DE1617341B1 - Verfahren und Vorrichtung zum Waschen von Teilchen für biologische Zwecke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Waschen von Teilchen für biologische Zwecke innerhalb eines im wesentlichen geschlosse-

65 nen Systems, in dem die Teilchen in dem Waschgebiet durch Zentrifugalkraft gehalten werden.

In jüngster Zeit hat sich auf verschiedenen Gebieten, die mit biologischen Wissenschaften zusammenhängen, das Bedürfnis nach einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Waschen von sehr kleinen Teilchen, wie biologischen Zellen, innerhalb eines im wesentlichen geschlossenen Systems, um die Gefahr der Verunreinigung minimal zu halten, entwickelt. Ein Tätigkeitsgebiet, auf dem ein derartiges Bedürfnis besonders dringend ist, ist das die Konservierung von Blut betreffende Gebiet.

In jüngsten Jahren haben verschiedene Forscher auf dem obenerwähnten Tätigkeitsgebiet neue Verfahren zur Verlängerung der Lagerbarkeit von menschlichem Blut über das jetzige Maximum von 21 Tagen hinaus bis zu einer unbegrenzten Zeitdauer vorgeschlagen. Die vorgeschlagenen Methoden umfassen im allgemeinen den Zusatz eines Konservierungsmittels zum Blut und anschließendes Gefrieren des Blutes bis zum Anwendungszeitpunkt. Es wird im allgemeinen angenommen, daß der Erfolg der neu vorgeschlagenen Methoden von zwei Faktoren abhängt, nämlich 1. davon, ein Konservierungsmittel zu finden, das innerhalb der Blutzellen ausreichend konzentriert wird, um die Zellen vor physikalischem Schaden während der Perioden des Gefrierens, der Lagerung und des Auftauens zu schützen, und 2. von der wirksamen Entfernung des Konservierungsmittels vor der Transfusion des Blutes.

Das erste Problem, das Auffinden eines geeigneten Konservierungsmittels, ist in großem Maß durch die Entdeckung gelöst worden, daß Glycerin, Polyvinylpyrrolidon und/oder Dimethylsulfoxid innerhalb von Blutzellen ausreichend konzentriert werden, um die obenerwähnte physikalische Schädigung der Zellen zu verhindern. Andererseits war das zweite Problem, das der Entfernung des Konservierungsmittels, bis jetzt nur schwierig und mittels zeitraubender Methoden gelöst worden.

Die Verfügbarkeit eines Verfahrens und einer Vorrichtung für schnelles und vollständiges Auswaschen von Verunreinigungen aus roten Blutzellen and ähnlichen Teilchen innerhalb eines geschlossenen Systems könnte und würde wesentlich zu der weiteren Auswertung und zum weiteren Erfolg der obenerwähnten und anderer Methoden beitragen.

Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung zum Waschen von Teilchen für biologische Zwecke,, wie roten Blutzellen, innerhalb eines im wesentlichen geschlossenen Systems mit den dazugehörenden Maßnahmen und Merkmalen zu beschreiben.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Waschen von Teilchen für biologische Zwecke innerhalb eines im wesentlichen geschlossenen Systems, dadurch gekennzeichnet, daß man die zu waschenden Teilchen in einen flexiblen, zusammenfaltbaren Behälter und diesen dann in den behälteraufnehmenden Becher einer Zentrifuge bringt und anschließend den Behälter und seinen Inhalt unter Durchleiten einer Waschflüssigkeit zentrifugiert, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Diese und andere Ziele werden aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und den Zeichnungen deutlich.

Fig. 1 stellt einen Vertikalschnitt dar, der eine

Ausführungsform der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zeigt;

F i g. 2 stellt eine vergrößerte Schnittansicht der Flüssigkeitsverteilungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung dar;

F i g. 3 zeigt eine Vorderansicht einer Ausführungsform des disponierbaren Behälters der vorliegenden Erfindung;

F i g. 4 zeigt eine vergrößerte Ansicht einer Haltevorrichtung, die in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

In F i g. 1 ist ein Vertikalschnitt einer Zentrifuge 1 vom Rotationstyp veranschaulicht. Die Achse 10 der Zentrifuge trägt einen Rotor 11, der mit behälteraufnehmenden Bechern oder Kübeln 12 versehen ist. Innerhalb der Kübel 12 sind die disponierbaren, flexiblen, zusammenfaltbaren Behälter 13 in Stellung gebracht, die mit einem aus einem Stück bestehenden Einlaßrohr 14 und einem aus einem Stück bestehenden Auslaßrohr 15 versehen sind. Die Behälter 13 werden in der gewünschten Stellung innerhalb der Kübel 12 durch die Haltevorrichtung 16 gehalten.

Verbindung mit dem Inneren der Behälter 13 besteht durch das aus einem Stück bestehende Einlaßrohr 14 und das aus einem Stück bestehende Auslaßrohr 15, die aus den Kunststoffbehältern und durch die Haltevorrichtung 16 zu der rotierenden Dichtung 17 führen. Zur Herstellung der Verbindung mit dem Inneren der Dichtung werden die freien Enden von Einlaßrohr 14 und Auslaßrohr 15 mit der Einlaßverbindung 14 a und der Auslaßverbindung 15 α der rotierenden Dichtung 17 verbunden.

Die rotierende Dichtung 17, wie sie in F i g. 2 veranschaulicht ist, ist aus einem hohlen zylindrischen Gehäuse 18 und einer stationären Welle 19 zusammengesetzt. Ein Hauptteil der stationären Welle 19 befindet sich innerhalb der inneren Kammer des Gehäuses 18 der rotierenden Dichtung und wird in einer derartigen Lage durch ein Dichtungspaar 20 und 21 gehalten. Die Dichtungen 20 und 21 liegen auseinander und wirken mit der Welle zusammen, um das Innere des Gehäuses 18 in zwei getrennte Abteile, nämlich 20 a bzw. 21a zu teilen. Die Dichtungen 20 und 21 liegen mit Reibung an der stationären Welle 19 an und halten die Abteile 20 α und 21a flüssigkeitsdicht und voneinander getrennt. Wie aus F i g. 2 zu ersehen ist, ist die stationäre Welle 19 mit den Durchgängen 22 und 23 versehen. Der Durchgang 22 erstreckt sich durch die stationäre Welle 19 und verbindet lediglich mit dem Abteil 21a. Der Durchgang 23, der den Rest des Inneren der hohlen stationären Welle 19 ausmacht, öffnet sich in Abteilung20a und verbindet lediglich mit Abteilung 20 a. Das Gehäuse 18 ist außerdem mit Vorrichtung 24 versehen, um es an dem Rotor in der in F i g. 1 ersichtlichen Weise zu befestigen. Wenn es so befestigt ist, rotiert das Gehäuse 18 frei mit dem Rotor. Die Welle 19 wird in stationärer Lage durch die Stabilisierungsvorrichtung 25 gehalten, wodurch verhindert wird, daß sie mit dem Rotor rotiert. Die Vorrichtung 25 kann verschiedene Formen annehmen, beispielsweise die des aus Fig. ersichtlichen Halters.

Es ist selbstverständlich, daß die stationäre Welle 19 mit einer Vielzahl von Durchgängen 23, 23 ... versehen sein kann und der Zwischenraum zwischen Gehäuse und Welle aus einer Vielzahl durch entsprechend viele, auseinander liegende Dichtungen 20, 21... gebildeten Abteilen 20 a, 21a ... besteht, wobei jedes der Abteile nur mit einem Durchgang der Welle in Verbindung steht.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die verwendete Zentrifuge eine solche des Rotationstyps. Der Rotor der bevorzugten Zentrifuge hat vier behälteraufnehmende Abteile, die mit 600 ml-Bechem aus rostfreiem Stahl mit kunststoffüberzogener Innenseite versehen sind. Der Neigungswinkel dieser Becher beträgt 34° aus der Vertikalen. Diese Zentrifuge ermöglicht 5000 Umdrehungen pro Minute und ist mit hinreichenden Temperaturregulierungen versehen, um eine Schädigung der roten Blutzellen als Ergebnis von Überhitzung zu verhindern.

Die bevorzugte Zentrifuge ist mit Vorrichtungen versehen, wie einem mit Gewinde versehenen Hohlteil in der Mitte des Rotors, der die Befestigung der rotierenden Dichtung ermöglicht. Die Zentrifuge ist auch mit Öffnungen für die Rohre 26 und 27 versehen, die die Einführung und Entfernung einer sterilen Waschflüssigkeit erlauben. Außer der beschriebenen Rotationstyp-Zentrifuge kann eine Vielzahl anderer Zentrifugen verwendet werden, beispielsweise die Zentrifuge vom Schwingbecher-Typ.

In der bevorzugten Ausführungsform ist die rotierende Dichtung 17 aus geeigneten Stoffen hergestellt, die es erlauben, sie nach einmaligem Gebrauch zu verwerfen. Vorzugsweise ist das Gehäuse 18 ein im allgemeinen zylindrisches Kunststoffteil mit einer Innenkammer mit einem Durchmesser von 1,9 cm und einer Tiefe von 3,56 cm. Die Verbindung mit der Innenkammer stellen die Einlaß- und Auslaßverbindungen 14 α bzw. 15 a dar. Bei der Verwendung mit der oben beschriebenen Zentrifuge ist die rotierende Dichtung mit vier getrennen Einlaßverbindungen

14 a und einer gleichen Anzahl Auslaß verbindungen

15 a ausgerüstet, um für die Einführung der Waschflüssigkeit in einen Behälter und die Entfernung der Waschflüssigkeit aus einem Behälter zu sorgen, der sich in jedem der behälteraufnehmenden Becher befindet.

Vorzugsweisehat diestationäreWellel9einenAußendurchmesser von etwa 9,5 mm. Am Boden der Welle ist der Ausgang des Durchgangs 22 angebracht, der sich durch die Länge der Welle erstreckt und mit dem Waschflüssigkeits-Einlaßrohr 26 in Verbindung steht. In der Mitte der Länge der Welle ist der Einlaß des Durchgangs 23. Durchgang 23 macht den Rest des Innenraumes der ansonsten hohlen stationären Welle aus und umgibt völlig den Durchgang 22. Die Welle 19 kann völlig aus einem Material, wie Stahl, hergestellt werden, vorzugsweise wird jedoch eine Kombination von Materialien, wie Kautschuk, Metall und Kunststoff, verwendet, um optimale Beständigkeit gegenüber Abnutzung und Undichtigkeit zu schaffen.

Wenn auch in der bevorzugten Ausführungsform die Welle 19 als stationär und das Gehäuse 18 als rotierend beschrieben worden ist, ist dem Fachmann doch leicht ersichtlich, daß das Gehäuse stationär und die Welle rotierend ausgebildet werden kann, wenn die zwei Teile entgegengesetzt und umgekehrt sind.

Die Dichtungen 20 und 21 sind aus einem elastischen Material, wie Kunststoff oder Kautschuk, ge-

bildet. Vorzugsweise sind sie so geformt, daß sie mit der äußeren Oberfläche der stationären Welle übereinstimmen und damit zusammenwirken, um so das Fließen von Flüssigkeit zwischen Welle und Dichtung zu verhindern. Diese Dichtungen sind innerhalb von Gehäuse 18 durch irgendeine geeignete Einrichtung, beispielsweise durch Preßanpassung^ Schweißen, Heißsiegeln, Verleimen od. dgl., befestigt. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Dichtungen kreisförmig und haben einen Außendurchmesser von 1,9 cm und einen Innendurchmesser von 9,5 mm und sind 1,27 cm bzw. 3,18 cm vom Innenboden der Gehäusekammer entfernt angebracht.

Die flexiblen plastischen Behälter 13 sind zweckmäßig aus Kunststoffmaterial hergestellt. In der bevorzugten Form sind sie aus Polyvinylchloridharz gebildet, das blutabstoßend ist, und sind vor der Verwendung sterilisiert. Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, haben sie die Form eines gleichmäßigen Ovals mit einer Maximallänge von 15,24 cm und einer Minimalbreite von 8,89 cm. Die Einlaß- und Auslaßrohre 14 bzw. 15 sind in Verbindung mit dem Inneren des Behälters heißverschweißt. Der Teil von Rohr 14, der sich in das Innere des Behälters 13 erstreckt, ist mit genügend Perforationen 28 versehen, um die Bewegung der Teilchen, die in dem Behälter gewaschen werden sollen, durch das Einfließen der Waschflüssigkeit in den Behältern zu fördern und anzuregen. Die Gesamtlänge von Rohr 15 und von dem Teil von Rohr 14, die sich außerhalb des Behälters erstreckt, ist nicht kritisch und muß lediglich derart sein, daß sie für direkte oder indirekte Verbindung mit den Einlaß- und Auslaßverbindungen von Gehäuse 18 sorgt, ohne die Arbeitsweise der Vorrichtung zu stören.

Wenn beabsichtigt ist, die Behälter 13 zum Waschen von roten Blutzellen zu verwenden, kann der Behälter modifiziert werden, damit er als Original-Blutspenden-Aufnahmebehälter dienen kann. Derartige Modifizierungen können in einfacher Weise darin bestehen, daß das Einlaßrohr 14 mit einer Spendernadel und das Auslaßrohr 15 mit einem geeigneten Schutzverschluß, wie er beispielsweise in der USA.-Patentschrift 2 894 510 beschrieben ist, versehen werden. Nach dem Sammeln der Blutspende kann das Einlaßrohr 14 heißverschweißt werden, um einen hermetisch verschlossenen Behälter zu liefern. Das Rohr 14 kann später beim Zeitpunkt der Verwendung für die Verbindung mit der Einlaßrohrverbindung 14 α wieder geöffnet werden.

In der beschriebenen Ausführungsform wirken die Haltevorrichtung, der behälteraufnehmende Becher und der Beutel alle zusammen, um den Beutel zu formen und zu lokalisieren, um so für das optimale Abfließen der Flüssigkeit zu sorgen. Dieses erwünschte Ergebnis wird im allgemeinen erreicht, wenn das Auslaßrohr sich näher bei der Rotationsachse der Zentrifuge befindet als irgendein anderer Teil des Beutels. Wenn das Auslaßrohr so angebracht ist, ist die Wahrscheinlichkeit der Existenz von »toten Flecken«, die unvollständig gewaschene oder ungewaschene Teilchen enthalten, wesentlich verringert.

Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung, beispielsweise wenn die Stellung oder die Form der Becher oder die Form der Beutel wesentlich variieren, ist es im allgemeinen notwendig, unterschiedlich geformte Haltevorrichtungen zu verwenden, um das gewünschte optimale Ausfließen der Flüssigkeit zu erreichen.

Wenn die Zentrifuge und die Kunststoffbehälter verwendet werden, die speziell beschrieben worden sind, hat die Haltevorrichtung 16, wie am besten in Fi g. 4 zu ersehen ist, die Form eines Ovals mit einer maximalen Länge von 13 cm und einer maximalen Breite von 8,58 cm. Die Kerben 16 a und 16 b sind geschnitten oder in anderer Weise gebildet und von einer entsprechenden Größe, die dem Außendurchmesser von Rohr 14 und 15 Sorge trägt. Vorzugsweise ist die Haltevorrichtung 16 eine Metallplatte von ausreichendem Gewicht und geeigneter Form, um zu verhindern, daß der Druck, der sich innerhalb der Kunststoffbehälter durch das Flüssigkeitsverteilungs-System bildet, die innerste Wand des Behälters zum Bersten bringt.

Aus der vorstehenden Diskussion ist ersichtlich, daß die genauen Ausmaße, Bauart und Anzahl der verschiedenen, oben beschriebenen Komponenten durch Anzahl und Form der behälteraufnehmenden Becher der Zentrifuge sowie noch andere Faktoren beeinflußt werden.

Wenn die Kunststoffbehälter zur Entfernung von Verunreinigung, wie Konservierungsstoffen aus Blut, verwendet werden, werden sie und ihr Inhalt in die behälteraufnehmenden Becher oder Eimer eingebracht, wobei die Einlaß- und Auslaßrohre sich gegen die Asche der Zentrifuge hin erstrecken. Die Haltevorrichtung 16 wird dann in Stellung gebracht, wobei sich das Einlaßrohr 14 und das Auslaßrohr 15 durch die Kerben 16 a bzw. 16 b erstrecken. Die freien Enden der Einlaß- und Auslaßrohre 14 und 15 werden dann mit den Einlaß- und Auslaßverbindungen 14 a bzw. 15 a der rotierenden Dichtung verbunden. Die rotierende Dichtung wird dann auf dem Rotor befestigt, und die stationäre Welle 19 der rotierenden Dichtung wird mit Hufe des Halters oder einer anderen Stabilisiervorrichtung 25 stabilisiert. Dann wird das Zentrifugieren begonnen, und es wird eine sterile Waschflüssigkeit unter Schwerkraftdruck oder durch Pumpen durch das Waschflüssigkeitseinlaßrohr 26 eingeführt. Die Flüssigkeit wird durch das Waschflüssigkeits-Einlaßrohr 26 und den Durchgang 22 der Welle in das untere Abteil 21a der rotierenden Dichtung geleitet. Sie verläßt dann die Welle und fließt über das Einlaßrohr 14 in den Kunststoffbehälter 13. Nachdem die Waschflüssigkeit in das Innnere von Behälter 13 an einer Stelle, die in bezug auf die Zentrifugenachse radial nach außen gelegen ist, eintritt, verläßt sie das Einlaßrohr durch die Perforationen 28 in Form einer Unzahl feiner Ströme, die die Teilchen in dem Behälter bewegen. Die Bewegung der Teilchen durch die einströmende Waschflüssigkeit wirkt mit der Zentrifugalkraft zusammen, um die Teilchen in einem mehr oder weniger konstanten Bewegungszustand in einem Bereich in der Nähe des Bodens des Eimers oder des Bechers zu halten, wodurch die Entfernung der verbrauchten Waschflüssigkeit im wesentlichen frei von Zellen über das Auslaßrohr 15 an einer Stelle des Behälters, die in bezug auf die Zentrifugenachse radial nach innen gelegen ist, erlaubt wird. Nach dem Verlassen des Behälters fließt die verbrauchte Waschflüssigkeit über das Auslaßrohr 15 in das obere Abteil 20 α der rotierenden Dichtung. Dann tritt sie in das Innere der stationären Welle 19 über den Durchgang 23 ein und fließt um die Außenseite des Durchgangs 22 herum und durch

das Waschflüssigkeits-Entleerungsrohr 27 aus der Welle heraus. Das Zirkulieren der verbrauchten Waschflüssigkeit durch die stationäre Welle 19 kühlt die Welle und verhindert dabei in wirksamer Weise, daß die Dichtungen 20 und 21 durch die Wärme zerstört werden, die bei dem Reibungskontakt mit der Welle entsteht.

In der vorstehenden Darlegung wurde die neue Vorrichtung und das neue Verfahren der vorliegenden Erfindung detailliert in Verbindung mit dem Freiwaschen von roten Blutzellen von Konservierungsstoffen beschrieben. Es soll jedoch klar sein, daß die Erfindung mit beträchtlichem Erfolg verwendet werden kann, um eine große Vielzahl von Teilchen für biologische Zwecke, wozu andere Typen biologischer

Zellen, künstlich gebildete Stoffe u. dgl. gehören, von einer gleichermaßen großen Anzahl von Verunreinigungen, wie Bakterien, Viren u. dgl., freizuwaschen.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist dem Fachmann leicht ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung viele Vorteile gegenüber bekannten Einrichtungen bietet. Beispielsweise erlaubt sie das gleichzeitige Waschen des Inhalts einer Vielzahl von Behältern mit gleichem Volumen ohne Durcheinandermischen oder gegenseitige Verunreinigung, und sie erlaubt auch, daß das Waschen in einem disponierbaren und im wesentlichen geschlossenen System vorgenommen wird. Weitere, hier nicht beschriebene Vorteile liegen für den Fachmann auf der Hand.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

COPY

109 580/384

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Waschen von Teilchen für biologische Zwecke innerhalb eines im wesentlichen geschlossenen Systems, dadurch gekennzeichnet, daß man die zu waschenden Teilchen in einen flexiblen, zusammenfaltbaren Behälter (13) und diesen dann in den behälteraufnehmenden Becher (12) einer Zentrifuge (1) bringt und anschließend den Behälter und seinen Inhalt unter Durchleiten einer Waschflüssigkeit zentrifugiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Waschflüssigkeit an einer mit Bezug auf die Zentrifugenachse (10) radial nach außen gelegenen Stelle in den Behälter (13) einführt und an einer radial nach innen gelegenen Stelle aus dem Behälter abführt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Zentrifuge (1) mit behälteraufnehmenden Bechern (12), mindestens einem flexiblen, zusammenfaltbaren Behälter (13), der sich in einem der Becher befindet, und Vorrichtungen zum Einführen (14, 14 a, 17) und Entfernen (15, 15 a, 17) einer Waschflüssigkeit aus dem Behälter besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (13) mit einem Einlaßrohr (14) und einem Auslaßrohr (15) versehen und dem Behälter eine Haltevorrichtung (16), die sich in dem Becher befindet, zugeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtungen zum Einführen und Abführen der Waschflüssigkeit über das Einlaßrohr (14) und das Auslaßrohr (15) eine rotierende Dichtung (17) umfassen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Einlaßrohres (14) sich in das Innere des Behälters (13) erstreckt und dort mit einer Vielzahl von Perforationen (28) versehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einlaßrohr (14) an einer mit Bezug auf die Zentrifugenachse (10) radial nach außen gelegenen Stelle und das Auslaßrohr (15) an einer radial nach innen gelegenen Stelle des Behälters (13) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierende Dichtung (17) aus einem Gehäuse (18) mit einer Einlaß- und Auslaßverbindung (26, 27), einer innerhalb des Gehäuses befindlichen Welle (19), die mit einer Vielzahl von Durchgängen (22, 23 ...) versehen ist, und der Zwischenraum zwischen Gehäuse und Welle aus einer Vielzahl durch entsprechend viele, auseinanderliegende Dichtungen (20, 21...) gebildeten Abteilen (20 α, 21α .,.) besteht, wobei jedes der Abteile nur mit einem Durchgang der Welle in Verbindung steht.