CN103687937A - 用于获取细胞的系统、方法和控制规则 - Google Patents

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Abstract

提供一种获取细胞的方法，其中，方法包括将处理材料和源材料引入到处理环路中。处理环路包括处理室和过滤装置。处理材料和源材料循环通过处理室和过滤装置，其中，处理室具有质量；平衡进入处理室中的处理材料的流入量与过滤装置的渗透物通量，以使处理室的质量保持处于恒定值；以及在收集室中收集细胞。还提供一种细胞获取装置，其用于使用用以在整个过程中平衡处理室的质量的控制规则来处理和获取细胞。

Description

用于获取细胞的系统、方法和控制规则
技术领域
本发明涉及用于获取细胞的系统、方法和控制规则。
背景技术
对于不同的治疗应用，诸如细胞治疗或组织工程，非常需要从各种源获取细胞。治疗应用的示例包括(但不限于)干细胞的自体或异源移植、移植成熟功能细胞、经改良人类细胞，或者对非人类细胞进行异种移植。这些应用有利于通过使细胞再生来治愈受损组织或器官，以改进病状的状况。
移植研究有利于开发和实现科学发现，以使用最先进的技术来防止、诊断和治疗疾病，对于移植研究，在改良、激活和扩张之前，一定范围的潜在细胞类型需要隔离。为了满足这个转化市场需要，需要浓缩和清洗细胞，以移除任何杂质。在保藏细胞应用中，在悬浮在包含保藏剂 (诸如二甲亚砜(DMSO))的介质中之后，将之前分离的单核细胞(MNC)存储在低温中，对于保藏细胞应用，典型地必须通过稀释过程清洗细胞多次，以在为了再次浓缩和再次悬浮细胞以进行使用之前，最大程度地降低保藏剂浓度。因此，在任何应用(特别是治疗应用或研究目的)中使用之前，对低温保藏细胞进行处理是必要的。
对于两个示例，应当处理细胞，以进行浓缩和不断清洗，以确保高品质。虽然用于获取细胞的各种方法和系统在本领域中是已知的，但这些系统的品质和数量输出对于治疗应用来说是不够的。因此，用于在无菌条件下用处理设施以降低的基础结构要求和稳定可靠的运行效率获取细胞的系统和方法是非常合乎需要的。
发明内容
本发明的用于获取细胞的方法和装置会产生高品质的细胞样本，它们没有残余杂质或保藏剂。这些方法和装置解决与用于转化应用的细胞或回收自低温保藏细胞的细胞相关联的许多问题。
在处理环路中从流体材料获取细胞的方法的一个示例，处理环路包括处理室和过滤装置，其中，流体材料具有体积，并且处理室具有总容量，该方法包括：使流体材料循环通过处理环路，以及平衡进入处理室中的流体材料的流入量与过滤装置的渗透物通量，以使处理室中的流体材料的体积保持处于恒定值；通过相对于进入处理室中的流体材料的流入量而增加过滤装置的渗透物通量来浓缩细胞；以及在收集室中收集浓缩的细胞。
在处理环路中从流体材料获取细胞的方法的另一个示例，处理环路包括处理室和过滤装置，其中，流体材料具有质量，并且处理室具有总容量，该方法包括：使流体材料循环通过处理环路，以及平衡进入处理室中的流体材料的流入量与过滤装置的渗透物通量，以使处理室中的流体材料的质量保持处于恒定值；通过相对于进入处理室中的流体材料的流入量而增加过滤装置的渗透物通量来浓缩细胞；以及在收集室中收集浓缩的细胞。
在控制细胞获取装置的处理室的质量的方法的至少一个示例中，细胞获取装置包括过滤装置、处理室、操作性地联接到源泵、缓冲剂泵和渗透物泵上的成网络的输入管线和输出管线，方法包括使用源泵或缓冲剂泵的速度、源泵或缓冲剂泵的校准常数，以及处理室的质量的变化速率，来产生关于渗透物泵的流率的估计量；以及使用控制规则设定通过源泵的流率，控制规则包括估计量和反馈项，其中，反馈项包括处理室的质量的变化速率、设定点和反馈增益，以及其中，反馈增益大于零，并且处理室的质量在设定点处恒定。
细胞获取装置的至少一个实施例包括：处理环路，其包括处理室和过滤装置；操作性地联接到源室、缓冲剂室、废物室和收集室中的一个或多个上的成网络的输入管线和输出管线；以及控制器，其基于处理环路的流入量和渗透物通量来将处理室的质量控制成期望值。
附图说明
在参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中，相同符号在所有图中表示相同部件，其中：
图1是细胞获取装置和相关联的运行本发明的一次性单元的方法的实施例的示意性架构。
图2是本发明的细胞获取方法的多步骤工艺流的示例的流程图。
图3是用于处理细胞的本发明的质量流程图的示例的示意图。
图4是针对低样本体积的用于处理细胞的本发明的一次性原型的示例的图像。
图5是针对较高样本体积的用于处理细胞的本发明的一次性原型的示例的图像。
图6是针对较高样本体积的用于处理细胞的本发明的硬件接口和一次性装置的示例的图像。
在参照附图来阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，在附图中，相同符号在所有图中表示相同部件，其中。
具体实施方式
提供一种用于从各种源获取细胞的方法的一个或多个示例，其中，方法中的至少一种包括重复的清洗和浓缩步骤。还提供用于处理或获取细胞的装置的一个或多个实施例。控制规则为方法中的一种或多种的另一方面，它使处理室的期望质量保持恒定。方法使得过程能够不依赖于初始细胞样本体积。
为了更清楚和简洁地描述和指出声明的发明的主题，对在以下描述和所附权利要求中使用的特定用语提供以下定义。在说明书中，特定用语的使用应认为是非限制性示例。
如本文所用，用语“室”表示能够将流体容纳在其边界内达至少临时时段的任何物体，其具有供材料进入或离开室的至少一个端口。室的一些非限制性示例是处理室、缓冲剂室、源室或收集室。
如本文所用，用语“处理材料”表示在一个或多个处理期间帮助处理细胞的材料。处理材料的非限制性示例包括缓冲剂、介质或水。
如本文所用，用语“流入量”表示进入包括处理室的处理环路的材料的质量或体积流率。材料可为处理材料，诸如(但不限于)缓冲剂、介质、或包括细胞的源材料。
如本文所用，用语“渗透物通量”表示传送通过过滤器膜的孔的材料的质量或体积流率。例如，在典型的中空纤维微过滤系统中，发送到过滤器的一定量的流体被称为过滤器进料流，流过纤维的中心的流体为滞留物，而渗透通过中空纤维过滤装置的膜壁的流体流率被称为“渗透物通量”。用语“渗透物通量”在本文中可互换地用作“废物通量”。
用语“操作性地联接”表示连接，其中，连接可通过(但不限于)一个或多个管线或管道。例如，过滤装置、一个或多个室或成网络的输入管线和输出管线可通过一个或多个管线或管道联接到源泵或渗透物泵上。在一些实施例中，成网络的输入管线和输出管线操作性地联接到源室、缓冲剂室、废物室和收集室中的一个或多个上。成网络的管线或管道联接到一个或多个室上，以完成获取细胞过程。
用语“设定点”表示可在细胞获取过程时设定的室的期望体值积或期望质量值。设定点对于细胞获取过程的各种步骤可有所不同。例如，处理室的设定点对于加载步骤、清洗步骤或浓缩步骤可有所不同。设定点确定流体流通往处理室的方向，并且/或者取决于过程要求来调整程序。
在处理环路中从流体材料获取细胞的方法的一个示例中，处理环路包括处理室和过滤装置，其中，流体材料具有体积，并且处理室具有总容量，方法包括：使流体材料循环通过处理环路，以及平衡进入处理室中的流体材料的流入量与过滤装置的渗透物通量，以使处理室中的流体材料的体积保持处于恒定值；通过相对于进入处理室中的流体材料的流入量而增加过滤装置的渗透物通量来浓缩细胞；以及在收集室中收集浓缩的细胞。
如注意到的那样，在这个示例中，通过平衡流体材料的流入量与过滤装置的渗透物通量来使流体材料循环通过处理环路，以使处理室中的流体材料的体积保持处于恒定值。在这个步骤中，流体材料可传送通过处理室，然后经处理的流体材料传送通过过滤装置。渗透物通量过滤装置被安排到废物室，并且滞留物可进一步进入处理环路且再次传送通过处理室，之后传送通过过滤装置。流体材料可不断地循环通过处理环路，这取决于应用要求或用户需要。在一些示例中，循环步骤会使流体材料浓缩，并且更特别地，使源材料浓缩。在循环步骤包括过滤时，可通过采用这个步骤来移除存在于细胞样本中的杂质。
如注意到的那样，可通过相对于进入处理室中的流体材料的流入量而增加过滤装置的渗透物通量来浓缩细胞。如果引入到处理环路中的流体材料的总体积等于或大于处理室的总容量，则需要浓缩流体材料。在一些示例中，当源材料的体积大于处理室的总容量时，源材料经受浓缩步骤。在这个步骤中，从源材料中移除多余的缓冲剂或介质以及存在于源材料中的任何杂质，并且细胞被浓缩。可取决于应用要求或用户需要来定制细胞的浓缩。
如注意到的那样，在浓缩细胞之后，将细胞收集在收集室中。如之前提到的那样，在浓缩的细胞中显著减少杂质，诸如可用于冷冻储藏的DMSO或丙三醇。在过程中的这个点处，细胞现在在最小体积的介质或缓冲剂中。在获取程序之后经清洗的浓缩细胞可直接用于任何基于细胞的应用。
在一个或多个示例中，流体材料包括源材料、处理材料或它们的组合。源材料和处理材料中的各个都具有总体积。源材料和处理材料的总体积的组合是流体材料的总体积。处理材料选自液体介质、缓冲剂或它们的组合。源材料可包括在液体介质、缓冲剂或它们的组合中的细胞。如注意到的那样，处理材料典型地包括介质或缓冲剂中的至少一个，而对于整个程序，使用的介质是液体介质，并且使用的缓冲剂是缓冲剂溶液。处理材料主要用于在细胞传送通过处理环路时清洗细胞。在一些示例中，可通过入口端口将处理材料引入处理室中。处理材料可自动输送到室。在细胞获取方法期间，源材料典型地存储在室中，并且该室被称为源室。典型地在细胞获取程序时存储处理材料的室被称为缓冲剂室。
获取细胞的方法的一个示例进一步包括将源材料的总体积加载到处理环路，其中，源材料的总体积小于或等于处理室的总容量。在一个特定示例中，源材料的总体积可等于处理室的总容量，其中，源材料的总体积从源室转移到处理室。在另一个示例中，源材料的总体积可小于处理室的总容量，其中，源材料的总体积从源室转移到处理室，并且过程被称为源材料的加载，更特别地，源材料的完全加载。在这个示例中，源材料的总体积被泵送到处理室中。在一些示例中，源材料首先倒入源室中，其中，源室典型地在获取程序期间存储源材料。然后源材料通过入口端口加载到处理环路。
在方法的一些示例中，处理室具有期望容积。处理室的期望容积典型地小于或等于处理室的总容量。在一个示例中，当源材料的总体积大于处理室的期望容积时，方法进一步包括浓缩源材料。在这个示例中，源材料以连续过程或间歇过程转移到处理室。在一个示例中，处理室的期望容积等于处理室的总容量。在这个示例中，如果源材料的总体积大于处理室的总容量(或期望容积)，则源材料的总体积的一部分转移到处理室，并且过程可为间歇地加载源材料。在同一示例中，在源材料转移到处理环路的同时，加载过程可为连续的，并且该过程在连续处理步骤和浓缩步骤之后。在这种情况下，在转移体积小于期望处理室的体积时，控制源材料的转移到处理环路的体积。控制源材料的加载流率可实现这个状况。在这个示例中，源材料可在加载时同时浓缩。
获取细胞的方法的一个示例进一步包括通过将处理材料引入处理环路中以及平衡处理材料的流入量与过滤装置的渗透物通量以使存在于处理室中的流体材料的体积保持处于恒定值，来清洗细胞。可通过使处理材料以连续的方式重复地流入以及/或者平衡处理材料的流入量与过滤装置的渗透物通量以使存在于处理室中的流体材料的体积保持处于恒定值，来清洗细胞。
为了稀释存在于源材料中的杂质，将处理材料泵送到处理室中，然后将处理材料泵送到过滤装置。在这个步骤中，源材料和处理材料进一步循环通过处理环路。源材料不断传送通过同一路径，而处理材料同时被引入到处理环路。将缓冲剂溶液或介质引入处理环路，以清洗细胞，或者稀释源材料，以及通过过滤流体来移除各种杂质。源材料和处理材料典型地传送通过过滤装置，以过滤掉存在于样本中的不合需要的杂质和多余的处理材料，以在使用之前净化细胞。在一些示例中，包括细胞的介质可包括保藏溶液，例如DMSO或丙三醇，并且介质可被缓冲剂溶液或液体介质稀释，它们可不包含任何这种保藏剂。例如，移除残余杂质会降低存在于低温保藏源材料中的可溶添加剂(诸如DMSO)的浓度。在一些应用中，在使用之前以超过100倍稀释降低DMSO的浓度是合乎需要的。在过滤程序期间，过滤渗透物传送通过渗透物泵，并且进入废物管线中，从而从源材料中提取多余介质或残余杂质，并且处理材料传送通过过滤器。
在一些示例中，通过相对于进入处理室中的处理材料和源材料的流入量而增加过滤装置的渗透物通量来浓缩细胞。在这些示例中，可通过控制处理材料流来增加渗透物通量。在一个示例中，(a)处理材料的流入量可设定成零，使得细胞仅在这个步骤中浓缩。在另一个示例中，(b)处理材料的流入量可设定成小于渗透物速率的值，使得该步骤可为浓缩细胞和清洗细胞的组合。在这个示例中，处理室中的流体材料的期望容积在本文被称为设定点。取决于过程要求，设定点在各种条件下可改变。例如(b)，要求设定点稳定地改变。在这个示例中，使用控制规则将缓冲剂速率的流入量设定成渗透物速率的一定百分比。可通过使细胞不断传送通过处理环路来进一步浓缩细胞，然后在收集室中收集浓缩的细胞。
在一些示例中，获取细胞的方法包括在引入源材料之前或之后，或者以逐步步骤或者以交替步骤，将处理材料引入处理环路中，以冲洗处理环路。在一些示例中，在源材料的总体积转移到处理环路，以及处理材料的冲洗体积转移到处理环路之前，将处理材料引入源室，以冲洗室。在一个或多个示例中，在冲洗处理环路之后，源材料泵送到处理环路中，并且传送通过处理室，之后传送通过过滤装置。然后源材料循环通过处理室和过滤装置，从而使存在于处理室中的流体材料的体积保持恒定。
处理环路可操作性地联接到源室和缓冲剂室上。通往源室和缓冲剂室的连接包括用以确定液体在管道中的存在的光学传感器。方法进一步包括将无菌空气直接或间接引入源室、缓冲剂室或两者的组合。在一个示例中，将无菌空气直接引入源室、缓冲剂室或它们两者。也可间接引入无菌空气，其中，通过一个或多个连接管、转接器或任何其它连接器件将无菌空气引入室。
用于获取细胞的流体材料在不同的情况下可有所不同。当两种不同的流体材料用于具有相同密度的两种不同情况时，典型地，确切体积的各种流体材料具有相同质量。在备选实施例中，当两种流体材料具有不同密度时，相同体积的各种流体材料具有不同的质量。在这个实施例中，方法大体考虑存在于处理室中的源材料、处理材料或流体材料的总质量，而非总体积。
一种在处理环路中从流体材料获取细胞的方法一个示例，处理环路包括处理室和过滤装置，其中，流体材料具有质量，并且处理室具有总容量，方法包括：使流体材料循环通过处理环路，以及平衡进入处理室中的流体材料的流入量与过滤装置的渗透物通量，以使处理室中的流体材料的质量保持处于恒定值；通过相对于进入处理室中的流体材料的流入量而增加过滤装置的渗透物通量来浓缩细胞；以及在收集室中收集浓缩细胞。方法进一步包括在循环流体材料之前，将源材料的总质量加载到处理环路，其中，源材料的总质量小于或等于处理室的总容量。
如注意到的那样，处理室具有小于或等于处理室的总容量的期望质量。方法进一步包括浓缩源材料，其中，源材料的质量大于处理室的期望质量。方法进一步包括通过引入处理材料以及平衡处理材料的流入量与过滤装置的渗透物通量以使处理室中的流体材料的质量保持处于恒定值，来清洗细胞。
使用例如图1中示出的装置架构2来获取细胞的方法能够适用于大范围的样本体积，对相关联的硬件(诸如泵、阀促动器或传感器)的要求有最小影响。在系统中利用一个或多个蠕动泵来阻止流体或空气在成网络的输入管线和输出管线中移动。它消除了对用额外的夹具阻止流体流的需要。如注意到的那样，一次性装置(disposable)由中央处理环路4(图1)和成网络的输入管线/输出管线组成，并且处理环路包括处理室6和中空纤维过滤器8。在细胞获取程序期间，细胞被收集，并且在处理环路4中再循环。输入管和输出管网络以一个或多个连接器件终止。在一些实施例中，连接器件可包括(但不限于)转移钉(spike)、鲁尔连接件或无菌管道焊接。在一个实施例中，连接器件可为转移钉。在一些实施例中，输入管和输出管网络以转移钉终止，以连接到缓冲剂袋18、源袋20、废物袋22和收集袋24上，它们可为一次性的，并且单独出售。这样使输入袋(缓冲剂袋10和源袋12)和输出袋(废物袋14和收集袋16)与一次性中心筒分开的原因是使得系统能够处理大范围的预期样本和处理条件，诸如样本体积或残余物减少倍数。缓冲剂袋10和源袋12连接到管道的分别与光学传感器34和36对接的区段上，以确定液体在管线中的存在。
在转移钉之后，在管道上存在人工夹紧阀。在人工夹紧阀26和28之后，在缓冲剂和源管上存在流体传感器34和36。在一些实施例中，流体传感器为光学传感器。泵38、40和44可分别包括夹紧阀26、28和30的功能。为了将无菌空气引入到管组，源和缓冲剂管可包括具有图1中的空气过滤器21和23的可选阀。在一些实施例中，废物和收集管可分别包括人工夹紧阀30和32。
在非限制性示例中，引入无菌空气的构件可为三通接头，其具有由0.22µm空气过滤器终止的单向阀(21、23)。空气引入机构确保在源或缓冲剂袋中不存在空气的情况下，相关联的管仍然装有空气，从而通过用流体传感器检测空气来表示相关联的袋的排空。输入和输出管线可具有人工夹紧阀，以在将输入和输出管线安装到硬件系统中和从硬件系统中移除它们的期间控制流。人工夹紧阀允许操作者将一次性套件连接到外袋上，以及防止任何不合需要的流体流。没有人工夹紧阀，如果套件在插入装置中之前连接到袋上，则流体可基于重力或压力而流动。只有一旦套件插入且门关闭时，流体流才会停止，因为泵起止回阀的作用。因而，如果操作者在插入套件和关闭硬件系统的门之前连接一次性套件，则人工夹紧阀是合乎需要的。
如图1中示出的那样，一次性装置包含一个用以控制处理环路中的流向的回转阀48。回转阀48改变位置以排空处理环路。在将一次性单元安装到硬件系统中之后，蠕动泵38、40、42和44在四个位置处与一次性管道接合，流体传感器34和36与源和缓冲剂管道接合，过滤器单元8与硬件系统接合，处理室6附连到测压元件传感器46上，并且回转阀48与促动器(马达)接合，如图1中显示的那样。可在泵位置处或泵位置附近使用硅树脂管道来提供提高的稳定可靠性和流率准确性。当蠕动泵接合且不动时，泵转子阻止流体流。在泵接合之后，人工夹紧阀可打开，而不改变液体在系统中的位置。使用单个测压元件46(如图1中显示的那样)针对大范围的样本体积监测处理室的质量。如图1中示出的那样用于获取细胞的过程的结构不依赖于样本体积。
用图2中示出的流程图描述获取细胞的方法的示例性实施例。在一些示例中可删除描绘的流程图的一个或多个步骤，或者在一些方法示例中，可对现有流程图添加一个或多个步骤，这取决于过程要求或用户需要。在过程开始之前，所有的室、处理环路、成网络的输入和输出管线或端口都彼此连接，以形成完整单元，并且封闭在硬件系统中，如图2的步骤1中显示的那样。将一个或多个夹紧阀附连到各个管线上，或者附连到各个室的端部处，以在细胞处理时或在过程开始之前控制液体流。当过程开始时，释放夹紧阀，以允许有流体流。为了在处理之前冲洗系统，可使处理材料(缓冲剂或介质)传送通过处理环路，并且可将处理材料弃置到废物室中，如图2的步骤2中示出的那样。将细胞样本加载到源室上，并且将其引导到处理环路，如图2的步骤3中显示的那样。在流入量和渗透物平衡的情况下，流体不断传送通过处理环路的相同路径，直到加载了整个细胞样本体积。
在一些示例中，在初始排空源室之后，将处理材料引入到源室中，以冲洗室，但冲洗源室是可选的。通过协调源和缓冲剂泵速率和流向来将处理材料转移到源室。为了确保仅将处理材料泵送到源室中，将缓冲剂泵速率设定成等于或大于源泵速率。另外，在缓冲剂连接和处理环路之间将源泵连接到处理环路上。照这样，不需要用额外的回转阀控制流。在冲洗源室之后，缓冲剂传送通过同一通路，以重复循环，如图2的步骤4a-b中显示的那样。
在一些示例中，合乎需要的是在清洗(稀释步骤)之前减小处理材料和源材料的体积，并且从而潜在地减少实现期望水平的残余物降低所需的时间。由于重复过滤，处理材料的体积减少且源材料浓缩(如图2的流程图中的步骤5显示的那样)。根据一些实施例，浓缩细胞的方法包括以下步骤：平衡进入处理室中的处理材料的流入量与过滤装置的渗透物通量，以使处理室的质量保持处于恒定值。在方法的这个示例中，处理室具有质量，并且处理室的质量在整个过程期间保持恒定。可通过平衡通往处理环路的进入流体的质量(处理材料的流入量)与从处理环路流出的流体的质量(过滤装置的渗透物通量)，来使处理室的期望质量保持恒定。
在浓缩之后，通过用处理材料稀释不断清洗细胞(图2的步骤6)。为了使处理室的质量保持处于恒定值，通过控制处理室中的流体的体积来平衡进入处理环路中的处理材料的流入量与过滤装置的渗透物通量。在清洗步骤之后，可通过移除多余的处理材料进行重复过滤来浓缩源材料(图2的步骤7)。在细胞收集在收集室中之后从介质获取细胞(图2的步骤8)。在一些示例中，然后通过引入额外的处理材料来冲洗包括处理室的处理环路，然后将这个冲洗的材料收集在收集室中(图2的步骤9a、9b)。细胞获取程序的加载和清洗步骤通过控制进入处理环路的流体流(源和/或缓冲剂泵速率)和离开处理环路的流体流(废物泵速率)，来将处理室的质量调整为各种设定点(处理室的期望质量)。
在这个示例中，在加载样本期间，将处理室中的液体的质量控制为设定点，这被称为第一设定点。第一设定点是处理室的质量。在一个示例中，假设第一设定点为SP1。通过引入来自缓冲剂室的进入处理材料，或来自源室的源材料，来补偿过滤器渗透物通量引起的流体材料损失。在这个示例中，如果第一设定点“SP1”大于处理室中存在的流体的质量(包括细胞和/或缓冲剂或介质，即，来自之前的冲洗或加载步骤)和源室中的流体的估计质量(假定为“mp”)，因此在这种情况下，SP1>mp。在这个示例中，源室中存在的整个流体可转移到处理室，而不浓缩细胞。如果整个源材料量(存在于源室中)转移到处理室，则处理室中的现有流体(例如，用于冲洗的流体)的质量和源材料的估计质量必须小于或等于设定点。此过程继续，直到源室被排空，并且处理室的质量小于或等于第一设定点。当安装在操作性地连接到源室上的管线上的光学传感器检测到管线中存在空气时，流体从源室转移到处理环路的过程完成。
在另一个示例中，SP1可小于处理室中的流体的开始质量的质量和源室的源材料的估计质量的总和。在这个特定示例中，可将来自源室的源材料直接添加到处理环路，直到处理室中的流体的质量等于SP1。必须浓缩源室中的其余源材料和处理室中的流体。还加载其余源材料，并且处理室的质量同时保持为SP1。然后通过重复过滤来浓缩细胞，其中，来自源室的源材料的流入量与过滤装置的渗透物通量平衡，以使处理室的质量保持为SP1。
在这个示例中，用期望量的缓冲剂溶液冲洗源室。如果处理室的质量mp小于第一设定点SP1，并且存在于源室中的冲洗(缓冲剂)溶液的质量小于SP1和mp之间的差，则将用于冲洗源室的整个缓冲剂溶液或介质转移到处理室，而不浓缩细胞。冲洗步骤可重复多次。在处理室的质量mp等于SP1的示例中，典型地必须不断过滤处理环路中的源材料，从而再次平衡源室中的冲洗材料的流入量与渗透物通量。
在一个示例中，当源室被清洁且排空时，处理室中的流体的质量可进一步减少到另一个设定点，这被称为“第二设定点”，其中，第二设定点是过程室的减小的质量，例如如果假设第二设定点为SP2，则SP2<SP1。为了将处理室的质量从SP1减小到SP2，通过重复过滤来减少处理环路中的流体材料，其中，流体从处理室流出，通过过滤器，回到处理室。在这个体积调节程序期间未添加额外的材料(缓冲剂或源)。
将缓冲剂或介质引入到处理环路，以及循环通过处理室和过滤装置的程序使得能够进行清洗程序。在此步骤期间，过滤器渗透物通量与进入介质或来自缓冲剂室的缓冲剂的流量匹配。这个新介质或缓冲剂会稀释源材料中的可溶残余物。操作者确定存在于源材料中的残余物整体减少量，例如减少到1/100。
一旦清洗程序完成，处理环路中的处理材料的体积可减小到其最小体积而到达新设定点，这被称为“第三设定点”SP3。在这个示例中，在整个方法期间的所有三个设定点的状况为SP3<SP2<SP1。类似于质量从SP1减小到SP2，通过重复过滤来减少处理环路中的流体材料，其中，流体从处理室流出，通过过滤器，并且回到处理室。在这个体积调节程序期间未添加额外的材料(缓冲剂或源)。
将处理材料和源材料转移到收集室的步骤开始于促动回转阀，以将处理材料从处理环路转向到收集室。使用图1中的处理环路泵42来通过过滤器将流体从处理室泵送到回转阀48且泵送到收集室中。为了阻止在收集步骤期间有额外过滤，可使渗透物泵44停止。一旦处理环路为空，回转阀促动来隔离收集室。可用诸如缓冲剂或介质的处理材料冲洗处理环路。可直接收集这个冲洗体积，或者可在额外的收集步骤之前浓缩这个冲洗体积。处理环路和成网络的输入和输出管线可容纳在硬件系统中，硬件系统是具有一个或多个门的封闭室。源室、缓冲剂室、废物室和收集室中的一个或多个可在硬件系统附近。在打开硬件系统的门之前，将人工夹具附连到源室、缓冲剂室、废物室和收集室上，以阻止液体从那些室中泄漏或溢出。然后使收集室与一次性装置的其余部分分开，并且保存和保藏来自收集室的经清洗和浓缩的细胞供进一步使用。从源材料中排出多余介质、不合需要的颗粒和/或杂质，并且在传送通过处理环路之后，将它们弃置到废物室中。在一个示例中，在程序之后丢弃包括处理环路和成网络的输入和输出管线的一次性装置。
用于控制细胞获取装置的处理室的质量的方法之一包括：使用源泵或缓冲剂泵的速度、源泵或缓冲剂泵的校准常数，以及处理室的质量的变化速率，来产生关于渗透物泵的流率的估计量。方法进一步包括使用控制规则来设定通过源泵或缓冲剂泵的流率，控制规则包括估计量和反馈项。反馈项包括处理室的质量的变化速率、设定点和反馈增益，以及其中，反馈增益大于零，并且处理室的质量在设定点处恒定。在这个示例中，获取装置包括过滤装置、处理室、操作性地联接到源泵、缓冲剂泵和渗透物泵上的成网络的输入和输出管线。
图3中描绘的系统的质量流分析显示，为了使处理室的质量保持恒定，通过源泵的质量流率
Figure DEST_PATH_IMAGE001
必须等于废物泵的质量流率
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，其中，公式可表示为：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
(1)
但是，由于过滤器可能阻塞，以及影响过滤器的渗透物通量的其它现象导致渗透物泵流率即使在废物泵速度固定时也随着时间推移而改变，使这个简单实现复杂化。因此，无法使用速度轻易地计算废物泵流率。在一些实施例中，泵速度可为线速度，或者可为旋转速度。大范围的源体积意味着大范围的废物体积，从而使得直接测量源和废物室的质量不实际。此外，无法精确地控制瞬间源泵流率
Figure 845593DEST_PATH_IMAGE004
(t)；而是可设定期望流率。
为了克服这些限制，通过产生估计量
Figure DEST_PATH_IMAGE005
来平衡处理室的质量，以使用源泵速度、源泵校准常数
Figure DEST_PATH_IMAGE007
和处理室通量
Figure 135946DEST_PATH_IMAGE008
(它们都是已知的常数或测得变量)正确地估计废物泵流率。估计废物通量由以下给出
Figure DEST_PATH_IMAGE009
　　　　　(2)
估计量(公式2)的备选实施例包括使用废物泵校准常数
Figure 62313DEST_PATH_IMAGE010
乘以废物泵速度
Figure DEST_PATH_IMAGE011
来估计废物通量
Figure 407844DEST_PATH_IMAGE012
，使得
　　　　　　(2.1)
或者通过使用规定废物泵通量，来估计废物通量
Figure 292623DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 559657DEST_PATH_IMAGE014
。
通过源泵，使用以下控制规则，设定期望瞬间流率
Figure DEST_PATH_IMAGE015
：
Figure 289715DEST_PATH_IMAGE016
　　　　　(3)
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
是处理室的质量要保持的设定点，并且k>0是用户可设定的任意反馈增益。除了渗透物通量的前馈估计
Figure 489752DEST_PATH_IMAGE018
之外，控制规则包括反馈项
Figure DEST_PATH_IMAGE019
。反馈项对于自动化系统的恰当运行是重要的，因为反馈项实时地解决和调节系统和建模不准确性引入的误差，诸如(但不限于)对渗透物通量的估计不完全匹配实际渗透物通量，源泵通量不完全跟踪期望泵通量(泵跟随误差)、校准不准确性、系统中的电和机械噪声，以及其它扰动。此外，也可将根据公式2.1的废物通量估计设定成恒定值，包括零。但是，在将这些备选实施例(来自公式2.1)代入公式3的情况下，不应用足够大的增益k使稳态过程中的质量跟踪误差任意小。
当控制器对系统起作用时，稳态过程中的质量跟踪误差可由下者给出：
Figure 545433DEST_PATH_IMAGE020
(4)
也就是说，可通过选择足够大的反馈增益k来使系统和模型中的所有误差e(t)的影响任意小，以使误差最大程度地降低到合意水平。实际上，可基本减小误差的影响，但k的最大值以及因而设定点中的误差的最大程度的减小由于诸如(但不限于)促动器驱动饱和和传感器噪声的不理想行为而受到限制。
细胞获取装置的示例包括：处理环路，其包括处理室和过滤装置；成网络的输入和输出管线，其操作性地联接到源室、缓冲剂室、废物室和收集室中的一个或多个上；以及控制器，其基于处理环路的流入量和渗透物通量，将处理室的质量控制为期望值。
处理环路包括处理室和过滤装置，过滤装置可为一次性单元的一部分。一次性单元可包括处理环路和成网络的输入和/或输出管线(在本文中可互换地用作“入口端口和/或出口端口”)。在一个或多个示例中，一次性单元可为单次使用的。在一些其它实施例中，处理环路和成网络的入口和/或出口端口总体上形成可重复使用的单元，可使用多次。处理环路包括用以控制处理环路中的流体流的方向的方向控制阀。在一些实施例中，方向控制阀可包括回转阀、旋转阀、活栓或它们的组合。
细胞获取装置包括处理室，并且包括用于各种步骤的一个或多个额外的室。用于细胞获取程序的一个或多个室可为柔性或刚性的容器。在一个或多个示例中，室是缸体、瓶子、长颈瓶、箱、袋或它们的组合。例如，处理室可为处理袋或处理箱。可通过塞子、盖子或其它器件来密封室，或者室可构建成没有可密封开口。室可由例如聚合物或玻璃制成。室中的一个或多个包括(但不限于)处理室、缓冲剂室、源室、废物室和收集室。也可使用一个或多个额外的室，这取决于过程要求和用户需要。处理室包括连接到成网络的管或管线上的一个或多个入口和/或出口端口，成网络的管或管线操作性地联接到一个或多个额外的室或一个或多个泵上。例如，入口和/或出口端口连接到过滤装置、源室、缓冲剂室或收集室上。
在一个或多个示例中，处理室不依赖于源材料的初始样本体积。处理室容积不必初始样本体积成比例，因为本发明有新颖控制逻辑。对于小的样本大小，处理室的几何构造可最大程度地减小容纳容积，但对于大的样本大小，也支持较大的入口和/或出口端口。对于大范围的样本(0.1-50.0 L)，使用在小范围(大约0-2kg)内灵敏度高的单个测压元件来监测处理室的质量。图4和5还显示呈流体袋形式的用于两个不同的样本大小构造的不同的处理室。袋几何构造对于小样本体积和大样本体积一次性装置两者可为相同的。图4显示当前用于高级原型的低样本体积处理室6。这个袋具有意于最大程度地从一次性装置的这个部分回收细胞的锥形尖出口62。另外，袋6可吹制而成，以消除可引起额外的细胞损失源的接缝。对于图4中显示的袋，至少对于低样本体积，细胞通过升高的入口端口60进入处理室，以及通过定位在锥形区段的底部处的出口端口62从袋中提取细胞，会防止样本损失。
额外的室(包括缓冲剂室、源室、废物室和收集室)可与处理室具有类似的结构。所有室可为密封的一次性构件，以在处理期间容纳流体，以保持无菌性。“缓冲剂室”是能够容纳诸如缓冲剂溶液或液体介质的处理材料的室。在一些实施例中，缓冲剂室容纳缓冲剂溶液，在一些其它实施例中，缓冲剂室还可单独容纳液体介质。缓冲剂室可为缓冲剂流体袋。源室或缓冲剂室还可包括与一个或多个流体传感器(可为光学传感器)对接的管道，以确定液体在管道中的存在。可通过流体传感器的响应来确定缓冲剂或介质或源材料的供应。源室类似于包括悬浮在介质中的细胞的缓冲剂室。可将无菌空气流引入连接到源室或缓冲剂室上的一个或多个管。在获取细胞之后，收集室容纳浓缩细胞的最终产物。在一个示例中，处理室可与Wave™处理室(GE医疗)对接。
系统的一个或多个实施例可包括中空纤维过滤器。引入过滤器中的源材料或处理材料被称为输入体积，作为滞留物从过滤器中出来的流体或处理材料被称为输出体积，并且从纤维壁中渗出或扩散出的流体或处理材料被称为渗透物。过滤装置和联接到过滤装置上的一个或多个管道取决于样本体积和处理流率。采用中空纤维过滤器来使细胞与介质分离。在一些实施例中，中空纤维过滤器具有范围为大约0.1至1µm的孔径，以及200至2000µm的纤维内径和4至400个纤维数。在一个示例中，过滤器具有0.65µm的孔径。中空纤维过滤器的纤维内径的典型范围为大约200至2500µm，或者10倍于最大颗粒的直径。在一个示例中，纤维具有750µm的内径。过滤装置的壁厚的范围为大约20至200µm。
在一个或多个实施例中，存在控制器，其基于处理环路的流入量和渗透物通量，将处理室的质量控制为期望值。用于获取细胞的装置包括用于数据采取和系统控制的系统。这个模块连接到用于控制泵马达和阀促动器的一系列自定义接口板上。
在大范围的样本体积需要使用多个一次性装置的一个或多个示例中，这样的系统可具有图1中显示的整体架构。在一些实施例中，成网络的输入和输出管线(或管道或管)以及联接到管线上的一个或多个室不依赖于样本体积。一个或多个蠕动泵与成网络的输入和输出管线对接。网络中的输入和输出管线可以转移钉终止，并且钉嵌在连接到源室、缓冲剂室、废物室和收集室上的输入和输出管线中。分开输入室与一次性装置(诸如源室或缓冲剂室)和输出室(诸如废物室或收集室)的原因在于预计样本和过程条件的范围的原因，诸如各种样本的体积，或残余物减少倍数。源和缓冲剂室可包括与流体传感器(可为光学传感器)对接的管道区段，以确定液体在管线中的存在。在一些实施例中，输入和输出管线操作性地联接到一个或多个夹具上，以控制流体流。在一些实施例中，处理环路包括用以控制流体流在环路中的方向的回转阀。这些管区段的几何构造和材料可与这些管线的其余部分相同。但是，假设管的光学属性可能必须能够识别液体在管中的存在。
对于所有样本体积，用于源、缓冲剂、废物和收集室或袋的管道和相关联的构件可为相同的。使用以存在于管或管线上的蠕动泵实现的大范围的流率来启用这个通用性，而且还由过滤器启用，同时确保流率在可实现范围中。但是，可随样本体积成比例地放大或缩小包括过滤装置和管道的处理环路。管直径增大使得流体能够以较高流率传送，但产生较高的容纳容积，这会影响最小输出体积。阀的内径和任何其它连接可也可随样本体积成比例地缩放，以最大程度地减少流限制，流限制会引起细胞剪切。在程序期间，存在于处理室中的流体的体积可不依赖于初始样本体积，因为实施控制规则来调整整个过程。控制规则解决了对于通过平衡过滤器的渗透物通量与来自源室或缓冲剂室的进入流体的流入量来使处理室的质量保持恒定的需要。
在将一次性装置安装到硬件系统中之后，在图4和图5中显示的四个位置处将蠕动泵接合到一次性管道中，诸如废物环路50、进料泵环路52或来自处理室的环路、源泵环路54和缓冲剂泵环路56。图4和5表示分别针对低样本体积(诸如~1L样本)和高样本体积(诸如~10L样本)设计的一次性装置的原型。一次性装置不依赖于最大范围内的样本体积。例如，图4的具有入口60和出口62的处理室不依赖于小于或等于1L的样本体积，而在另一个示例中，图5的一次性装置不依赖于小于或等于10L的样本体积。图4和5中显示的一次性装置示出包括过滤器和管道的处理环路(6、52、8、48)的一部分随样本体积成比例地放大或缩小。使用组件框架58 (图4或5)将泵管和过滤器单元布置成共线定向。在安装一次性装置期间，这个框架使管与蠕动泵对齐，以及使回转阀48与阀促动器对齐。图5的高级原型示出在处理室和过滤器之间的处理环路中使用两个长度的管来实现进行获取所需的高流率，其中，使用用于大体积的组件框架64。
装置由若干子系统组成，包括蠕动泵、回转阀促动器、用于测量处理室的质量的测压元件、光学传感器、系统控制器和功率供应器。
装置的一个或多个实施例包括蠕动泵。单独控制四个泵，以引导流。源泵40将流引导到源室12，或者从源室12引导出流，以及从处理环路引导出流，或者将流引导到处理环路；缓冲剂泵38将流引导到缓冲剂室10，或者从缓冲剂室10引导出流，以及从处理环路引导出流，或者将流引导到处理环路；处理环路泵或过滤器进给泵42将流从处理室6引导到过滤器42；并且废物泵44将流体从过滤器渗透物引导到废物室14，如图1和3中显示的那样。泵马达、转子和滚子位于主要组件上。在关闭和锁上门之后，在泵靴和泵滚子之间实现正确的管压缩，以确保精确泵送，以及在泵停止时，确保可靠地密封管。处理环路泵滚子的宽度大于其它通道的宽度，以便适应使用实现3.0 升/分钟的高流率所需的两个并行泵管线。可在高级原型中使用有效直径为64 mm的六滚子泵转子，以限制泵所需的接合电弧。滚子直径较小将使得需要在一次性装置中结合较大的管区段，并且因而增加容纳容积和管未对准的可能性。
装置的一个实施例包括一个或多个回转阀促动器。使用单个回转阀来更改从处理环路到收集袋的流径方向。具有弹簧加载式接合特征的旋转促动器设计成在将一次性单元安装到硬件系统上的期间，配合与多个一次性装置大小相关联的阀。
装置的一些实施例包括一个或多个测压元件，这取决于其在过程中的要求。在至少一个示例中，测压元件传感器是过程控制的主要手段。这个传感器持续地监测处理室的质量，并且使得能够计算过滤器渗透物通量。在一个示例中，测压元件传感器测量处理室的质量，高达2 kg的质量。
装置的一些实施例包括一个或多个光学传感器，光学传感器可用作例如流体传感器。也可使用用于进行多种测量的其它类型的传感器。在一个实施例中，两个光学传感器定位在透光源和缓冲剂入口管上。这些传感器测量液体在这些管中的存在，并且确定源和缓冲剂袋的状态。存在气泡或连续空气流会导致光学传感器的输出信号改变。使用基于阈值的测量来确定这些管线的状态。例如，传感器可提供大于仅在管中存在液体时才有的阈值的值，并且从而传感器指示管中存在液体。在另一个示例中，传感器可提供小于管中不存在液体时的阈值的值，并且从而传感器指示管中不存在液体。光学传感器还可用来检测源或处理材料管道的存在或不存在，以及如果管道存在，则阻止系统启动。
装置进一步包括功率供应，功率供应可为交流(AC)分配系统。装置可包括多个直流(DC)功率供应，可能需要直流供应来运行泵马达、阀促动器和控制电子器件。电气子系统接线方案包括AC分配面板、通往自定义接口板的多级DC功率连接、在接口板和系统之间的弯曲电缆信号连接、传感器、开关，以及接线到前部面板接口和过程暂停和紧急停止按钮的指示器。另外，各个模块化驱动器都接线到具有旋转编码器的电动马达(泵或回转阀)上。后部面板容纳具有功率开关的标准电力插座、用于对系统和控制器进行远程监测的以太网端口，以及用于冷却构件的风机。
一次性单元(或一次性套件)和一个或多个需要的室(诸如处理室、源室或缓冲剂室)都容纳在硬件系统中。图6示出一次性套件和处理系统之间的接口的某些特征。对于装置设置，用户通过插入框架58以及使框架58与导引销对齐，来将一次性装置加载到处理系统中。框架确保对于四个泵中的各个，泵管道区段与泵滚子恰当地对齐。另外，导引销定位一次性回转阀构件，并且使其与回转阀马达对齐。两个开关与一次性套件框架上的凸块接合，凸块使得能够检测一次性套件68的类型(即，小或大)。由软件解码的一次性套件64的类型可为各种输入参数(例如，最大处理流率)的规定的合适范围。硬件系统的门由开关和防溅罩70接合。
在插入一次性套件期间，用户将缓冲剂和源管道连接到缓冲剂和源材料供应室以及渗透物和收集管道上，以排空袋。在一个实施例中，可通过使用供应为套件的一部分且连接到管道上的转移钉来有利于将管道连接到不同的袋上。光学传感器与缓冲剂和源管道接合。光学传感器检测是否存在缓冲剂和源管，然后在处理期间用来检测液体或空气在那些管中的存在。一旦加载了一次性套件框架，用户就关闭和锁上处理系统的门。门插销把手转动四分之一转的动作使各个插销与凸轮表面66接合，其中，凸轮表面指的是相对于四分之一转插销上的旋转凸块倾斜的表面。在支承框架中切削出凸轮表面。凸轮作用协助在门(泵靴)锁定到关闭位置时克服管压缩力。使用两个开关(各个门凸轮插销一个)来检测关闭和锁定位置，当门插销处于完全锁定位置时，开关启动。
除了泵管道接合之外，一次性套件框架还使回转阀与由回转阀马达驱动的弹簧加载式接合组件对齐。弹簧加载式接合组件设计成恰当地接合低容积一次性套件旋塞阀和高容积球阀两者。接合接口适应高容积和低容积阀杆的不同设计。
操作者可将处理室悬挂在测压元件上。软件检测处理室的存在，并且在袋恰当定位之前阻止运行。用户可能需要将一次性套件的管道连接到外部袋上(源袋、缓冲剂袋、废物袋和收集袋)。在处理期间，软件典型地如必要的那样冲洗缓冲剂和源管线，并且检测是否袋是空的(通过检测管线中的空气)。在前部指示器面板上显示过程状态信息。“过程状态信息”指的是系统的运行状态，例如可在前部面板上显示与系统何时准备好进行获取细胞操作相关联的状态。操作者可使用指示器面板上的按钮开关来暂停和恢复过程。系统中存在LED，以指示当前过程，例如，LED可指示运行、暂停或完成的当前过程状态。在一些实施例中，也可存在额外的LED，以示出一次性套件大小、门接合状态或袋空状态。在一些实施例中，也可将用以检查过程是否准备就绪和软件故障的LED定位在前部面板上。前部面板还可包括低级紧急停止按钮，紧急停止按钮在软件本来未检测到的严重电力故障的情况下，断开通往驱动器的功率。
在一个或多个实施例中，硬件系统构造成用于台式或基于推车的运行，硬件系统的尺寸为高度、深度和宽度分别不超过0.45m、0.47m和0.67m，体积为0.143 m3。每个系统处理的流体的体积可取决于溶液塔架或废物容器的高度而增加。系统可设计成对研究应用启用柔性运行条件，以及对临床应用启用更受约束的协议。
细胞生存能力和活动性可受在处理期间施加在细胞上的剪切应力影响。≤5000 s-1的剪切速率对细胞生存能力和活动性具有最小影响。基于公式5而基于中空纤维内腔的内径和体积流率来计算剪切速率：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
　　公式5
其中，是最大剪切速率，Q是每个纤维的流率，而D是纤维的内径。基于这个公式，针对每个纤维，典型地以直径为750µm的内腔，在12.4 毫升/分钟的流率下实现剪切速率5000s-1。
取决于用户期望的总体残余物减少(稀释倍数)，系统计算清洗步骤(步骤6(如图2中显示的那样))中必要的缓冲剂需要量。但是，在前面和后面的步骤期间，由于添加到系统的起动(prime)体积和冲洗体积的原因，用缓冲剂稀释源材料。因而，在这个示例中，步骤6的稀释倍数取决于过程中的其它步骤，并且可基于用户输入参数实时地计算该稀释倍数。另外，在这个示例中，在其它步骤中进行的稀释也取决于总体积，以及控制公式中所需的变化。在图2中示出细胞处理方法的各种步骤。
示例
可在移植和转化研究和治疗应用两者中使用细胞获取器系统。虽然对于所有这些限制，样本大小和组成大不相同的，但程序是相同的。以下部分详细说明了细胞获取方法的两个非限制性示例，包括，1)浓缩和清洗保藏的脐血样本，以及2)浓缩和清洗高体积T细胞培养物。
示例1：浓缩和清洗保藏的脐血样本
使用细胞获取器清洗有核脐血细胞的25 mL样本。样本经历保藏剂(DMSO)浓度减小到1/100且经历1倍的浓缩倍数，以使细胞再次悬浮在25 mL可注射介质中。用低容积一次性装置执行这个过程，以最大程度地降低与一次性套件中的容纳容积相关联的潜在细胞损失。低容积一次性装置分别支持较低的最大处理50 mL/分钟和渗透物流率5 mL/分钟。首先冲洗一次性装置。接下来，由于第一设定点(100 mL)超过源体积(25 mL)，所以源袋的内容物在没有浓缩的情况下转移到处理室。将细胞添加到起动体积会使DMSO稀释2倍。然后用直接转移到处理室的两个体积的25 mL冲洗源袋，从而产生额外的2倍稀释倍数。快速执行步骤2至4(如图2中显示的那样)，因为关于转移体积的第一设定点高。步骤5使处理环路中的材料浓缩为第二设定点25 mL。这个体积减小对于使得能够快速清洗细胞是重要的。步骤6允许使浓缩细胞中的可溶添加剂额外稀释10倍。在步骤7中，经清洗的细胞浓缩为最终设定点10 mL，然后在步骤8中转移到收集袋。在步骤9中，冲洗处理环路两遍，但对于各个冲洗，在转移到收集袋中之前，冲洗材料的体积减小到7.5 mL，以便最大程度地减小最终体积。这个冲洗体积使可溶残余物有额外的2.5倍稀释，从而使得总共减小到1/100。这个程序的总处理时间为大约60分钟。
示例2。浓缩和清洗高体积T细胞培养物
使用转化研究市场的细胞获取器对来自培养物的高体积异源T细胞进行处理，以进行100倍浓缩和使残余物减少到1/100。对此应用使用了高容积一次性装置，以最大程度地提高处理速率。这个一次性装置的较大的过滤器、管道和阀分别支持3000 mL/分钟的处理速率和300 mL/分钟的渗透流率。步骤2用缓冲剂冲洗一次性装置。在步骤3中，使用连续浓缩方法使20 L细胞从源袋浓缩到处理环路中，步骤3。相对源体积较低的第一设定点1000mL要求在将过滤渗透物引导到废物袋的同时执行这个浓缩步骤。这个要求相对于示例1中执行的相似程序延长加载步骤。步骤4对源容器提供有限冲洗。两个低体积的缓冲剂被按顺序引导到源袋，从而需要额外浓缩处理环路中的总体积，以保持1000mL设定点。冲洗和冲洗体积提供3倍稀释倍数。在步骤5中，细胞浓缩为第二设定点500mL。在此这个低体积下，非常快速地执行清洗步骤，因为过滤渗透物速率相对于处理环路体积来说高。步骤6对可溶添加剂提供额外的16.7倍稀释。在步骤8中收集细胞之前，在步骤7中，处理环路体积减小为第三设定点100mL。在步骤9中，冲洗处理环路，这使得对于各个冲洗收集50mL，以及提供联合的2倍稀释倍数，以实现残余物总体减少到1/100。最终体积为200mL，比初始样本体积小100倍。这个程序需要大约100分钟。在配给的120分钟内容易地分别实现设置步骤1和移除步骤10。
虽然示例(示例1和2)执行相同顺序的步骤，但在单独步骤中的持续时间在很大程度地取决于样本。控制规则使得硬件系统能够在不进行修改的情况下处理低体积和高体积样本，但对高体积样本的较低设定点的要求会延长步骤3的持续时间。但是，相对于第二设定点对高体积样本使用高处理速率会加速步骤6中的清洗程序。残余物减少倍数由一系列起动、冲洗和清洗步骤提供。用户接口要求技术员限定冲洗和冲洗体积和总残余物减少倍数，从而使得能够计算步骤6中需要的清洗体积，以实现期望残余物稀释水平。
典型地基于给定的输入源体积、期望输出体积和/或给定的中间设定点来执行处理步骤。软件的一个示例实现多线程状态机。第一线程实现主要过程工作流步骤。第二线程用于传感器和故障监测。软件的一个示例假设以下参数由操作者提供：源体积的估计量、处理室的起动体积、最大容许流体转移速率、过滤器进料速率、渗透物速率百分比(随过滤器进料速率改变)、设定点1(用于步骤3)、设定点2(用于步骤4)、设定点3(用于步骤6)、设定点4(用于步骤7)、源袋的冲洗次数、用于对源袋进行各次冲洗的缓冲剂量、处理室的冲洗次数、用于对处理室进行各次冲洗的缓冲剂量、稀释倍数、期望的最终体积。系统检测一次性套件类型，并且针对以下一次性装置值检查用户输入参数：最小和最大容许过滤器进料速率、最小和最大容许渗透物速率百分比、回转阀和处理室之间的区段中的容纳容积、处理室和回转阀(过滤器环路)之间的区段中的容纳容积、处理室的最小和最大容许设定点。基于一次性套件和用户输入参数，系统计算以下参数：估计处理时间、估计所需的缓冲剂量、设定点和单独步骤所需的体积。
虽然已经在本文示出和描述了本发明的仅一些特征，但本领域技术人员将想到许多修改和改变。因此要理解的是，所附权利要求意于覆盖落在本发明的范围内的所有这样的修改和改变。

Claims (25)

1. 一种在处理环路中从流体材料获取细胞的方法，所述处理环路包括处理室和过滤装置，其中，所述流体材料具有体积，并且所述处理室具有总容量，所述方法包括：
使所述流体材料循环通过所述处理环路，并且平衡进入所述处理室中的所述流体材料的流入量与所述过滤装置的渗透物通量，以使所述处理室中的所述流体材料的体积保持处于恒定值；
通过相对于进入所述处理室中的所述流体材料的流入量而增加所述过滤装置的渗透物通量，来浓缩所述细胞；以及
在收集室中收集浓缩的细胞。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流体材料包括源材料、处理材料或它们的组合，以及其中，所述源材料具有总体积，并且所述处理材料具有总体积。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述处理材料选自液体介质、缓冲剂或它们的组合。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述源材料包括在液体介质或缓冲剂中的细胞。
5. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括将所述源材料的总体积加载到所述处理环路，其中，所述源材料的总体积小于或等于所述处理室的总容量。
6. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述处理室具有小于或等于所述处理室的总容量的期望容积，所述方法进一步包括浓缩所述源材料，其中，所述源材料的总体积大于所述处理室的期望容积。
7. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括通过引入所述处理材料以及平衡所述处理材料的流入量与所述过滤装置的渗透物通量以使所述处理室中的所述流体材料的体积保持处于恒定值，来清洗所述细胞。
8. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括在引入所述源材料之前或之后，将所述处理材料引入到所述处理环路，以冲洗所述处理环路。
9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过滤装置是中空纤维过滤器，其具有范围为大约0.1至1µm的孔径，以及200至2000µm的纤维内径和4至400的纤维数。
10. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述处理环路进一步联接到源室和缓冲剂室上，并且与所述源室和缓冲剂室的连接包括用以确定液体在所述管道中的存在的光学传感器。
11. 根据权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括将无菌空气直接或间接引入所述源室、缓冲剂室或两者的组合。
12. 一种在处理环路中从流体材料获取细胞的方法，所述处理环路包括处理室和过滤装置，其中，所述流体材料具有质量，并且所述处理室具有总容量，所述方法包括：
使所述流体材料循环通过所述处理环路，并且平衡进入所述处理室的所述流体材料的流入量与所述过滤装置的渗透物通量，以使所述处理室中的所述流体材料的质量保持处于恒定值；
通过相对于进入所述处理室中的所述流体材料的流入量而增加所述过滤装置的渗透物通量，来浓缩所述细胞；以及
在收集室中收集浓缩的细胞。
13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述流体材料包括源材料、处理材料或它们的组合，以及其中，所述源材料具有总质量，并且所述处理材料具有总质量。
14. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述源材料包括在液体介质或缓冲剂中的细胞，并且具有总质量。
15. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括在使所述流体材料循环之前，将所述源材料的所述总质量加载到所述处理环路，其中，所述源材料的总质量小于或等于所述处理室的总容量。
16. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述处理室具有小于或等于所述处理室的总容量的期望质量，所述方法进一步包括浓缩所述源材料，其中，所述源材料的质量大于所述处理室的期望质量。
17. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括通过引入所述处理材料以及平衡所述处理材料的流入量与所述过滤装置的渗透物通量以使所述处理室中的所述流体材料的质量保持处于恒定值，来清洗所述细胞。
18. 根据权利要求13所述的方法，其特征在于，进一步包括在引入所述源材料之前或之后，将所述处理材料引入到所述处理环路，以冲洗所述处理环路。
19. 一种控制细胞获取装置的处理室的质量的方法，所述细胞获取装置包括过滤装置、所述处理室、操作性地联接到源泵、缓冲剂泵和渗透物泵上的成网络的输入管线和输出管线，所述方法包括：
使用所述源泵或缓冲剂泵的速度，所述源泵或缓冲剂泵的校准常数，以及所述处理室的质量的变化速率，来产生关于所述渗透物泵的流率的估计量；以及
使用控制规则来设定通过所述源或缓冲剂泵的流率，所述控制规则包括所述估计量和反馈项，
其中，所述反馈项包括所述处理室的质量的变化速率、设定点和反馈增益，以及其中，所述反馈增益大于零，并且所述处理室的质量在所述设定点处恒定。
20. 根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述反馈项最大程度地减小渗透物通量、源或缓冲剂泵通量、电噪声、机械噪声和它们的组合的一个或多个估计误差。
21. 一种细胞获取装置，包括：
包括处理室和过滤装置的处理环路；
成网络的输入管线和输出管线，其操作性地联接到源室、缓冲剂室、废物室和收集室中的一个或多个上，以及
控制器，其基于所述处理环路的流入量和渗透物通量而将所述处理室的质量控制在期望值处。
22. 根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述处理室的容积不依赖于包含细胞的流体的初始样本体积。
23. 根据权利要求21所述的装置，其特征在于，所述过滤装置是中空纤维过滤器，其具有范围为大约0.1至1µm的孔径，200至2000µm的纤维内径，以及4至100的纤维数。
24. 根据权利要求21所述的装置，其特征在于，与所述源和缓冲剂室的连接包括用以确定液体在所述管道中的存在的光学传感器。
25. 根据权利要求24所述的装置，其特征在于，一个或多个蠕动泵在停止时被用来阻止流体或空气在所述成网络的输入管线和输出管线中的移动。
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