DE69120025T2

DE69120025T2 - Sammelkammer kleinen rauminhalts

Info

Publication number: DE69120025T2
Application number: DE69120025T
Authority: DE
Inventors: T Dennehey; Joseph West
Original assignee: Baxter International Inc
Current assignee: Fenwal Inc
Priority date: 1990-05-31
Filing date: 1991-04-01
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2011-04-02
Also published as: EP0485538A4; WO1991018675A1; US5224921A; EP0485538B1; CA2063262A1; CA2063262C; JPH05500624A; DE69120025D1; EP0485538A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft allgemein die Zentrifugierbehandlung von Flüssigkeiten. Insbesondere richtet sich die Erfindung auf die Trennung von Bestandteilen von Blut oder Plasma.
Vollblut kann in seine verschiedenen Einzelbestandteile durch Verwendung eines Zentrifugier- bzw. Fliehkraft-Blutabscheiders getrennt oder fraktioniert werden. Im Fall einer In-vivo-Blutverarbeitungsvorrichtung kann einem lebenden Spender Vollblut entnommen, durch die Vorrichtung geleitet und dann zum Spender rückgeleitet werden. Während des Durchlaufs des Bluts durch die Vorrichtung kann das Blut in seine Bestandteile, z. B. Plasma, Erythrozyten, Blutplättchen bzw. Thrombozyten und andere Komponenten, getrennt oder fraktioniert werden. Ein Teil dieser Fraktionen kann selektiv in einem geeigneten Aufnahmebehälter zurückbehalten werden, und andere Teile der Fraktionen können zum Spender rückgeleitet werden.
Für die Blutverarbeitung in vivo werden verschiedene Vorrichtungsbauarten verwendet. Eine Vorrichtungsbauart ist in den US-PS'en 3 489 145 und 3 655 123 beschrieben. Die Vorrichtung verwendet ein Zentrifugier-Trennelement in Form eines drehbaren, angetriebenen schüsselförmigen Außenmantels, in dem ein zylindrisch geformtes Mittel- oder Filterteil aufgehängt ist, um eine enge hülsenförmige Trennkammer mit sehr präzisen Abmessungen zu bilden. Fluidanschlüsse sind in der Kammer durch Verwendung einer drehbaren Dichtung ausgebildet, und die Kammer hat eine in Axialrichtung ausgefluchtete Zulauföffnung am einen Ende, um Vollblut einzulassen, und drei Sammelöffnungen am anderen Ende, um die Komponenten Erythrozyten, Leukozyten und Plasma zu entnehmen, die während der Zentrifugierung getrennt worden sind.
Systeme zur Durchführung der Blutverarbeitung in vivo umfassen charakteristisch eine Trennkammer, in der Vollblut von einem Spender einem Fliehkraftfeld ausgesetzt wird. Aufgrund der Dichteunterschiede werden die Blutbestandteile in Zonen in unterschiedlichen radialen Entfernungen vom Rotationsmittelpunkt der Trennkammer gesammelt. Sammelöffnungen in der Kammer führen die Bestandteile aus diesen Zonen zur Lagerung oder erneuten Umwälzung ab.
Beim Trennen der Bestandteile müssen die getrennten Bestandteile gleichbleibend hohe Reinheit haben. Wenn die Blutbestandteile einem gegenseitigen Vermischen unterliegen, muß mindestens ein Teil der getrennten Bestandteile beseitigt werden, so daß das System eine effektiv geringere Ausbeute liefert.
Die US-PS 4 146 172 zeigt in einem Ausführungsbeispiel ein In-vivo-Blutverarbeitungssystem mit Verarbeitungskammern zum Trennen von Erythrozyten und Plättchenbestandteilen von Vollblut mittels Fliehkraft. Ein Beispiel eines solchen Systems ist das CS-3000R von Baxter Healthcare Corp., Deerfield, Illinois.
Das System umfaßt eine dünne Verarbeitungskammer, die eine erste und eine zweite Seitenwand in nahem Abstand voneinander hat, die eine innere Kammer definieren, die wenigstens eine Sammelzone, eine Auslaßeinrichtung zur Entnahme von Fluid aus der Sammelzone der Kammer und eine Einrichtung aufweist, die eine Zulaufeinheit und eine zusätzliche Ablaufeinheit umfaßt, die eine Durchflußbahn definieren, um der Kammer zu verarbeitendes Blut zuzuführen. Einrichtungen, die einen drehbar angetriebenen Träger aufweisen, sind vorgesehen, um die Kammer zu drehen, wobei die Kammer allgemein senkrecht zu einem Radius des Rotors angebracht ist, so daß der Erythrozyten-Bestandteil veranlaßt wird, sich in der Sammelzone der Kammer zu sammeln.
Das beschriebene System arbeitet zwar zufriedenstellend zum Trennen von Erythrozyten und Blutplättchen aus Vollblut, aber für bestimmte Anwendungen wie etwa die Trennung von einkernigen Zellen funktioniert dieses System eventuell nicht optimal. Wenn das System dazu verwendet wird, tendiert die Sammelkammer dazu, Blutplättchen zurückzuhalten, was zu einem einkernigen Zellprodukt führt, das mit Blutplättchen kontaminiert ist. Charakteristisch werden wenigstens ungefähr 50 % der Blutplättchen in der Sammelkammer zurückgehalten. Es wurde gefunden, daß eine Rückhaltung von mehr als 1/3 der Blutplättchen in dem einkernigen Zellprodukt kein für bestimmte Anwendungszwecke zufriedenstellendes Produkt ergibt.
Die Rückhaltung von Blutplättchen in der Sammelkammer stellt nicht nur deshalb einen Nachteil dar, weil einkernige Zellen und die Blutplättchen miteinander vermischt werden, sondern kann auch nachteilige Auswirkungen auf den Spender haben. Das vielfache häufige Spenden von einkernigen Zellen geht infolge eines Thrombozytenverlusts mit Thrombozytopenie beim Spender einher.
US-A-4 316 576 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen von Granulozyten aus Vollblut, wobei Erythrozyten in der Vorrichtung gesammelt werden.
US-A-4 146 172 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen von Erythrozyten und Blutplättchen aus Vollblut, wobei Erythrozyten und Blutplättchen in der Vorrichtung gesammelt werden.
Bekannte Sammelkammern sind charakteristisch auch zu groß, um einen Sammelprozeß von einkernigen Zellen durchzuführen. Beispielsweise hat eine großtechnisch eingesetzte Kammer ein volumen von ungefähr 200 cm³. Das wird allgemein als zu groß zum Sammeln von einkernigen Zellen, d. h. für einen Stammzell-Prozeß, angesehen. Bei einer Kammer mit so großem Volumen ist eine zusätzliche Volumenverminderung notwendig, und/oder eine zusätzliche Verarbeitung wie etwa eine Trennung nach Dichte unter Anwendung von Ficol-Hypaque ist notwendig, um die Blutplättchen zu entfernen.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen und Sammeln von einkernigen Zellen mittels Zentrifugierung-aus Erythrozyten-armem Plasma, wie in Anspruch 1 angegeben ist. Der Oberbegriff des Anspruchs 1 basiert auf US-A-4 316 576, und die kennzeichnenden Merkmale der Erfindung sind im Kennzeichenteil von Anspruch 1 aufgeführt. In der hier beanspruchten Vorrichtung werden im Gebrauch wenigstens vier verschiedene G-Kräfte aufgebracht: der Zulauf erfährt eine G-Kraft R3; der Ablauf eine G-Kraft R2; der Hohlraum eine G-Kraft R5; und eine Bahn zwischen dem Zulauf und dem Ablauf eine G-Kraft R1, wobei R5 > R3 > R2 > R1. Die Betriebs-Charakteristiken der Kammer machen ihren Einsatz zum Sammeln von Stammzellen, die für Knochenmarktransplantationen verwendet werden sollen, besonders vorteilhaft. Ein Verfahren zum Sammeln von einkernigen Zellen wird ebenfalls angegeben.
Bei einer Ausführungsform weist die Vorrichtung einen Behälter auf, der den Zulauf, den Ablauf und einen Bereich zur Aufnahme von einkernigen Zellen hat.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Behälter vorgesehen, der einen Zulauf zur Aufnahme des Plasmas aufweist und eine Zulaufdurchflußbahn definiert, einen Ablauf zur Aufnahme von an einkernigen Zellen armem Plasma aufweist, der das an einkernigen Zellen arme Plasma aus dem Behälter leitet, wobei der Ablauf eine Ablaufdurchflußbahan definiert, und einen Hohlraum zur Aufnahme von einkernigen Zellen aufweist. Es sind Mittel vorgesehen, um zu bewirken, daß wenigstens zwei Drittel der in dem Plasma enthaltenen Plättchenzellen von der Zulaufdurchflußbahn zu der Ablaufdurchflußbahn und aus dem Behälter geleitet werden und daß einkernige Zellen in den Hohlraum ausfallen.
Bei einer Ausführungsform umfaßt der Zulauf einen im wesentlichen geraden Bereich, der in einem abgeknickten Bereich endet.
Bei einerausführungsform ist eine Kammer vorgesehen, um einkernige Zellen von einem Erythrozyten-verarmten Plasma in einem Zentrifugal-Blutverarbeitungssystem zu trennen. Die Kammer weist einen flexiblen Behälter auf, der einen Hohlraum zur Aufnahme von einkernigen Zellen sowie einen Zulauf und einen Ablauf hat. Eine erste Platte ist vorgesehen, die ausgesparte Bereiche hat, um im Inneren des Behälters eine Zulaufbahn, den Hohlraum und eine Ablaufbahn zu definieren. Die Kammer weist eine zweite Platte auf, die mit der ersten Platte zusammenpaßt, um den Behälter zwischen beiden einzuschließen. Die Zulaufbahn und die Ablaufbahn definieren Mittel, um zu bewirken, daß einkernige Zellen in den Hohlraum ausfallen und daß wenigstens zwei Drittel der Blutplättchen in dem Plasma, die in den Behälter durch den Zulauf eintreten, aus dem Behälter durch den Ablauf austreten. Bei einer Ausführungsform umfaßt die Zulaufbahn einen ersten, im wesentlichen geraden Bereich, der in einem abgeknickten Bereich endet, der in einem zweiten im wesentlichen geraden Bereich, der zu dem ersten im wesentlichen geraden Bereich im wesentlichen senkrecht ist, endet.
Bei einer Ausführungsform weist die Ablaufbahn einen im wesentlichen geraden Bereich auf.
Bei einer Ausführungsform fallen wenigstens 80 % der Blutplättchen in dem Plasma nicht in den Hohlraum aus.
1 Bei einer weiteren Ausführungsform sind im Gebrauch die G- Kräfte an einem zweiten Bereich der Zulauffluidbahn R4, und dabei ist R5 > R4 > R3 > R2 > R1l.
Bei einer Ausführungsform wird das Plasma in vivo von einem Patienten/Spender entnommen, und das Plasma wird nach Austritt aus der Ablauffluidbahn in den Patienten/Spender reinfundiert.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der genauen Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen und aus den Zeichnungen.

KURZE ERLÄUTERUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine Perspektivansicht eines Rotorabschnitts der Zentrifugal-Blutverarbeitungsvorrichtung, wobei Verarbeitungskammern vor dem Einsetzen in den Rotor veranschaulicht sind;
Fig. 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer Ausführungsform der Kammer gemäß der Erfindung zum Trennen einkerniger Zellen;
Fig. 3 ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform einer Platte der Kammer gemäß der Erfindung zum Trennen einkerniger Zellen, wobei die Fluiddurchflußbahn veranschaulicht ist;
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht der Platte von Fig. 3 entlang der Linie IV-IV von Fig. 3;
Fig. 5 ist eine Perspektivansicht der Platte von Fig. 3, wobei die darauf wirkenden zugeordneten G-Kräfte verdeutlicht sind.

GENAUE BESCHREIBUNG DER DERZEIT BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die Erfindung richtet sich auf eine Vorrichtung zum effi zienten Sammeln von einkernigen Zellen. Bei einer Ausführungsform ist eine Sammelkammer zur Verwendung in einem Zentrifugal-Blutzellseparator zum Sammeln einkerniger Zellen sowie ein Verfahren zum Sammeln von einkernigen Zellen vorgesehen.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Kammer gemäß der Erfindung zum Trennen einkerniger Zellen so ausgebildet, daß sie mit einem Zentrifugal-Blutseparator verwendbar ist, wie er etwa in der US-PS 4 146 172 gezeigt ist, deren Offenbarung hier summarisch eingeführt wird. Es versteht sich aber, daß die Erfindung auch mit anderen Zentrifugal-Blutzellseparatoren und Vorrichtungen zum Sammeln einkerniger Zellen verwendbar ist.
Die gezeigte Ausführungsform der Trennkammer gemäß der Erfindung für einkernige Zellen ist wirksam, um einkernige Zellen aus Erythrozyten-armem Plasma zu trennen. Die Leistungs-Charakteristiken der Trennkammer gemäß der Erfindung für einkernige Zellen machen sie hocherwünscht zum Sammeln von Stammzellen, die für Knochenmarktransplantationen verwendet werden sollen. Bei der gezeigten Ausführungsform der Trennkammer für einkernige Zellen wirkt die Kammer als eine sekundäre oder Sammelkammer in einem Zentrifugal-Blutzellseparator wie etwa dem CS-3000R von Baxter Healthcare Corp. In einem solchen Blutzeilseparator ist eine primäre oder Trennkammer vorgesehen, die die Erythrozyten von dem Vollblut trennt. Das Erythrozyten-arme Plasma, das bevorzugt auch eine Antikoagulanslösung enthält, weist eine plättchenreiche Plasmakomponente auf, die aus der primären oder Trennkammer in die sekundäre oder Sammelkammer fließt. Das Erythrozyten-arme Plasma enthält einkernige Zellen.
Beispielhaft wird auf die US-PS 4 146 172 (die hier summarisch eingeführt wird) Bezug genommen, die ein Blutverarbeitungssystem beschreibt, bei dem die Erfindung angewandt werden kann. Das Blutverarbeitungssystem umfaßt einen Rotor, der in Fig. 1 gezeigt ist und nachstehend unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im einzelnen erörtert wird.
Das Blutverarbeitungssystem umfaßt eine Zentrifugiervor richtung, die eine Rotorantriebsanordnung hat, an der eine Rotoranordnung oder ein Träger 21 mit Hilfe einer hohlen Tragachse 23 drehbar angebracht ist. Die Rotorantriebsanordnung (nicht gezeigt) ist ihrerseits an einer ortsfesten Nabenanordnung mit Hilfe einer vertikalen Antriebswelle drehbar angebracht. Eine Führungshülse 25 ist auf der Rotorantriebs anordnung angebracht.
Eine Erythrozyten-Trennkammer 11 und eine Trennkammer 13 für einkernige Zellen sind von der Rotoranordnung 21 abnehmbar aufgenommen. Die Rotoranordnung 21 hat die Funktion, auf die Kammern 11 und 13 und die durch sie geleiteten Fluide Fliehkräfte aufzubringen. Zwischen den beiden Kammern 11 und 13, die mit der Rotoranordnung 21 drehen, und dem Verarbeitungssystem ist eine Fluidkommunikation durch ein Versorgungs kabel 27 hergestellt, das zahlreiche Rohre 28, 29, 30, 31, 32 und 33 aufweist, die Fluidkanäle definieren. Das Versorgungskabel 27 erstreckt sich von einer zentralen Stelle entlang der Drehachse des Rotors nach unten durch die Mitte der Antriebswelle 23 und nach radial außen durch die Führungshülse 25. Wie in der US-PS 4 146 172 im einzelnen erörtert wird, wird Vollblut von einem Spender/Patienten entnommen und den Kammern 11 und 13 über das Versorgungskabel 27 zugeführt.
Die Wegführung des Versorgungskabels 27, das gemeinsam mit der Rotoranordnung 21 in derselben Richtung angetrieben wird und eine Fluidkommunikation zwischen den Kammern 11 und 13 herstellt, ist so, daß das Kabel nicht verdreht wird. Stattdessen erfährt das Versorgungskabel 27 nur ein Biegen oder wiederholtes teuweises Drehen um seine Achse um Winkel, die 180º nicht überschreiten, während die Rotoranordnung 21 dreht. Der Rotor und die Rotorantriebsanordnung sind in der US-PS 4 146 172 im einzelnen beschrieben.
Wie Fig. 1 zeigt, weist der Rotorträger 21 zwei ausgeschnittene Bereiche 34 und 35 auf, um Klemmeinrichtungen 37 bzw 39 abnehmbar aufzunehmen. Die Klemmeinrichtungen 37 und 39 sind ausgebildet, um die Kammern 11 bzw. 13 abnehmbar in dem Träger 21 zu befestigen. Dazu weisen die Klemmeinrichtungen 37 und 39 eine erste Oberfläche 38, 40 und eine zweite Oberfläche 42, 44 auf. Arme 46 und 48 sind vorgesehen, um die zweite Oberfläche 42, 44 zu der ersten Oberfläche 38, 40 zu schwenken. Die Arme 46 und 48 haben die Funktion, die Klemmeinrichtungen 37 und 39 zu öffnen und zu schließen. Wenn sie geschlossen sind, sichern die Klemmeinrichtungen 37 und 39 die Kammern 11 und 13 zwischen sich, so daß die Rotoranordnung auf die Kammern eine Fliehkraft aufbringen kann.
Es ist vorteilhaft, daß der Träger 21 und/oder die Klemmeinrichtungen 37 und 39 sowie ein Teil der Kammern 11 und 13 aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit wie etwa Aluminium bestehen, so daß die Temperatur des durch die Kammern fließenden Bluts leichter regelbar ist. Ein Widerstandsheizelement oder ein anderes aktives Thermoelement wie etwa ein Heißluftgebläse kann in Wärmeverbindung mit dem Rotor vor gesehen sein, um den Träger 21 und die Klemmeinrichtungen 37 und 39 auf eine gewünschte Temperatur, charakteristisch auf die Körpertemperatur bzw. 37 ºC, während der Verarbeitung zu erwärmen. Das führt zu einer beständigeren und effizienteren Sedimentierung und verringert die Gefahr eines thermischen Schocks, wenn das verarbeitete Blut wieder in den Spender infundiert wird.
Unter dem Einfluß eines von dem Rotor aufgebrachten Fliehkraftfelds wird in der Trennkammer 11 befindliches Voliblut zu einer Trennung veranlaßt, wobei die schwereren Erythrozyten sich an Sammelzonen in der Kammer sammeln. Die weniger dichte plättchenreiche Plasmakomponente verbleibt hauptsächlich außerhalb der Sammelzonen. Bei der bevorzugten Ausführungsform enthält die plättchenreiche Plasmakomponente einen Blutanteil, der allgemein als Buffy coat bzw. Leukozytenmanschette bezeichnet wird und Leukozyten sowie auch die einkernigen Zellen enthält, die das Ziel des Sammelns mit der Vörrichtung und dem Verfahren der Erfindung sind.
Die getrennte Erythrozytenkomponente wird aus der Kammer 11 durch wenigstens einen der Schläuche entlang dessen oberem Bereich entfernt, der mit den Sammelzonen der Kammer in Verbindung ist. Die Sammelöffnung oder der Sammelschlauch ist mit einem weiteren Schlauchsegment verbunden, so daß die Erythrozyten weiter verarbeitet, gesammelt od. dgl. werden können. Eines der Schlauchstücke führt die resultierende plättchenreiche Plasmakomponente (oder Erythrozyten-arme Plasmakomponente) aus der Trennkammer 11 ab. Das Erythrozyten-arme Plasma wird dann durch den Schlauch 33 in die Trennkammer 13 für einkernige Zellen geleitet, in der die einkernigen Zellen abgetrennt werden können. Wie in der US-PS 4 146 172 ausgeführt wird, kann das Erythrozyten-arme Plasma aus der Trennkammer 11 unter Verwendung einer hinsichtlich der Fördermenge regelbaren Pumpenanordnung (nicht gezeigt) in die Kammer 13 transportiert werden.
In der Trennkammer 13 gemäß der Erfindung für einkernige Zellen werden einkernige Zellen abgetrennt, wie im einzelnen weiter unten erläutert wird, und dabei verbleibt eine Lösung von an einkernigen Zellen armem Plasma, die durch einen Schlauchabschnitt 32 transportiert wird, um weiter getrennt oder in den Spender reinfundiert zu werden. Durch die Erfindung ist in dem resultierenden, an einkernigen Zellen armen Plasma wenigstens ein sehr großer Teil der ursprünglich darin vorhandenen Blutplättchen enthalten.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform der Trennkammer 13 der Erfindung für einkernige Zellen gezeigt. Wie zu sehen ist, weist die Kammer 13 eine erste Platte 41 und eine zweite Platte 43 auf, die zwischen sich einen flexiblen Behälter 45 einschließen. Die Platten 41 und 43, zwischen denen der Behälter 45 sandwichartig eingeschlossen ist, werden, wie Fig. 1 zeigt, gleitbar in der Klemmeinrichtung 39 aufgenommen, die in einem Ausschnitt 35 an dem Träger 21 der Rotoranordnung gleitbar aufgenommen ist.
Die Trennkammer 13 für einkernige Zellen ist speziell so ausgebildet, daß die einkernigen Zellen veranlaßt werden, während des zentrifugalen Trennvorgangs in dem flexiblen Behälter 45 zurückgehalten zu werden. Wie nachstehend im einzelnen erläutert wird, wird unter dem Einfluß einer Fliehkraft das Erythrozyten-arme Plasma in dem flexiblen Beutel 45 zur Trennung veranlaßt, einkernige Zellen fallen in den flexiblen Behälter aus, und das verbleibende Plasma, das wenigstens zwei Drittel und bevorzugt 80 % der Blutplättchen enthält, tritt aus dem Beutel an einer Austrittsöffnung aus.
Die erste Platte 41 ist aus einem haibharten Kunststoff wie beispielsweise Polyurethan hergestellt. Das halbharte Kunststoffmaterial ist hinreichend flexibel, um den Behälter 45 um einen Außenumfang eines Hohlraums oder einer Ausnehmung 47 herum abzudichten, um eine bestimmte Behälter/Hohlraum- Gestalt zu bilden, es ist aber ausreichend hart, um die Hohlraumgestalt beizubehalten, während es mit Fliehkräften von 340 bis 390 g oder mehr beaufschlagt wird. Die erste Platte 41 kann natürlich auch aus einem harten Material wie Aluminium bestehen, so daß sie unter hohen g-Kräften größeres Formhaltevermögen hat.
Um sicherzustellen, daß dem Behälter 45 von der ersten Platte 41 eine Gestalt gegeben wird, weist die erste Platte einen Wulstbereich 49 auf. Der Wulst 49 dichtet den flexiblen Behälter 45 ab, wenn dieser zwischen den Platten 41 und 43 eingeschlossen ist. Der ausgesparte Bereich 47 der Platte 41 definiert daher die Gestalt des Behälters 45 und definiert somit die Durchflußbahn, wenn der Behälter zwischen den Platten 41 und 43 eingeschlossen ist.
Wie Fig. 2 zeigt, weisen der ausgesparte Bereich 47 der Platte 4lund der Beutel 45 einen Zulauf 51 und einen Ablauf 53 auf. Der Zulauf 51 definiert eine Zulauffluidbahn 52. Die Zulauffluidbahn 52 umfaßt eine erste, im wesentlichen gerade Fluidbahn 55, die sich zu einer abgeknickten Fluidbahn 57 erstreckt. Die Zulaufbahn 52 endet als eine zweite im wesentlichen gerade Fluidbahn 59, die zu der ersten im wesentlichen geraden Fluidbahn 55 im wesentlichen senkrecht ist. Die Zulauffluidbahn 52 definiert eine Fluiddurchflußbahn für das in die Kammer 13 eintretende Erythrozyten-arme Plasma. Eine Ablauffluidbahn 61 ist an einer entgegengesetzten Seite des Behälters 45 und der Platte 41 vorgesehen. Die Ablauffluidbahn 61 ist im wesentlichen gerade und im wesentlichen parallel zu der ersten im wesentlichen geraden Fluidbahn 55 der Zulauffluidbahn 52. Die Ablauffluidbahn 61 definiert eine Fluidbahn von einem Innenraum des Behälters 45 zu dem Schlauch 32.
Ein Hohlraum 63 zum Sammeln von einkernigen Zellen liegt zwischen dem Zulauf 51 und dem Ablauf 53. Fig. 3 zeigt den Durchflußweg von Plasma in dem Behälter 45. Wie gezeigt, fließt das Erythrozyten-arme Plasma vom Zulauf 51 in den Behälter 45. Zwischen der Zulauffluiddurchflußbahn 52 und der Ablauffluiddurchflußbahn 61 ist eine kurze Fluiddurchflußbahn 65 vorgesehen. Durch diese von der Kammer 13 definierte kurze gebogene Fluiddurchflußbahn 65 wird zumindest ein erheblicher Großteil des plättchenreichen Plasmas veranlaßt, von dem Zulauf 51 in Richtung zu dem Ablauf 52 und durch den zwischen den Platten 41 und 43 eingeschlossenen Behälter 45 abzufließen. Aufgrund der Konstruktion der Kammer 13 sowie infolge der Zelldichte und der Sedimentierungs- Charakteristiken der einkernigen Zellen werden die einkernigen Zellen veranlaßt, auszufallen und in den Hohlraum 63 des Behälters 45 zu fließen; das ist in den Figuren in Form unterbrochener Pfeile angedeutet. Zum besseren Austreiben von Luft während des Primingvorgangs sollte das obere Ende der Fluidbahn 59, 65 geringfügig aufwärts in Richtung zu der Ablaufdurchflußbahn 61 abgewinkelt sein.
Die zweite Platte 43 umfaßt eine im wesentlichen flache Oberfläche, die zu der ersten Platte 41 paßt. Die zweite Platte 43 ist so ausgebildet, daß die im wesentlichen flache Oberfläche mit der ersten Platte 41 unter Einschließung des Behälters 45 zwischen beiden und so, daß die Zulauf- und Ablaufschläuche 33 und 32 dazwischen aufgenommen sind, zusammenpaßt. Dazu kann die zweite Platte 43 Vorsprünge 80 aufweisen, die in öffnungen 82 in der ersten Platte 41 aufgenommen werden. Um den flexiblen Behälter 45 in seiner Lage festzulegen, weist der flexible Behälter 45 bei der gezeigten Ausführungsform ebenfalls öffnungen 84 auf. Bevorzugt ist die zweite Platte 43 aus Aluminium hergestellt, so daß sie, wie vorher erörtert, Wärmeübertragungseigenschaften hat.
Fig. 5 zeigt die relativen G-Kräfte, die auf die Kammer 13 während des Zentrifugiervorgangs wirken: Dabei bezeichnet R1 die niedrigste und R5 die höchste G-Kraft. Während des Zentrifugiervorgangs werden auf den Behälter 45 wenigstens fünf hauptsächliche G-Kräfte R1, R2, R3, R4 und R5 aufgebracht (R5 > R4 > R3 > R2 > R1). Die G-Kräfte beeinflussen den Plasmadurchfluß in dem Behälter 45. Die Durchflußbahn und die zugeordneten G-Kräfte in dem Behälter 45 während des Zentrifugiervorgangs sind die folgenden.
Ein Erythrozyten-armes Plasma tritt aus dem Schlauch 33 durch den Zulauf 51 ein. Das Plasma ist bei der gezeigten Ausführungsform dadurch Erythrozyten-verarmt worden, daß es durch die primäre oder Trennkammer 11 zugeführt wurde. Beim Eintritt in den Zulauf 51 und speziell in die erste im wesentlichen gerade Fluidbahn 55 der Zulauffluidbahn 52 unterliegt das Plasma zuerst einer in einem Mittelbereich liegenden G-Kraft R3. Das Plasma wird dann entlang der Zulauffluidbahn 52 zu der abgeknickten Fluidbahn 57 geleitet, in der eine G-Kraft R4 darauf aufgebracht wird. Infolgedessen wird an der abgeknickten Fluidbahn 57 eine etwas größere G- Kraft auf das Plasma aufgebracht, als ursprünglich an dem ersten im wesentlichen geraden Bereich 55 der Zulauffluidbahn 57 aufgebracht wurde. Der abgeknickte Bereich 57 der Zulauffluidbahn 52 orientiert die Fluiddurchflußbahn und beginnt den Sedimentierungsprozeß der einkernigen Zellen. Um sicherzustlelen, daß die Lösungsgeschwindigkeit ausreichend hoch ist, definieren die Wandungen 69 eine Zulauffluidbahn 52, die eine ausreichend kleine Querschnittsgestalt hat. Das Plasma fließt aus dem abgeknickten Bereich 57 der Zulauff luidbahn 52 zu einer zweiten im wesentlichen geraden Fluidbahn 59 in Richtung zu der Ablauff luidbahn 61. Das Erythrozyten-arme Plasma fließt über das obere Ende 71 des Hohlraums 63 in Richtung zum Ablauf 53. Infolge der kurzen Durchflußbahn 65 über das Oberende 71 des Behälters 45 zwischen dem Zulauf 51 und dem Ablauf 53 minimiert die effektive Oberfläche für die niedrige Dichte aufweisenden Blutplättchen das Plättchensammelpotential des Behälters 45.
Die einkernigen Zellen, die höhere Dichte haben und die begonnen haben, in dem abgeknickten Fluiddurchflußbereich 57 der Zulaufdurchflußbahn 52 auszufallen, fließen ungehindert in den Hohlraum 63, in dem die höchste G-Kraft R5 aufgebracht wird. Der Hohlraum 63 wirkt als Reservoir zum Sammeln von einkernigen Zeilen, und zwar aufgrund seines großen Volumens, seiner Durchflußrate, der gerundeten Zulauf- und Ablauföffnung sowie der Eigenschaften geringer Wirbelbildung.
Das niedrigste G-Feld R1 befindet sich an dem Oberende 71 bzw. dem Zentrum des Behälters 45, durch das das plättchenreiche Plasma fließt. Auf die Ablauföffnung 53 wird ein geringfügig höheres G-Feld R2 aufgebracht als auf das obere Zentrum 71 des Behälters 45. Daher bewirkt die Ablauffluidbahn 61, daß das Plasma und die Blutplättchen, die noch darin suspendiert sind, jedoch begonnen haben auszufallen, entfernt werden. Wie bereits gesagt, bietet die Rückfläche des Hohlraums 63 das höchste G-Feld R5 und ist gerundet, um ein gleichmäßiges G-Feld von einer Seite der Kammer zur anderen zu bieten, was den einkernigen Zellen ermöglicht, in den Hohlraum 63 auszufallen.
Wie Fig. 4 zeigt, verläuft der Hohlraum 63 vorn Unterende 73 zum Oberende 71 schräg nach innen, um am Unterende das maximale G-Feld R5 zu präsentieren. Die einkernigen Zellen tendieren dazu, zu dem maximalen G-Bereich zu gleiten und sich dann zu sammeln, bis der Hohlraum 63 gefüllt ist und von dem Plasmastrom gestört wird. Wenn der Hohlraum 63 mit den einkernigen Zellen gefüllt ist, hört der Behälter 45 und speziell der Hohlraum 63 auf, einkernige Zellen zu sammeln, und sämtliche Zellen passieren den Behälter 45, um zum Patienten/Spender rückgeführt zu werden.
Bei einer Ausführungsform ist das Gesamtvolumen des Behälters 45 ungefähr 50 cm³. Das effektive Einfangvolumen des Hohlraums 63 für einkernige Zellen ist ungefähr 35 cm³. Es wurde gefunden, daß die Kammer 63 der Erfindung einkernige Zellen rückgewinnt unter gleichzeitiger Rückhaltung von nur ungefähr 5 bis 20 % der Blutplättchen, die in dem plättchenreichen Plasma enthalten sind, aus dem die einkernigen Zellen getrennt werden.
Der Behälter 45 kann aus verschiedenen Materialien hergestellt sein. Beispielsweise kann der Behälter 45 aus Polyvinylchlorid oder einem anderen mit Blut kompatiblen Kunststoff bestehen, der entlang wenigstens drei Rändern verschweißt ist, um einen Behälter zu bilden.
Es ist zu beachten, daß es zwar nicht notwendig ist, daß die Kammer 13 als die sekundäre Kammer in einer Einrichtung dient, wie sie etwa in der US-PS 4 146 172 angegeben ist; um aber eine optimale Rückgewinnung von einkernigen Zellen zu erreichen; sollte das Plasma in gewissem Maß Erythrozytenverarmt sein.
Wie bereits gesagt, kann die vorliegende Erfindung angewandt werden, um einkernige Zellen einschließlich Stammzellen für die Zwecke von Knochenmarktransplantationen zu sammeln. Die Erfindung kann auch angewandt werden, um beispielsweise zu sammeln: periphere Stammzellen für Zellkulturen/Forschungszwecke; Monozyten für Zellkultur/Forschungszwecke und zur Behandlung von Pilzinfektionen; und Lymphozyten für Zellkultur/Forschungs zwecke.
Es ist zu beachten, daß die Platten 41 und 43 und der Behälter 45 der Kammer 13 für die Erfindung nicht kritisch sind. Wichtig ist die Durchflußbahn, die der Erfindung ermöglicht, die einkernigen Zellen einzufangen. Daher können viele andere Konstruktionen angewandt werden, um die einkernigen Zellen aus dem Erythrozyten-armen Plasma bzw. plättchenreichen Plasma zu trennen. Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung wäre eine integrale Konstruktion, in der ein Behälter oder eine andere Einrichtung eine solche Durchflußbahn bildet, wie sie von der Kammer 13 der Erfindung aufgebracht wird. Es ist auch möglich, in einer Fliehkraftvorrichtung eine 360º-Durchflußbahn zu nutzen, wobei darin eine Vielzahl von Durchflußbahnen vorgegeben ist. Eine solche Durchflußbahn würde eine kurze gebogene Bahn von einem Zulaufbereich zu einem Ablaufbereich ergeben, so daß die einkernigen Zellkomponenten in ein Reservoir ausfallen.
Beispielhaft und nicht einschränkend folgt nun ein Beispiel der Erfindung und des Verfahrens ihrer Anwendung.
Die Kammer 13, die entsprechend der gezeigten Ausführungsform nach Maßgabe der Figuren der vorliegenden Anmeldung ausgebildet ist, wird als Sammelkammer in einem Blutzellseparator CS-3000 R von Baxter Healthcare Corporation, Deerfield, I11. verwendet. Der Sammelvorgang für einkernige Zellen, der an dem Blutzellseparator CS-3000R (mit einem als geschlossenes System ausgebildeten Aphereseset) durchgeführt wird, ermöglicht das Sammeln von einkernigen Zellen mit hohem Wirkungsgrad und mit nur minimaler Kontaminierung durch Erythrozyten.
Um dieses Sammeln zu ermöglichen, wird die Tiefe in die Zellschicht vergrößert und das Intervall zwischen Sammel vorgängen von einkernigen Zellen auf ungefähr drei bis vier Minuten verkürzt. Außerdem wird das Volumen des verarbeiteten Vollbluts auf die gewünschte Menge vergrößert.
Am Ende des Sammelvorgangs wird eine maximale Menge Erythrozyten zum Spender/Patienten durch Reinfundieren rückgeführt.
Der CS-3000R wird zum Sammeln von einkernigen Zellen auf die folgenden Parameter eingestellt. VERSUCHSLAUF-PARAMETER FÜR CS-3000
39 Patienten/Spender-Versuchsläufe wurden entsprechend dem obigen Vorgehen durchgeführt. Der Wirkungsgrad des Versuchslaufs ist der Prozentsatz, der erhalten wird durch Division der Anzahl von in dem Behälter gesammelten Blutplättchen durch die Anzahl der in den Behälter während des Versuchslaufs eingeleiteten Blutplättchen. Da ein wesentliches Ziel beim Sammeln von einkernigen Zellen darin besteht, die Anzahl Blutplättchen zu minimieren, die mit diesen einkernigen Zellen gesammelt werden, resultiert ein geringerer Wirkungsgrad in einer besseren Leistung. Die Ergebnisse waren die folgenden:
Anzahl Versuchsläufe (Spender/Patienten) 39
Plättchendurchschnitt im Behälter 19 % Wirkungsgrad
Standardabweichung 8 %
niedrigste Summe Plättchen 5 % Wirkungsgrad
höchste Summe Plättchen 34 % Wirkungsgrad
Es ist zu beachten, daß nur einige Versuchsläufe an Patienten durchgeführt wurden, wohingegen andere an gesunden Spendem durchgeführt wurden. Bei Patienten besteht eine größere Wahrscheinlichkeit als bei gesunden Spendern, daß sie niedrigere Plättchen-, Erythrozyten- und/oder Leukozytenzählwerte haben.
Die Wirkungsgradzahlen können daher höher und somit die Leistung tatsächlich niedriger sein, als sie erhalten werden würde, wenn nur Patienten die Objekte der Datenerzeugung wären. Im Fall des in der obigen Tabelle angegebenen Wirkungsgrads von 34 % treten definitionsgemäß 66 % der Blutplättchen aus dem Behälter aus.
Wie oben gezeigt, hatte die Kammer 13 der Erfindung die Funktion, einkernige Zellen festzuhalten und gleichzeitig im Durchschnitt nur 19 % der in dem Plasma vorhandenen Blutplättchen einzufangen. Dabei war die höchste Plättchenanzahl in einem Versuchslauf 34 %, was zwar nicht optimal ist, jedoch als akzeptabel angesehen wird.

Claims

1. Zentrifugal-Blutzellentrenn- und -sammelvorrichtung, die aufweist: einen Zulauf (51); eine Sammelzone (63); einen Ablauf (53); und eine Durchflußbahn (65), die den Zulauf und den Ablauf miteinander verbindet und mit der genannten Zone in Fluidkommunikation ist,

dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußbahn über dem oberen Ende der Sammelzone liegt und im Gebrauch wenigstens vier verschiedene G-Kräfte auf die Vorrichtung aufgebracht werden, wobei wenigstens ein Bereich (55) einer Zulauffluidbahn (52) eine G-Kraft R3 erfährt, wenigstens ein Bereich (53) einer Ablauffluidbahn (61) eine G-Kraft R2 erfährt, wenigstens ein Bereich der Sammelzone (63) eine G-Kraft R5 erfährt und wenigstens ein Bereich der Durchflußbahn (65) zwischen dem Zulauf (51) und dem Ablauf (53) eine G-Kraft R1 erfährt, wobei

R5 > R3> R2> R1

so daß, wenn der Zulauf (51) Erythrozyten-armes Plasma empfängt, im Gebrauch einkernige Zellen von dem Plasma getrennt werden und in die Sammelzone (63) ausfallen und der Ablauf Plasma empfängt, das arm an einkernigen Zellen ist, wobei die Distanz und die Durchflußbahn (65) zwischen dem Zulauf (51) und deni Ablauf (53) so ausgebildet und angeordnet sind, daß wenigstens 66 % der in dem Plasma enthaltenen Thrombozyten veranlaßt werden, zu dem und durch den Ablauf (53) zu fließen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die einen Behälter (45) aufweist, der den Zulauf (51), den Ablauf (53) und die Zone (63) zur Aufnahme von einkernigen Zellen hat.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2, die folgendes aufweist: eine erste Platte (41), die ausgesparte Bereiche aufweist, die den Zulauf (51), den Ablauf (53) und die Zone zur Aufnahme von einkernigen Zellen umfassen, und eine im wesentlichen formsteife Platte (43) zum passenden Verbinden mit der ersten Platte, wobei der Behälter (45) biegsam ist und zwischen den Platten eingeschlossen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die eine Zulaufdurchflußbahn (52) aufweist, die einen im wesentlichen geraden Bereich (55) hat, der in einem abgeknickten Bereich (57) endet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der gerade Bereich die G-Kraft R3 erfährt und der abgeknickte Bereich (57) eine G- Kraft R4 erfährt, wobei:

R5 > R4 > R3 > R2 > R1.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei der abgeknickte Bereich (57) in einem zweiten im wesentlichen geraden Bereich (59) endet, der zu dem ersten im wesentlichen geraden Bereich (55) senkrecht ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine Ablaufbahn (61) mit einem im wesentlichen geraden Bereich aufweist.

8. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Trennen von einkernigen Zellen aus einem Erythrozytenarmen Plasma, wobei die Verwendung die folgenden Schritte aufweist:

Fließenlassen des Plasmas in den Zulauf (51) und entlang einer Zulauffluidbahn (52) unter gleichzeitigem Zentrifugieren des Plasmas, so daß das Plasma entlang der Durchflußbahn (65) über dem oberen Ende der genannten Zone (63) fließt, so daß wenigstens 66 % der Thrombozyten in dem Plasma am Ausfallen gehindert werden, aber einkernige Zellen in die Sammelzone (63) ausfallen und Plasma, das arm an einkernigen Zellen ist, entlang einer Ablaufdurchflußbahn (61) und durch den Ablauf (53) fließt.