而且，血浆层和红细胞层之间的边界处的密度梯度相对较陡，即使红细胞层自身的密度非常易变。红细胞层的密度能从1.05至1.8变化，而血浆层的密度能从1.023至1.028变化。这表明红细胞层的密度和血浆层的密度变化，但是血浆层的密度的变化远小于红细胞层的密度的变化。

此外，申请人发现，期望的诸如血小板、白细胞和干细胞的大部分成分一般在界面处的薄层中找到，且恰分散在界面下面，甚至在其中红细胞层的密度因较大比例的血浆的存在而较低的情形下。

因此，根据本发明的一个方面，浮动分离元件构造成呈现相比于期望的诸如血小板或白细胞的细胞层的密度更依赖血浆层和红细胞层之间的密度差的位置。在优选实施方式中，分离元件的平均密度略大于血浆的平均密度，由此，其将在血浆中沉降至靠近血浆和红细胞之间的边界的位置。实际上，分离元件还包括定位部分和定向在定位部分下面的分离部分。定位部分和分离部分之间的距离由目标细胞相对于定位部分相对于血浆-红细胞界面的预期位置的预期位置来决定。如下面说明的，定位部分优选地为薄的，且包括整个分离元件的大部分质量。因为定位部分设计成部分地在血浆层中且部分地在RBC层中浮动，所以分离部分基本上形成定位部分的底表面并提供刚好在界面下面的分离表面。

因为期望的诸如血小板、干细胞和白细胞的生理成分比血浆密，但没有红细胞密，所以它们将在离心之后基本上在血浆和红细胞之间的界面处形成层。然而，实际上，层之间的边界是弥散的，并且一些红细胞在白细胞“层”和其他层(例如，血小板或骨髓细胞)中找到，且反之依然。该弥散意味着血浆和红细胞之间的细胞层的厚度根据该“层”中存在的其他细胞的部分而变化。因而，为了确保回收期望的细胞，分离部分必须在血浆层下方延伸足够远并进入红细胞层，以便位于包含期望细胞的层的大部分下面，使得这些细胞的大部分将被转移。

因为期望的细胞的层是薄的，所以分离部件的放置误差是要紧的。尽管一种解决方法可能将分离部件放置到界面下面比所需更远处，但是这常常导致倾析出太多的红细胞，这会干涉到随后的处理并导致劣质产品。因而，本发明的重要方面是控制分离部分在界面下面的位置，以确保期望细胞的收集，同时限制所收集的红细胞的数量。

根据本发明，分离部分连接到定位部分，且可从定位部分间隔开预定距离，由此，定位部分将分离部分“推”入红细胞层一距离，该距离足以确保在血浆层和红细胞层之间的界面处回收期望的细胞部分。因为这些成分在靠近边界的薄层中找到，所以本发明提供在定位部分下面固定距离处的分离部分。在优选实施方式中，定位部分的质量为分离元件的总质量的超过约65％且多达约80％，以确保定位部分位于界面附近，且能够将分离部分推到界面下期望的距离。

根据本发明的优选的具体特征，定位部分为具有中心孔的薄盘，以便它在具有生理流体的处理管中移动时允许流体通过。定位部分的周边优选地构造成接合处理管的壁以确保分离元件在保持于管中的流体中自由浮动而不倾倒。在优选实施方式中，定位部分的周边包括多个腿，这些腿从定位部分的主体向上延伸并松散地接合内壁以便与分离部分协作来维持分离元件直立且自由浮动。腿是薄的，使得分离元件的大部分质量保留在定位盘中。

根据本发明的另一特征，使得定位部分的厚度小，以便对于血浆和红细胞层的最大预期密度和最小预期密度，最小化其相对于界面的垂直位置之间的差。该特征利用了这样的现象，即对于在两个流体层之间浮动的元件，浮动元件在一个层中和在另一层中的相对比例由层的相对密度决定。构造分离元件以包括定位部分和分离部分，其中大部分质量位于薄的定位部分中，最小化了分离部分相对于界面的位置之间的垂直差。这允许关注的层被转移，如通过倾析，同时最小化也被转移的诸如红细胞的其他细胞的量。

本发明的目的是提供分离元件，其在两种成分之间的界面附近浮动，且其的大部分质量在上层清液层中。

本发明的另一目的是提供分离元件，其在上层清液和红细胞之间的界面附近浮动，其中元件的大部分质量保留在上层清液层中，且较小部分延伸到红细胞层中。

本发明的另一目的是提供分离元件，其更准确地呈现在相对于生理流体的成分层之间的界面的位置。

本发明的又一目的是提供分离元件，其的大部分质量在定位于上层清液中的分离元件的薄的部分中。

附图说明

图1a是示出本发明的处理管的示意性侧视图。

图1b是图1a的处理管中的生理流体在受到离心作用之后的密度分布的图示。

图2是根据本发明的分离元件的优选实施方式的透视图。

图3是图2的分离元件的侧视图。

图4是根据本发明的分离元件的第二优选实施方式的透视图。

图5是本发明的第三优选实施方式的透视图。

图6是第三实施方式的俯视平面图。

图7是第三实施方式的垂直剖视图。

图8是本发明的第四优选实施方式的透视图。

图9是第四实施方式的俯视平面图。

图10是第四实施方式的垂直剖视图。

图11是处理单元的垂直剖视图，示出根据本发明的分离元件在离心作用期间的操作。

图12示出图11的单元处于倾析的开始阶段。

图13示出图11的单元处于倾析的进一阶段。

图14示出图11的单元处于倾析的最后阶段。

具体实施方式

参考图1a，处理管2中具有生理流体。处理管2被示出为简单的柱状管，但应理解，其能采取各种形状中的任何一种。在优选实施方式中，处理管2为诸如USP 6,398,972中所示的一次性的两室处理的一个室。可选地，处理管2为注射器的一部分，其设置成通过注射器的一端挤出分离成分或者以其他方式分离上层清液。处理管一般地为柱状的，其中固定直径的圆形浮动盘可在管中自由地移动，以呈现在待分离的成分之间的界面处的位置。利用本发明的原理的其他构造是可能的。

图1a示出了在受到离心作用以根据它们的密度分离多种成分之后处理管2中的生理流体。例如，该流体可能为受到“软旋转”之后的全血，该旋转将不太密的富含血小板的血浆4与更密的红细胞6分离开。这些成分之间的界面8一般不能明确地界定，并包括特别关注的多种成分，诸如白细胞和其他有核细胞。可选地，流体能为骨髓吸取物，在此情形中，界面处的细胞能是干细胞。

图1b的图示出沿处理管2的高度的各种成分的密度。用曲线“A”、“B”和“C”示出了对于三个不同患者的密度分布。

从图1b的图中应理解，对于所有患者，富含血小板的血浆的密度从1.023至约1.028变化，而红细胞的密度从约1.07至约1.09变化。红细胞自身的密度变化的原因有多种，如上所述，且因为沉降速率随患者不同而变化，所以对于任何给定的离心方案，红细胞层的密度与该层中保留的血浆成比例地变化。这些变化使得特别难以预测界面8处的密度，或者特别难以基于该密度或红细胞的密度来定位分离元件。

但是，申请人已经发现，界面的物理厚度较密度来说变化相对更少。也就是说，期望的细胞的层基本上为界面的顶部，且其厚度相较管2中的界面的位置变化较小。因而，提供了沉在血浆中且呈现在血浆和红细胞中浮动的总是非常靠近界面的位置的浮动分离元件，分离元件的分离部分总是位于界面的期望距离内，以允许期望的成分倾析而也不会倾析出过量的红细胞。图1a示出了这样的浮动分离元件的一个实施方式，而图2-5示出了其他实施方式。

参考图1a，示出了根据本发明原理的浮动分离元件10。该分离元件一般包括两个部分，第一部分为定位部分12，而第二部分为分离部分14。这两部分优选地通过连接件16而彼此连接，连接件16提供这两部分之间的固定距离，但是连接件16可选地是可调节的，以将这两个部分分开能够改变的距离。定位部分12的密度使得其将沉在血浆4中，由此分离部分将被推入红细胞层中。在优选实施方式中，定位部分由塑料制成，其密度在约1.047至约1.075之间的范围内，且优选为约1.055。在优选实施方式中，定位部分可由密度为约1.047的Dow666或者密度为约1.055的RTP400制成。

此外，定位部分相对地大于分离部分，由此分离部分的位置基本上由定位部分的位置决定。优选地，定位部分的质量为分离部分的质量的至少两倍。在具体实施方式中，定位部分的质量为分离元件10的总质量的约0.8。因为定位部分的相对质量大，所以分离部分14能被认为通过定位部分12保持在界面的期望部分中，即使分离部分自身的密度优选地小于红细胞的密度。

定位部分12和分离部分14之间的距离根据流体的具体特性例如该流体是否为全血或骨髓吸取物，以及定位部分和分离部分的特定构造，来预先确定。

图2示出分离元件的优选实施方式。定位部分12包括具有中心孔20的大致环形构造的主体18。多个腿22从主体18的外周向上延伸。主体18优选地为薄的，使得其在离心过程中将呈现在靠近界面的位置。主体18还包括浮动分离元件10的大部分质量，使得其特性为分离元件在流体中的位置的主要因素。如上所述，通过将主体18弄薄，与从各种患者得到的流体的特性差异相比，主体18相对于界面的位置之间的垂直差是小的。本发明的该特征现在将进行更详细的说明。

在已知的浮力分析中，浮动物体排出该浮动物体在其中浮动的流体的一些体积，该排出体积的流体的重量与物体的重量相等。因此，得到以下关系：

v(sub)ρ(fluid)＝v(obj)ρ(obj)

其中：

v(sub)是浮动物体的沉入体积，

ρ(fluid)是物体在其中浮动的流体的密度，

v(obj)是浮动物体的总体积，以及

ρ(obj)是浮动物体的密度。

因而，沉入体积与总体积之比与物体密度与流体密度之比成比例，如：

v(sub)/v(obj)＝ρ(obj)/ρ(fluid)

从该关系，可以看到，对于任何给定的物体，浮动物体的沉入体积是物体在其中浮动的流体的密度的函数。因而，参考本发明，其中，流体的密度是不可控制的，原因如上所述，应注意到，沉入红细胞中的浮动元件10的体积是不可控制的。

在分离元件10在血浆和红细胞中浮动的离心作用的更复杂环境中，以下关系更为准确：

ρ(rbc)-ρ(sc)/ρ(sc)-ρ(plasma)＝m(plasma)/m(rbc)

其中：

ρ(rbc)是红细胞层的密度，

ρ(sc)是分离元件的密度，

ρ(plasma)是血浆层的密度，

m(plasma)是血浆层中分离元件的质量，以及

m(rbc)是红细胞层中分离元件的质量。

应理解，从上述公式可以得出类似于早先的但更基本的公式得出的结论，即：分离元件在血浆层中的比例和在红细胞层中的比例是层和分离元件的密度的函数。

尽管因为层的实际密度是不可控制的，分离元件在界面处的位置是不可控制的，但是根据本发明构造的分离元件确保可能的最大位置和最小位置之间的距离提供可接受的结果。这通过将分离元件的大部分质量放置在定位部分中并通过将定位部分弄薄来实现。图3示出了这样的效果。

图3是图2所示分离元件的侧视图，示出了对于血浆层和红细胞层的不同平均密度其位置的差。

该差根据上述公式计算出，且在测试中发现相当准确。参考图3，线24示出当血浆层的平均密度为1.025，红细胞层的平均密度为1.05，且分离元件的密度为1.047时，血浆和红细胞之间的界面的位置。线26示出对于相同的分离元件和血浆密度的界面的位置，但是其中红细胞层的平均密度为1.07。因此，当红细胞层的平均密度较大时，分离元件浮得较高，但是分离元件的两个位置之间的垂直差仅约为0.10英寸。因为在所示实施方式中，分离部分连接到定位部分以便随其移动，位置的相同垂直差适用于分离部分14。

因此，通过应用本发明的原理，对于一般在实践中经历的红细胞层的平均密度的较大变化，能使得分离部分14相对于界面的垂直位置的差为约0.10英寸。这允许人们根据待回收的细胞层来相对于定位部分定位分离部分，确保其位置的误差小于例如0.10英寸。在该示例中，当RBC密度为1.055时，分离部分14上面细胞流体的体积被计算出为约4.8cc，而当RBC密度为1.070时，分离部分14上面细胞流体的体积被计算出为约4.3cc。因而，差为约0.5cc，这与已知的现有技术浮动盘相比相当小，其中对于相同的RBC密度差，分离部分上面的细胞流体的体积之间的差为约4.1cc的细胞流体。

在上述实施方式中，分离元件10设计成在具有60ml的生理流体且直径为约1.36英寸的柱状管中浮动。因此，分离部分14的直径略小于管的直径，约为1.34英寸，以允许其在管中移动，且包围腿的最外表面的圆的直径也约为1.34英寸，于是腿能提供必要的稳定性。定位部分12的体积约为2.56cc，而分离部分的体积约为1.17cc。主体18的直径约为1.12英寸，孔20的直径约为0.24英寸，而主体18的厚度约为0.22英寸。分离部分的厚度约为0.05英寸。

图4示出根据本发明的分离元件10的第二实施方式。在该实施方式中，定位部分12与图2所示的相同，但是分离部分28设置有波状周边30和中心部分，中心部分包括：当从上表面看时的径向谷32，当从底部看时，径向谷32为峰；和径向峰34，当从下面看时，径向峰34为谷。在该实施方式中，分离部分28的体积约为0.96cc。

图4所示实施方式的主要优点是，分离部分的波状形状有利于细胞和空气在离心过程中通过分离部分。因为管2一般在添加血液之前包含有空气，所以离心之前分离元件下面截留的空气必须被允许在离心过程中向上流动。谷往往会聚集向上流动的空气或者向下流动的较重细胞，以通过漏斗效应通过分离部分。此外，分离部分的波状周边30具有的厚度使得其在倾析过程中附接到管的侧面，且往往会在倾析过程中在分离部分10被红细胞沿管推动时刮擦管的侧面，如下面进一步描述的。

图5-7示出本发明的另一实施方式，其中定位部分12和分离部分14之间的距离被基本上减小到零。实际上，在该实施方式中，分离部分与定位部分的底部共延，但前面描述的所有其他因素保持相同。

图8-10示出与图5类似的又一实施方式，其中分离部分的质量分布使得实现了让大部分质量处在定位部分中的目的。应理解，在该实施方式中，内壁36朝外壁38渐缩，由此，侧壁朝顶部逐渐变薄，以实现其他实施方式的腿22的稳定功能。因此，外壁38可以为柱状的，而内壁36为锥形的。在该实施方式中，质量朝底部的增加是线性的，以提供如上所述的定位部分12，但是其可以为非线性的，从而在薄区域中布置甚至更大百分比的质量。

图11-14示出本发明的特征，其中分离元件10作为刮板，以增加倾析血浆和期望的细胞成分的效率。图11示出与图5所示分离元件10一起使用的处理单元。处理单元40包括用于接收血液的第一无菌室42和用于接收从第一室倾析的血浆和细胞成分的第二无菌室。分离元件10在处理单元的制造过程中被置于第一室中。通过将注射器针(未示出)通过入端口46插入来将血液注入第一室中。其中具有血液的处理单元随后被置于离心机(未示出)且受到离心作用，以在全血的情形下将红细胞与血浆以及包括血小板和白细胞的其他特别期望的细胞成分分离开。如上所述，浮动分离元件10将呈现于根据该浮动分离元件10在其中浮动的流体的密度的位置。图11示出当大部分红细胞已经因离心力而迁移到分离部分下面的层48时，在离心作用结束时处理单元的情况。血浆位于分离部分10上面的层50中，而其他期望的细胞成分恰位于分离元件14上方。

在图11所示的实施方式中，分离元件构造成使得其响应于由红细胞作用于其下周边部分上的压力而充分倾斜，使得上部部分允许空气流过分离元件并进入具有红细胞的室的部分中(即，图中的右手部分)。在图11所示的操作状况下，离心作用停止，但是处理单元的方位例如通过US 6,398,972中描述的机构而维持。此时，血浆层50开始倾析并流入第二室44。当血浆层的顶部落到分离部分14的上边缘下时，一些空气通到分离部分的右侧，如图12所示。同时，RBC层48的重量导致其将分离元件10向左推动。当分离元件向左移动时，RBC层48的液位降低，因为分离元件和室42的底部之间的空间的较大宽度以及RBC层的恒定体积。这导致RBC层对分离元件的底部施加比对顶部所施加更大的力，这则引起分离元件略微朝后倾斜(即，如图12所示的顺时针)。这允许更多的空气进入顶部，结果是RBC层进一步将分离元件向左推动。

图13和14示出由RBC层施加到分离元件的力导致的分离元件向左的持续移动。此处的重要特征是，分离部分14的底部边缘54沿室42的壁移动且用作刮板，以确保层50的更好收集以及层50更好倾析到第二室44内。

对本领域技术人员来说，在所附权利要求的范围内的修改将是明显的。

Claims (18)

1.一种用于确保生理流体的多种成分的分离的物品，包括第一部分和第二部分，所述第一部分构造成在所述生理流体的第一较轻的成分中浮动，所述第二部分与所述第一部分间隔开预定距离，并构造成在第二较稠密的成分中浮动，其中，所述第一部分的质量为所述物品的总质量的至少约65％。

2.如权利要求1所述的物品，其中，所述第一部分的质量为所述物品的总质量的65％至80％。

3.如权利要求2所述的物品，其中，所述第一部分的质量为所述物品的总质量的约68％。

4.如权利要求1所述的物品，其中，所述第一部分包括薄盘和多个稳定腿，所述稳定腿用于当所述物品在管中浮动时提供稳定性。

5.如权利要求4所述的物品，其中，所述第二部分为薄且平坦的盘。

6.如权利要求4所述的物品，其中，所述第二部分是形成一系列径向延伸的峰和谷的薄盘。

7.如权利要求1所述的物品，其中，所述第二部分是形成一系列径向延伸的峰和谷的薄盘。

8.如权利要求1所述的物品，其中，所述第一部分和所述第二部分是毗连的。

9.如权利要求8所述的物品，其中，所述第一部分包括周边稳定腿，以便当所述物品在管内浮动时提供稳定性。

10.如权利要求8所述的物品，其中，所述第一部分包括外壁和朝所述外壁渐缩的内壁。

11.如权利要求10所述的物品，其中，所述外壁为柱状的，且所述内壁为锥形的。

12.如权利要求1所述的物品，其中，所述第一部分和所述第二部分构造成使得：当所述较轻的成分的密度基本上不变且所述第二成分的密度改变约2％时，所述物品相对于所述第一成分和所述第二成分之间的界面的位置的差小于约0.10英寸。

13.如权利要求1所述的物品，其中，所述生理流体为血液，而所述第二成分包括红细胞。

14.如权利要求13所述的物品，其中，所述第一成分包括血小板。

15.如权利要求1所述的物品，其中，所述生理流体为骨髓吸取物，而所述第二成分包括红细胞。

16.如权利要求15所述的物品，其中，所述第一成分包括干细胞。

17.一种通过离心作用来分离上层清液的方法，包括：提供管状室；将分离元件置于所述室中，其中所述分离元件能够在离心过程中在生理流体中浮动且相对于上层清液和较重成分之间的界面在所述流体中呈现在预定位置；将所述生理流体添加到所述室；使所述室和所述生理流体受到离心作用；以及倾析所述上层清液，其中，所述分离元件被允许在所述倾析的过程中通过与所述较重成分的接合而沿所述室朝所述上层清液移动。

18.如权利要求17所述的方法，其中，所述较重成分包括红细胞。

Images