ES2220778T3 - Aparato y metodos de crioconservacion. - Google Patents

Aparato y metodos de crioconservacion.

Info

Publication number
ES2220778T3
ES2220778T3 ES01942276T ES01942276T ES2220778T3 ES 2220778 T3 ES2220778 T3 ES 2220778T3 ES 01942276 T ES01942276 T ES 01942276T ES 01942276 T ES01942276 T ES 01942276T ES 2220778 T3 ES2220778 T3 ES 2220778T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
cryopreservation
vial
product
biopharmaceuticals
biopharmaceutical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
ES01942276T
Other languages
English (en)
Inventor
Richard Wisniewski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sartorius Stedim Freeze Thaw Inc
Original Assignee
Integrated Biosystems Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Integrated Biosystems Inc filed Critical Integrated Biosystems Inc
Application granted granted Critical
Publication of ES2220778T3 publication Critical patent/ES2220778T3/es
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23G—COCOA; COCOA PRODUCTS, e.g. CHOCOLATE; SUBSTITUTES FOR COCOA OR COCOA PRODUCTS; CONFECTIONERY; CHEWING GUM; ICE-CREAM; PREPARATION THEREOF
    • A23G9/00—Frozen sweets, e.g. ice confectionery, ice-cream; Mixtures therefor
    • A23G9/04—Production of frozen sweets, e.g. ice-cream
    • A23G9/06—Production of frozen sweets, e.g. ice-cream characterised by using carbon dioxide or carbon dioxide snow or other cryogenic agents as cooling medium
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N1/00—Preservation of bodies of humans or animals, or parts thereof
    • A01N1/02—Preservation of living parts
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N1/00—Preservation of bodies of humans or animals, or parts thereof
    • A01N1/02—Preservation of living parts
    • A01N1/0236—Mechanical aspects
    • A01N1/0242—Apparatuses, i.e. devices used in the process of preservation of living parts, such as pumps, refrigeration devices or any other devices featuring moving parts and/or temperature controlling components
    • A01N1/0252—Temperature controlling refrigerating apparatus, i.e. devices used to actively control the temperature of a designated internal volume, e.g. refrigerators, freeze-drying apparatus or liquid nitrogen baths
    • A01N1/0257—Stationary or portable vessels generating cryogenic temperatures
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N1/00—Preservation of bodies of humans or animals, or parts thereof
    • A01N1/02—Preservation of living parts
    • A01N1/0236—Mechanical aspects
    • A01N1/0263—Non-refrigerated containers specially adapted for transporting or storing living parts whilst preserving, e.g. cool boxes, blood bags or "straws" for cryopreservation
    • A01N1/0268—Carriers for immersion in cryogenic fluid, both for slow-freezing and vitrification, e.g. open or closed "straws" for embryos, oocytes or semen
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L3/00—Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs
    • A23L3/36—Freezing; Subsequent thawing; Cooling
    • A23L3/363—Freezing; Subsequent thawing; Cooling the materials not being transported through or in the apparatus with or without shaping, e.g. in form of powder, granules, or flakes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A23—FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
    • A23L3/00—Preservation of foods or foodstuffs, in general, e.g. pasteurising, sterilising, specially adapted for foods or foodstuffs
    • A23L3/36—Freezing; Subsequent thawing; Cooling
    • A23L3/37—Freezing; Subsequent thawing; Cooling with addition of or treatment with chemicals
    • A23L3/375—Freezing; Subsequent thawing; Cooling with addition of or treatment with chemicals with direct contact between the food and the chemical, e.g. liquid nitrogen, at cryogenic temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/04—Preserving or maintaining viable microorganisms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D3/00—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies
    • F25D3/10—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air
    • F25D3/11—Devices using other cold materials; Devices using cold-storage bodies using liquefied gases, e.g. liquid air with conveyors carrying articles to be cooled through the cooling space

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nutrition Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Medical Preparation Storing Or Oral Administration Devices (AREA)
  • Packages (AREA)
  • Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)

Abstract

Un sistema de crioconservación de productos biofarmacéuticos para crioconservar un producto biofarmacéutico, que comprende un compartimento de crioconservación; un fluido de crioconservación localizado en el interior del compartimento de crioconservación; y un vial de crioconservación de productos biofarmacéuticos localizado en el interior del compartimento de crioconservación, y comprendiendo el vial de crioconservación de productos biofarmacéuticos un cuerpo que comprende una sección transversal oblonga tomada horizontalmente entre la parte superior y el fondo del vial y que define extremos proximal y distal del cuerpo, y al menos una estructura de nucleación, acoplada al menos a un extremo distal del cuerpo, estando en contacto la al menos una estructura de nucleación con el fluido de crioconservación, y comprendiendo el cuerpo un material criogénicamente estable que es compatible con los productos biofarmacéuticos.

Description

Aparato y métodos de crioconservación.
Esta invención se refiere a métodos y a un aparato de conservación criogénica de un producto biofarmacéutico, más particularmente, esta invención se refiere a la conservación criogénica de un producto biofarmacéutico usando un aparato y métodos de crioconservación.
Descripción de la técnica relacionada
La crioconservación y el crioprocesado de productos biofarmacéuticos son importantes en la fabricación, uso y venta de estos productos. Sin embargo, para procesar muchos de estos productos, la crioconservación o el crioprocesado deben realizarse uniformemente y de una manera controlada o puede perderse la calidad y el valor del producto. Por ejemplo, cuando se procesan células para su crioconservación, si las células se congelan demasiado rápidamente con un contenido de agua demasiado alto, las células pueden desarrollar cristales de hielo intracelulares. Como resultado, las células pueden romperse y/o volverse inviables. Otro ejemplo es la congelación de soluciones de proteínas que se formulan para uso farmacéutico. De manera ideal, la congelación de estas soluciones es uniforme en todo el volumen congelado. La uniformidad del volumen congelado tiende a proporcionar, por todo el volumen congelado, concentraciones similares de solutos, patrones similares de cristales de hielo, y estados vítreos similares de la matriz congelada (uniformidad del nivel de humedad atrapada, de la temperatura de transición vítrea o la proporción volumétrica local de vidrio-hielo y de la composición vítrea). Estas características son deseables para conseguir atributos uniformes del producto en todo el volumen, y reducir la pérdida de producto. Es deseable mantener unas condiciones de congelación similares independientemente del volumen de congelación. La reproducibilidad de la congelación en muestras grandes y pequeñas permite procesos de aumento a escala y ensayos de pequeñas muestras de producto en condiciones de congelación que posteriormente pueden encontrarse en la congelación de grandes volúmenes de productos biofarmacéuticos.
La crioconservación y el crioprocesado en grandes volúmenes es especialmente deseable con respecto a los productos biofarmacéuticos. Por ejemplo, el procesado a gran escala puede ser útil en la fabricación de productos biofarmacéuticos. Dicho procesado a gran escala se describe en la Patente de Estados Unidos Nº 5.964.100 y en las Patentes Nº WO-A-9834073 y US-A-6079215. Sin embargo, durante el desarrollo de procesos para la fabricación de los productos biofarmacéuticos, los investigadores pueden no tener a mano un lote del producto biofarmacéutico. Esto dificulta el desarrollo y la optimización del proceso; simplemente no se dispone de suficiente producto en esta etapa para llenar un recipiente con un volumen de decenas o cientos de litros. Por lo tanto, se necesitan tecnologías de "reducción de escala" para simular la congelación y descongelación (es decir, crioconservación) a gran escala, por ejemplo a escala de producción, en volúmenes muy pequeños, por ejemplo a escala de laboratorio.
Una solución es tratar de simular la crioconservación o el crioprocesado a gran escala usando recipientes de pequeño volumen. Sin embargo, el inventor ha descubierto un problema con la congelación de pequeños volúmenes que comprenden productos biofarmacéuticos. Con enfriamiento externo, un pequeño volumen de medio que comprende un producto biofarmacéutico se superenfría en primer lugar en forma de líquido (alcanza un desequilibrio termodinámico) y después solidifica rápidamente. La temperatura primero cae para alcanzar un estado de superenfriamiento en un líquido (el superenfriamiento tiene lugar en un volumen completo de líquido). Entonces, después de que se formen cristales seminales, el pequeño volumen solidifica rápidamente tomando el calor de solidificación. De esta manera, el pequeño volumen se calienta rápidamente hasta la temperatura de solidificación (a este nivel resulta una corta meseta seguida de una disminución de la temperatura (el pequeño volumen solidificado se enfría por enfriamiento externo).
Durante la rápida solidificación del pequeño volumen superenfriado, todo el pequeño volumen podría solidificar rápidamente, "apareciendo" cristales de hielo en el interior (y a través) del volumen de solidificación. Típicamente, dichos cristales aparecen en los puntos más fríos de la superficie interna del pequeño volumen. Dicho crecimiento cristalino rápido puede ser perjudicial para el producto biofarmacéutico. Esto ocurre particularmente si el crecimiento rápido produce cristales muy finos, lo cual da como resultado una gran área interfacial producto biofarmacéutico-hielo, etc. Además, el efecto de superenfriamiento es más pronunciado en volúmenes más pequeños que en volúmenes mayores. Por lo tanto, dichos volúmenes pequeños no pueden modelar con precisión la crioconservación y el crioprocesado de volúmenes mayores de productos biofarmacéuticos.
En consecuencia, hay una necesidad de métodos y aparatos para la crioconservación y el crioprocesado de productos biofarmacéuticos que resuelva las deficiencias indicadas anteriormente. La Patente de Estados Unidos Nº 5.059.399 describe un vial para contener una muestra biológica durante un procedimiento de congelación criogénica. El vial incluye un recipiente que tiene una pared de un material que tiene un coeficiente predeterminado de conductividad térmica K_{1} que define una cavidad interna receptora de la muestra, y una punta que se extiende hasta las proximidades de la cavidad interna desde el exterior del recipiente. La punta tiene un coeficiente de conductividad térmica K_{2} substancialmente mayor que K_{1}, y define una trayectoria de conductividad térmica en aumento desde el interior al exterior del recipiente para enfriar una muestra que se tiene en su interior.
La Patente de Estados Unidos Nº 4.799.358 describe un aparato para enfriar y congelar profundamente muestras de material biológico. La zona de enfriamiento, que contiene los recipientes de plástico cerrados con las muestras, se incluye entre dos elementos de enfriamiento paralelos estratificados de tipo placa.
La solicitud de Patente Europea Nº 0 642 828 A1 describe una disposición desechable de recipientes de reacción de igual forma y dimensiones para realizar ciclos de temperatura de una mezcla de fluido contenida en los recipientes de reacción, donde cada recipiente de reacción tiene una primera área de pared formada cónicamente y una segunda área de pared formada cilíndricamente que forma la abertura del recipiente de reacción por un extremo, donde el espesor de la pared de la primera área de pared es menor que el espesor de la pared de la segunda área de pared, y donde la abertura del recipiente de reacción puede acomodar un cierre capaz de cerrar herméticamente a gases el recipiente de reacción cuando dicho cierre se pone sobre la abertura del recipiente de reacción.
Sumario de la invención
En un aspecto, la invención se refiere a un sistema de crioconservación de un producto biofarmacéutico, para crioconservar un producto biofarmacéutico, que comprende un compartimento de crioconservación; un fluido de crioconservación localizado dentro del compartimento de crioconservación; y un vial de crioconservación del producto biofarmacéutico localizado dentro del compartimento de crioconservación y rodeado por el fluido de crioconservación, comprendiendo el vial de crioconservación del producto biofarmacéutico un cuerpo que comprende una sección transversal oblonga considerada horizontalmente entre la parte superior y el fondo del vial que define extremos proximal y distal del cuerpo, y al menos una estructura de nucleación, acoplada al menos a un extremo distal del cuerpo, estando en contacto la al menos una estructura de nucleación con el fluido de crioconservación y comprendiendo el cuerpo un material criogénicamente estable que es compatible con productos biofarmacéuticos.
En otro aspecto, la invención se refiere a un método de crioconservación de productos biofarmacéuticos que comprende proporcionar un compartimento de crioconservación; localizar un vial de crioconservación de un producto biofarmacéutico en el compartimento de crioconservación, donde el vial de crioconservación del producto biofarmacéutico comprende un cuerpo que comprende una sección transversal oblonga tomada horizontalmente entre la parte superior y el fondo del vial que define extremos proximal y distal del cuerpo, y al menos una estructura de nucleación acoplada al menos a un extremo distal del cuerpo, y comprendiendo el cuerpo un material criogénicamente estable que es compatible con productos biofarmacéuticos; poner un fluido de crioconservación en un espacio fuera del vial de crioconservación pero en el interior del compartimento de crioconservación; y retirar calor del compartimento de crioconservación, congelando de esta manera el fluido de crioconservación.
En otro aspecto más, la invención se refiere a un vial de crioconservación de un producto biofarmacéutico que comprende un cuerpo que comprende una sección transversal oblonga tomada horizontalmente entre la parte superior y el fondo del vial y que define extremos proximal y distal del cuerpo, al menos una estructura de nucleación, acoplada con al menos un extremo distal del cuerpo, y comprendiendo el cuerpo un material criogénicamente estable que es compatible con productos biofarmacéuticos.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra una vista en sección transversal de un sistema de crioconservación de acuerdo con la invención.
Las figuras 2A-D muestran una vista en sección transversal de viales de crioconservación de acuerdo con la invención.
Las figuras 3A-C muestran vistas en sección transversal y en alzado de viales de crioconservación de acuerdo con la invención.
Las figuras 4A-V muestran vistas en sección transversal de estructuras de nucleación de acuerdo con la invención.
Las figuras 5A-H muestran vistas en sección transversal de puntas directoras del vial de acuerdo con la invención.
Las figuras 6A-E muestran vistas en sección transversal de puntas deflectoras del vial de acuerdo con la invención.
Las figuras 7A-D muestran vistas en sección transversal y en alzado de viales de crioconservación de acuerdo con la invención.
Las figuras 8A-B muestran una vista de un alojamiento para el vial de crioconservación de acuerdo con la invención.
La figura 9 muestra una vista en sección transversal de un sistema de crioconservación de acuerdo con la invención.
La figura 10 muestra una vista en sección transversal de un sistema de crioconservación de acuerdo con la invención.
Descripción detallada de la invención
El inventor ha descubierto inesperadamente que los problemas de la técnica indicados anteriormente pueden resolverse usando un vial de crioconservación de un producto biofarmacéutico compuesto por un cuerpo que comprende un material criogénicamente estable que es compatible con productos biofarmacéuticos, comprendiendo el cuerpo una sección transversal oblonga tomada horizontalmente entre la parte superior y el fondo del vial y estructuras de nucleación de cristales de hielo localizadas en extremos opuestos de la sección transversal oblonga.
Típicamente, como se muestra en la figura 1, el vial de crioconservación 102 de productos biofarmacéuticos de la invención se pone en el interior del sistema de crioconservación 100 del producto biofarmacéutico de la invención. Durante el funcionamiento, un frente de congelación 106 en el compartimento de crioconservación 112, definiéndose el frente de congelación 106 por la congelación del fluido de crioconservación en el interior del compartimento de crioconservación 112, se aproxima a una estructura final de nucleación 114 del vial de crioconservación 102. A medida que progresa el frente de congelación 106, la temperatura de la pared de la estructura de nucleación 114 cae por debajo de 0ºC, por ejemplo por debajo de la temperatura de solidificación de la solución acuosa. Esto se debe a que hay un gradiente de temperatura en el frente sólido (reduciéndose la temperatura desde la interfaz líquido-sólido hacia la pared enfriada 104 del compartimento de crioconservación). Como consecuencia, la estructura de nucleación 114 se embebe superficialmente en el frente sólido 106.
La sección transversal oblonga del cuerpo del vial de crioconservación reduce o evita el superenfriamiento del medio en el vial de crioconservación cuando un eje longitudinal de la sección transversal oblonga se orienta formando un ángulo con respecto al frente sólido. Dicha orientación tiende a asegurar que el área superficial de transferencia de calor entre el vial y el líquido del fluido de crioconservación (esta fase líquida permanece próxima a 0ºC), es mayor durante el proceso inicial de congelación que el área superficial de transferencia de calor entre el vial y el fluido de crioconservación congelado. Como resultado, el medio que comprende el producto biofarmacéutico permanece próximo a 0ºC (por ejemplo, la temperatura de la fase líquida externa) y su temperatura sólo se reduce cerca de la estructura de nucleación (esta pared se enfría por el frente sólido exterior embebido). Esta zona de caída local de la temperatura ocupa una zona 108 del volumen del producto interno del vial de crioconservación.
Sin el deseo de limitarse por un mecanismo de acción particular, como dicho conocimiento puede no ser necesario para la realización práctica de la invención, parece ser que la formación de cristales de hielo en el interior del vial de crioconservación se potencia con la presencia de una estructura de nucleación que permite la formación de grupos de moléculas del medio relativamente inmóviles, preferiblemente moléculas de agua, a escala macroscópica. Esto puede conseguirse utilizando una estructura de nucleación para inmovilizar la capa límite del producto biofarmacéutico líquido cerca de las paredes interiores del vial de crioconservación, reduciendo de esta manera o eliminando los efectos de convección. Adicionalmente, la estructura de nucleación actúa reduciendo la temperatura local de los grupos relativamente inmóviles de grupos de moléculas del medio.
La figura 1 ilustra adicionalmente cómo la estructura de nucleación de la invención puede conseguir estos objetivos.
Se forma un gradiente de temperatura en la zona 108 (en fase líquida) que conduce al superenfriamiento localizado en el interior o cerca de la estructura de nucleación 114. La cantidad de producto biofarmacéutico a granel afectado por el superenfriamiento en el volumen total del vial de crioconservación se reduce significativamente en comparación con recipientes que carecen de una estructura de nucleación; preferiblemente, la cantidad de producto a granel afectado de esta manera se limita substancialmente al producto farmacéutico localizado en y alrededor de la estructura de nucleación. De hecho, las lecturas de temperatura global en el vial de crioconservación no muestran evidencias de efectos de superenfriamiento. Como consecuencia, la temperatura del líquido en el vial de crioconservación permanece próxima a 0ºC, similar a la temperatura del fluido de crioconservación circundante contenido en el interior del compartimiento de crioconservación.
El gradiente de temperatura promueve la formación cristales de hielo en la pared enfriada y su crecimiento en forma de dendritas. El frente dendrítico se forma en el interior del vial de crioconservación y su posición se iguala con la posición del frente de solidificación fuera del vial de crioconservación. Después, los dos frentes se mueven juntos a lo largo del vial de crioconservación hasta que se alcanza el final del vial de crioconservación (todo el producto dentro del vial se solidifica). El vial de crioconservación puede colocarse entre dos frentes sólidos que se aproximan, teniendo lugar la congelación en el vial de crioconservación a partir de más de una estructura de nucleación y continuando hasta un punto central del vial de crioconservación. Los frentes de solidificación pueden encontrarse en puntos centrales fuera y dentro del módulo. De tal manera, el sistema de crioconservación de la invención puede modelar la congelación en un volumen grande de líquido usando muy poco producto.
Para el vial de crioconservación de acuerdo con la invención son adecuadas diversas geometrías de sección transversal diferentes. Las figuras 2A-D muestran diversas realizaciones de viales de crioconservación de acuerdo con la invención, incluyendo la pared del compartimento de crioconservación 202; el frente de congelación 204; y viales de crioconservación 208, 210, 212 y 214 que comprenden estructuras de nucleación 218, 220, 222, 224, 226 y 228. En estas realizaciones, cada uno de los viales de crioconservación 208, 210, 212 y 214 se embeben en el frente de congelación 204, que se está generando por los efectos de enfriamiento de la pared del compartimento de crioconservación 202. Las estructuras de nucleación 218, 220, 222, 224, 226 y 228 sirven para iniciar el superenfriamiento localizado de acuerdo con la invención.
En la práctica de esta realización pueden ser útiles viales de crioconservación que tienen geometrías de sección transversal que comprenden más de una estructura de nucleación. Se pueden utilizar múltiples estructuras de nucleación o múltiples puntos en los que las paredes de los viales están en proximidad local, para aumentar la velocidad del proceso de congelación en el interior del vial crioconservación. En una realización preferida, el número de estructuras de nucleación presentes en un vial de crioconservación de acuerdo con la invención puede variar de uno a aproximadamente cien, más preferiblemente de aproximadamente dos a aproximadamente diez. Por ejemplo, se pueden usar las geometrías mostradas en las figuras 2A-D. En la figura 3A se muestra una ilustración de esto. El vial de crioconservación 300 tiene una sección transversal similar a la del vial de crioconservación 210, con estructuras de nucleación 302 y 304 embebidas en frentes de congelación 306 y 308 que están avanzando en las direcciones dadas por las flechas 310 y 312. Como se muestra en la figura 3B, la longitud de la realización particular ilustrada para el vial de crioconservación 300 en general es mayor que la anchura. Además, el ángulo alfa interior, que es el ángulo formado por la estructura de nucleación 302, preferiblemente es menor de aproximadamente 90 grados. La figura 3C muestra un alzado isométrico del vial de crioconservación 300, que tiene la sección transversal ilustrada en las figuras 3A-B.
El cuerpo del que está compuesto el vial de crioconservación de la invención debe tener una sección transversal oblonga tomada horizontalmente entre la parte superior y el fondo del vial, por ejemplo, las longitudes de los ejes del cuerpo deben diferir significativamente, definiendo así un extremo distal y proximal. El extremo distal dista de un punto central del vial de crioconservación (por ejemplo, los extremos de un óvalo o los puntos de una "estrella"). La forma oblonga del cuerpo produce una gran área superficial de pared frente al volumen interior del vial de crioconservación. Este área superficial se utiliza para la transferencia de calor que mantiene la temperatura del líquido interior estacionaria y próxima a la temperatura del líquido exterior (no hay superenfriamiento del líquido interior). La proporción de longitudes de los ejes está preferiblemente dentro del intervalo de aproximadamente 1,3:1 a aproximadamente 450:1, más preferiblemente de aproximadamente 8:1 a aproximadamente 26:1. Las distancias entre las paredes interiores a lo largo de los ejes más largos preferiblemente varían de aproximadamente 0,1 mm a aproximadamente 500 mm, más preferiblemente de aproximadamente 5 mm a aproximadamente 35 mm. La proporción de longitudes entre la estructura de nucleación y el eje largo del vial de crioconservación preferiblemente varía de aproximadamente 1:1 (por ejemplo, un vial de forma triangular) pasando por aproximadamente 1:2 (por ejemplo, en forma de diamante) a aproximadamente 1:500.000 (por ejemplo, ondulaciones finas en la pared del extremo del vial). Un intervalo más preferido de esta proporción es de aproximadamente 1:2 a aproximadamente 1:800.
Las estructuras de nucleación de acuerdo con la invención pueden tener diversas formas. En general, las estructuras de nucleación de la invención se acoplan al menos a un extremo distal del cuerpo. Por ejemplo, las estructuras de nucleación se pueden configurar en una extensión convexa del cuerpo, que puede orientarse preferiblemente para enfrentarse a un frente sólido entrante. Las extensiones pueden tener diversas formas. Por ejemplo, las estructuras de nucleación pueden estar en forma de ranuras estrechas sencillas o múltiples, preferiblemente con esquinas convexas. Estas esquinas pueden tener diversos ángulos, preferiblemente de aproximadamente 0,01 grados a aproximadamente 90 grados, más preferiblemente de aproximadamente cinco a aproximadamente cuarenta grados. En una realización preferida, un principio de diseño de la estructura de nucleación es crear un punto de proximidad local (hasta e incluyendo un punto de contacto, donde las dos superficies que se encuentran describen un ángulo substancialmente agudo en el punto de contacto), donde aún hay algo de medio que puede superenfriarse localmente sin inducir el superenfriamiento de todo el volumen del medio en el vial de crioconservación.
En ciertas realizaciones, las estructuras de nucleación se pueden configurar de manera que las paredes interiores de las estructuras de nucleación se sitúen en proximidad local en la cavidad de la punta. En una realización preferida, la estructura de nucleación comprende uno o más puntos de proximidad local, más preferiblemente dos o más puntos de proximidad local. Dichas áreas de proximidad local pueden convertirse en una fuente de núcleos de hielo con un superenfriamiento local relativamente muy pequeño en el líquido circundante, mientras que el resto del medio no se superenfría, por ejemplo, el superenfriamiento puede tener lugar sólo en la estructura de nucleación del vial de crioconservación; más precisamente, el superenfriamiento puede concentrarse cerca del punto de proximidad local. Los puntos de proximidad local pueden crearse formando los lados internos de la pared del vial en extensiones (boquillas) localizadas enfrentadas entre sí, preferiblemente con las puntas de su superficie interna separadas una distancia de aproximadamente 0,001 mm a aproximadamente 5,0 mm, más preferiblemente de aproximadamente 0,04 mm a aproximadamente 0,5 mm. En una realización preferida, las paredes pueden estar separadas por una distancia tan pequeña que, dada cualquier flexión de las paredes del vial de crioconservación durante el embebido de la estructura de nucleación en el frente sólido, las paredes en proximidad local se mueven y contactan entre sí.
La conducción de calor a través de las paredes hará que estas boquillas sean puntos fríos y la proximidad de sus puntas causaría la formación de una zona microscópica superenfriada localmente entre las puntas. Esta zona se convierte en un sitio de nucleación para los primeros cristales de hielo. Tras la formación de estos primeros cristales de hielo, la estructura de nucleación se llena con cristales de hielo que continúan creciendo y siguen el gradiente de temperatura formado entre una porción distal del cuerpo y el resto del volumen del vial. Los cristales de hielo forman un frente de cristal dendrítico que se mueve junto con el frente de cristal dendrítico fuera del vial de crioconservación (estando embebido el vial en material que solidifica externamente).
En las figuras 4A-V se muestran geometrías ejemplares para estructuras de nucleación que tienen puntos de proximidad local. Las figuras 4A-K, M y P muestran estructuras de nucleación de la invención acopladas por separado a extremos distales de un cuerpo del que está compuesto el vial de crioconservación. En las figuras 4A-K, las estructuras de nucleación poseen al menos un punto de proximidad local. En una realización preferida, tal como la mostrada en la figura 4F, la estructura de nucleación comprende dos o más puntos de proximidad local. En diversas realizaciones del detalle de la punta, la ondulación y las boquillas pueden formar puntos de contacto individuales o múltiples, por ejemplo, dos boquillas localizadas cerca de la punta del extremo del cartucho para formar la primera zona de nucleación, como se muestra en las figuras 4L-N. En las figuras 4N-O y 4Q-V se muestran diversas realizaciones de estructuras de nucleación múltiples acopladas a cuerpos individuales.
Puede haber una considerable variedad en cómo se construyen las estructuras de nucleación sobre el cuerpo. Por ejemplo, la superficie externa de la estructura de nucleación se puede extender mediante ondulaciones, aletas, etc., para aumentar la transferencia de calor entre la estructura de nucleación y el fluido de crioconservación que solidifica en el exterior.
El vial de crioconservación de la invención se diseña para proporcionar las condiciones adecuadas para ensayar productos biofarmacéuticos. Se puede esterilizar (usando vapor u otras técnicas convencionales) y durante el ensayo puede permanecer cerrado herméticamente (se pueden mantener condiciones asépticas), previniendo de esta manera la degradación del producto biológico, por ejemplo por proteasas o contaminación.
El material criogénicamente estable es compatible con productos biofarmacéuticos y tiene compatibilidad con el fluido de crioconservación en estado líquido y congelado. Las características importantes que influyen en la compatibilidad del material criogénicamente estable con los productos biofarmacéuticos incluyen, por ejemplo, ausencia de lixiviación de compuestos biotóxicos, biodegradación mínima, interacciones superficiales mínimas con productos a nivel molecular (ejemplo: formación de enlaces de hidrógeno, adsorción molecular), microscópico (ejemplo: favorecimiento de la unión por adsorción debido a la rugosidad superficial) y macroscópico (ejemplo: grietas, acumulación de material biológico) y resistencia química (a agentes de limpieza, tampones en solución, etc.). La ausencia o ausencia substancial de ciertos componentes (tales como cobre o metales pesados) es preferible para prevenir la desnaturalización o quelado de la molécula biológica.
Se pueden usar diversos polímeros como material criogénicamente estable tales como politetrafluoroetileno, poliestireno, polietileno o polipropileno. En una realización preferida, se pueden aplicar tratamientos superficiales a una superficie del vial de crioconservación del producto biofarmacéutico, por ejemplo para reducir la adsorción de moléculas biológicas o células (por ejemplo, se puede aplicar tratamiento con plasma RF a la superficie del vial). Los recubrimientos hidrófilos pueden reducir significativamente la adsorción del producto biofarmacéutico y la desnaturalización sobre la superficie del vial.
El vial de crioconservación de la invención tiene un espesor de pared (distinto del de la estructura de nucleación, que puede tener un espesor de pared diferente) que tiene un límite inferior determinado por la resistencia estructural y la integridad del vial (por ejemplo, una película polimérica que tiene una resistencia estructural funcionalmente adecuada e integridad del vial). Preferiblemente, este espesor debe ser de al menos aproximadamente 0,001 mm, más preferiblemente de al menos aproximadamente 0,05 mm. El máximo espesor de la pared del vial no está necesariamente limitado; preferiblemente, el máximo espesor de la pared del vial puede ser de aproximadamente 150 mm, más preferiblemente de aproximadamente 30 mm. Una proporción entre el espesor de la pared del vial y la anchura interna del vial puede variar de aproximadamente 20:1 a aproximadamente 1:500.000, preferiblemente de aproximadamente 5:1 a aproximadamente 1:50.000. El espesor de las paredes de las estructuras de nucleación puede ser menor, igual o mayor que el espesor del resto de las paredes del vial, como se ha indicado anteriormente. Si la conductividad térmica del material del vial es menor que la del medio congelado y/o del fluido de crioconservación, entonces son preferibles paredes más delgadas de las estructuras de nucleación; igualmente, cuando conductividad térmica del material de la pared es mayor que la del medio congelado y/o el fluido de crioconservación, entonces se pueden aplicar paredes más gruesas.
Además de la biocompatibilidad, resistencia mecánica y resistencia química, el material del vial preferiblemente posee ciertas propiedades relacionadas con su aplicación para los procesos de congelación y descongelación. La conductividad térmica y/o el calor específico del vial de crioconservación se seleccionan preferiblemente para que sean substancialmente similares a los del medio congelado que comprende el producto biofarmacéutico y/o el fluido de crioconservación. A menudo, el fluido de crioconservación comprende principalmente agua, de tal manera que el fluido de crioconservación congelado tiene propiedades similares a las del hielo (la conductividad térmica del hielo es de aproximadamente 2,25 [W/m K] a 0ºC y 3,94 [W/mK] a -95ºC; el calor específico del hielo es 2,261 y 1,172 [kJ/kg K] respectivamente).
Los calores específicos preferidos para los ejemplos de materiales criogénicamente estables adecuados incluyen (todos en [kJ/kg K]) los siguientes: polietileno (a 200 K): 1,11; polipropileno (a 200 K): 1,132; poliestireno (a 300 K): 1,223; politetrafluoroetileno (a 200 K): 0,6893; Nylon-66 (a 230 K): 1,139. Las conductividades térmicas preferidas para materiales criogénicamente estables adecuados incluyen (todas en [W/m K]): Nylon-12: 0,25; Nylon-6 (moldeos): 0,24; Nylon-6,12): 0,22; policarbonato: 0,20; poliéster (vaciado): 0,17; PEEK: 0,25; PET: 0,15; PVC (rígido): 0,21; Teflón: 0,25. El material de pared de acero inoxidable para el vial tiene una conductividad térmica de aproximadamente 16 [W/m K]. Se pueden usar materiales compuestos, vidrios, cerámicos y metales y sus aleaciones como material criogénicamente estable.
En una realización de la invención, la conductividad térmica de las paredes del vial preferiblemente no es substancialmente mayor que la del producto biofarmacéutico y la del fluido de crioconservación. Si la conductividad térmica de las paredes del vial es mayor, las paredes laterales pueden actuar como aletas conductoras del calor haciendo que tenga lugar la congelación en el lado de las paredes por delante de los frentes de congelación en el medio y en el fluido de crioconservación. Dicho "efecto de aleta" promoverá la tracción del frente sólido interior hacia el interior del vial. Esto hace que sean menos deseables el acero inoxidable y los metales para las paredes laterales del vial en ciertas aplicaciones.
Las puntas del vial de crioconservación, que comprenden la estructura de nucleación y una porción de la pared del vial de crioconservación en proximidad con la estructura de nucleación, se pueden fabricar con el mismo material que las paredes laterales o se pueden fabricar con un material de mayor conductividad térmica (por ejemplo, similar a la del producto congelado y a la del fluido o superior). Si las puntas del vial poseen una conductividad térmica similar a la del medio congelado y el fluido de crioconservación, el flujo de calor puede fluir más suavemente a través de las puntas del vial. Dicha disposición promueve la congelación del medio que comprende el producto farmacéutico con un efecto mínimo sobre la pared, es decir, una congelación del medio substancialmente a las mismas velocidades que el fluido de crioconservación. Las puntas del vial se pueden fabricar, por ejemplo, con metales (tales como acero inoxidable o titanio) o se pueden fabricar con materiales compuestos o polímeros con cargas (tales como epoxi cargado con polvo de acero inoxidable, epoxi cargado con polvo de aluminio o PET cargado con fibra de grafito).
El uso de un material de baja conductividad térmica en las puntas del vial puede crear algún aumento de resistencia térmica en la pared del vial en comparación con el fluido de crioconservación congelado, lo cual impacta con el crecimiento del frente sólido en el interior del vial de crioconservación. La configuración de la punta del vial no sólo facilita la nucleación de cristales de hielo, sino que también puede dirigir el flujo de calor sobre la pared del extremo del vial desde el fluido de congelación externo para equilibrar la conductividad térmica inferior de la pared del vial. Además, las puntas se pueden configurar para desviar el flujo de calor de las superficies de enfriamiento, si se desea. De esta manera, la configuración de la punta del vial se puede ajustar para compensar parcial o substancialmente las diferencias de conductividad térmica en el fluido de crioconservación, la pared del vial de crioconservación, las puntas del vial de crioconservación, las estructuras de nucleación y los medios que comprenden el producto biofarmacéutico.
En las figuras 5A-I se muestran ejemplos de puntas directoras de vial, que sirven para dirigir el flujo de calor (preferiblemente en las estructuras de nucleación). Las figuras 5A-B muestran puntas directoras del vial que comprenden aletas externas de transferencia de calor que describen un radio (FIG. 5A) o un ángulo (FIG. 5B) que es mayor que un ángulo interno formado por las paredes internas del vial de crioconservación. La diferencia entre el radio o el ángulo externo y el ángulo interno sirve para dirigir el flujo de calor. La figura 5C muestra una punta directora de vial donde una porción de la pared de la punta tiene una conductividad térmica mayor o igual a la del fluido de crioconservación circundante. Esta configuración da como resultado la dirección del flujo de calor. La realización mostrada en la figura 5D tiene una estructura similar a la de la realización mostrada en la figura 5C, con la excepción de que se introduce una pequeña grieta o espacio en la punta del vial, comunicándose la grieta con el espacio interno del vial de crioconservación. El flujo de calor se dirige cuando los espesores de la pared de la punta 502 y 504 son mayores que los espesores de la punta 506. La figura 5E muestra otra configuración en la que se usan aletas externas de transferencia de calor para dirigir el flujo de calor. La figura 5F muestra una configuración en la que la que se usan aletas internas de transferencia de calor para dirigir el flujo de calor. Las figuras 5G-H ilustran cómo las aletas externas de transferencia de calor pueden servir para dirigir el flujo de calor. El frente sólido 508 que se aproxima se mueve a una velocidad definida. Sin embargo, entre las aletas de dirección, los frentes 510 y 512 se mueven más rápido que el frente sólido 508, lo que dirige al flujo de calor. La figura 5I muestra cómo las aletas de dirección externas e internas se pueden combinar en una sola punta directora de vial.
Se pueden usar aletas externas para desviar el flujo de calor, además de su papel de dirección potencial, como se ha analizado anteriormente. En las figuras 6A-E se muestran ejemplos de puntas deflectoras de vial que sirven para desviar el flujo de calor. En las figuras 6A-E, las puntas deflectoras del vial describen aletas externas de transferencia de calor que se enfrentan con el frente sólido 602 que se aproxima y hacia afuera del vial de crioconservación. Esta configuración sirve para desviar el flujo de calor asociado con el frente sólido 602 del resto del vial de crioconservación al que están acopladas las aletas de desviación del vial.
Como se muestra en la figura 7A, en una realización preferida, el vial de crioconservación 700 puede tener un borde 702 alrededor del extremo del fondo para atrapar una bolsa de aire cuando se sumerge inicialmente en dirección descendente en el fluido de crioconservación. Esta característica tiende a reducir la transferencia de calor del fondo hacia arriba. La bolsa de aire puede facilitar también la retirada hacia arriba del vial de crioconservación, ya que el fondo es menos adherente a la masa solidificada por debajo de él en el transcurso del proceso de congelación. Las figuras 7B-C muestran otra realización preferida, en la que la retirada del vial de crioconservación 704 del fluido de crioconservación congelado puede facilitarse mediante una forma ahusada del vial - por ejemplo, una sección transversal que se ensancha en la dirección de retirada deseada. Este estrechamiento puede observarse en la figura 7B, que es una representación en alzado lateral del vial de crioconservación 704, que muestra la distancia 706 de la sección transversal al fondo que es menor que la distancia 708 de la sección transversal a la parte superior. La figura 7C muestra una sección transversal del vial de crioconservación 704, que ilustra la forma ahusada, y que muestra la localización del medio 710 y del fluido de crioconservación 712. El vial de crioconservación de la figura 7D ilustra la combinación de la realización del borde y de la realización de la forma ahusada en el vial de crioconservación 716. El vial de crioconservación 716 contiene el medio 718 y está localizado en el fluido de crioconservación 720. El borde 702 describe una bolsa de aire 714, con la función descrita anteriormente.
En algunas realizaciones de la presente invención, el vial de crioconservación se puede retirar del material externo congelado e incluso reinsertarse después de muestrear parte del medio congelado que comprende el producto biofarmacéutico. En tales realizaciones, el vial de crioconservación se puede conformar usando las formas ahusadas descritas anteriormente y/o un tratamiento superficial del vial de crioconservación de las superficies externas que están en contacto con el medio de crioconservación congelado (por ejemplo, proporcionando un recubrimiento de Teflón, aplicando un tratamiento con plasma RF, etc.). El vial se puede insertar también en un alojamiento, como se ilustra en las figuras 8A-B. La figura 8A muestra el alojamiento 802, que puede fabricarse con un material similar o diferente al del vial de crioconservación. La figura 8B ilustra el funcionamiento del alojamiento 802. El alojamiento 802 se sitúa en el fluido de crioconservación 804. El vial de crioconservación 806 que contiene el medio 808, se sitúa dentro del alojamiento 802. El alojamiento 802 puede permanecer embebido en fluido de crioconservación congelado 804 mientras que el vial 806 puede sacarse del mismo y volver a insertarse posteriormente en el alojamiento 802. La forma interna de los alojamientos 802 preferiblemente encaja substancialmente con las dimensiones externas del vial 806, lo que permite una inserción ajustada del vial de crioconservación 806 en el alojamiento 802 y reducir las bolsas de aire de aislamiento no deseadas, etc.
En una realización preferida, las puntas (es decir, las paredes del extremo) del alojamiento se pueden configurar para dirigir el flujo de calor de manera similar a la dirección del flujo de calor por las estructuras del extremo del vial, como se ha descrito anteriormente. Cualquier hueco entre la pared interna del alojamiento y la pared externa del vial de crioconservación se puede llenar con un compuesto conductor de calor (por ejemplo, una grasa de silicona cargada con polvo metálico). En una realización preferida, las dimensiones del vial y su alojamiento se pueden ajustar usando tolerancias dimensionales muy próximas, que son lo suficientemente próximas como para que pueda no ser necesario que el compuesto conductor del calor obtenga un flujo de calor substancialmente uniforme a través de las paredes del vial y del alojamiento.
En lugar de un alojamiento con paredes que tienen un espesor auto-soportante, hay otras versiones del inserto que permanecen embebidas en material externo congelado mientras que el vial se puede retirar y volver a insertar: por ejemplo, un receptáculo cerrado herméticamente de película de Teflón, poliéster o poliamida que se llena de manera ajustada en la superficie del vial (sin burbujas de aire ni gotas de líquido entre la pared del vial y esta pared de película del receptáculo) insertado en el líquido externo de congelación. Como el receptáculo asume la forma del vial, habrá una cavidad en el material externo congelado de la parte del fondo del vial, revestida con la película polimérica (las paredes del receptáculo). De esta manera, el vial se puede retirar de la cavidad y volver a insertarse si fuera necesario. El flujo de calor y la distorsión de temperatura alrededor del vial creado únicamente por esta película polimérica pueden ser insignificantes, dada la ausencia substancial de burbujas de aire o de gotas de líquido congeladas. La película usada también se puede fabricar con un material que permanezca flexible a las bajas temperaturas aplicadas en este proceso (por debajo de -80 a -90ºC), tal como un elastómero de silicona. Es aceptable un elastómero de un solo uso si no hay reinserción del vial de nuevo en el interior del material externo congelado.
La similitud del crecimiento de los cristales dendríticos fuera y dentro del vial depende en cierto grado de los gradientes de temperatura en el vial de crioconservación y en el compartimento de crioconservación en general. Preferiblemente, los gradientes de temperatura son similares en el interior del volumen del vial de crioconservación y en el interior del espacio definido como compartimento de crioconservación aunque fuera del vial de crioconservación. Esta similitud del gradiente de temperatura se puede potenciar adicionalmente ajustando substancialmente la conductividad térmica del material criogénicamente estable con la conductividad térmica del fluido de crioconservación congelado y el medio congelado. El ajuste substancial de conductividades térmicas permite que los frentes de congelación interior y exterior del vial de crioconservación se muevan más uniformemente juntos sin distorsiones significativas cerca de las paredes del vial de crioconservación. En una realización alternativa preferible, la conductividad térmica del material criogénicamente estable puede ser menor que las conductividades térmicas del fluido de crioconservación congelado y del medio de congelación.
El vial descrito en este documento tendrá múltiples aplicaciones en los procesos de crioconservación, y en particular en el modelado a pequeña escala de procesos mucho más grandes. Una de las áreas en las que se aplica el vial es la congelación de materiales biológicos en contenedores/recipientes de congelación, que tienen múltiples superficies internas extendidas de transferencia de calor. En dichos sistemas de congelación hay que mantener ciertas relaciones, dependiendo de la aplicación particular, entre las velocidades del frente de congelación, el espaciado interdendrítico, los gradientes de temperatura, el cambio de temperatura de las superficies enfriadas activamente (y pasivamente - por conducción dérmica), las distancias entre las superficies de transferencia de calor enfriadas y la composición del producto (puntos de transición, niveles de temperatura de los eutécticos y estados vítreos, contenido de masa sólida y concentración de soluto, etc.).
Por ejemplo, una variable de control interesante en la realización del proceso de congelación en estas cámaras y en el vial es la retirada de calor del compartimento de crioconservación (es decir, sale flujo de calor del compartimento de crioconservación). En una realización preferida, este calor se puede retirar de manera controlable y/o variable usando superficies de enfriamiento. Variando la retirada de calor, se puede variar la separación entre las dendritas formadas en el extremo de dirección de un frente sólido, o en el interior de un frente sólido, que existe dentro del compartimento de crioconservación (que puede comprender el volumen ocupado por uno o más viales de crioconservación de acuerdo con la invención). La variación de la separación interdendrítica puede ser útil por las razones analizadas en cualquier punto de esta solicitud. En una realización preferida, el calor se retira del compartimento de crioconservación a una velocidad que varía de tal manera que varía el espaciado interdendrítico en un extremo o en el interior de un frente sólido, localizándose el frente sólido en el interior del compartimento de crioconservación.
En una realización preferida de la invención, como se muestra en la figura 9, un sistema de control de un sistema de crioconservación 900 de un producto biofarmacéutico puede funcionar de tal manera que un aumento del espesor 912 de los frentes sólidos del medio congelado 910 y/o del fluido de crioconservación 906 se acople a un aumento del flujo de calor a través de las superficies de enfriamiento 904 (que a su vez dirige una fuerza directriz de aumento de temperatura - la diferencia de temperatura entre los refrigerantes usados para enfriar el pronunciado gradiente de temperatura del compartimiento de crioconservación) fuera del compartimento de crioconservación. Estos cambios en el flujo de calor fuera del compartimiento de crioconservación se pueden realizar para mantener una fuerza directriz de temperatura substancialmente constante a través del frente sólido. En una realización preferible, el calor se retira a una velocidad que mantiene substancialmente una fuerza directriz de temperatura en el compartimento de crioconservación de manera que promueva una velocidad substancialmente constante de los frentes sólidos de congelación 906 y/o 910 en el compartimento de crioconservación. Esto puede promover una velocidad del frente de congelación substancialmente constante, por ejemplo, proporciona condiciones substancialmente de estado estacionario para el crecimiento de cristales de hielo dendríticos sin interrupciones, independientemente de la distancia de la superficie de transferencia de calor enfriada dentro del volumen de congelación. La dirección 908 muestra la dirección de avance de los frentes sólidos. El caudal del fluido de enfriamiento 914 se puede aumentar y/o se puede disminuir la temperatura para aumentar el flujo de calor a través de las superficies de enfriamiento 904.
Por ejemplo, si la distancia entre las superficies de enfriamiento es de 10 cm y el gradiente de temperatura que se mantiene es de 10ºC/cm, entonces la disminución de temperatura sigue el patrón de 0ºC a -50ºC durante la congelación, siguiendo el movimiento de los frentes de congelación (por ejemplo, cuando los frentes están a aproximadamente 3 cm de las superficies de congelación del compartimento de crioconservación, la temperatura de estas superficies es de aproximadamente -30ºC, y cuando los frentes se encuentran, la temperatura de las superficies de enfriamiento es de aproximadamente -50ºC.
Los sistemas de crioconservación de productos biofarmacéuticos de la invención funcionan preferiblemente en los intervalos de temperatura y de velocidad de solidificación que promueven el crecimiento uniforme de cristales de hielo y la concentración uniforme de solutos en solidificación entre los cristales de hielo en el interior del vial de crioconservación. Esto se puede conseguir controlando el crecimiento de cristales de hielo dendríticos. El crecimiento controlado de cristales de hielo dendríticos depende del gradiente de temperatura, del flujo de calor direccional y del subenfriamiento limitado en la punta dendrítica. El crecimiento uniforme de los cristales de hielo dendríticos a través de volúmenes grandes del medio que comprenden el producto biofarmacéutico depende del mantenimiento del gradiente de temperatura con la velocidad de retirada de calor desde el vial de crioconservación (o el sistema de crioconservación del producto biofarmacéutico, según sea el caso) dependiendo del espesor de crecimiento del material solidificado.
Dicho crecimiento controlado asegura la similitud de condiciones entre los cristales de hielo dendríticos en los que los solutos (incluyendo el producto biofarmacéutico contenido en el interior del vial de crioconservación) se deshidratan y solidifican en forma vítrea. La similitud de condiciones de solidificación incluye una zona interdendrítica "blanda" donde los solutos se concentran y la temperatura en el interior de la zona interdendrítica disminuye hasta que se alcanzan las condiciones del estado vítreo. Dicho estado vítreo se determina mediante la temperatura de transición vítrea del medio y el nivel de agua atrapada en el estado vítreo. En una realización preferida, cuando la velocidad del frente dendrítico se mantiene en un valor substancialmente constante, el tiempo de residencia de los solutos (incluyendo cualquier producto biofarmacéutico) se mantiene en todo el volumen del vial de crioconservación mientras el frente dendrítico (y las zonas interdendríticas asociadas con el mismo) se mueven por dicho volumen. La importancia de la similitud del tiempo de residencia de los solutos en la zona interdendrítica antes de la solidificación en un estado vítreo es que los solutos (incluyendo el producto biofarmacéutico) se exponen preferiblemente a condiciones similares durante la transición del producto líquido diluido inicial al estado vítreo - por ejemplo, la historia local del producto biofarmacéutico es similar (tiempo, temperatura, concentración, etc.) independientemente de la localización en el volumen del vial de crioconservación. Se pueden mantener unas condiciones similares o substancialmente similares del crecimiento de cristales de hielo dendríticos en el compartimento de crioconservación como en un sistema de crioconservación a gran escala (es decir, a nivel de proceso).
Las velocidades del frente sólido de acuerdo con la invención pueden variar de aproximadamente 1 mm/hora a aproximadamente 800 mm/hora, preferiblemente de aproximadamente 6 mm/hora a aproximadamente 140 mm/hora, más preferiblemente de aproximadamente 12 mm/hora a aproximadamente 70 mm/hora. Preferiblemente, el gradiente de temperatura en el interior del frente sólido varía de aproximadamente uno a aproximadamente 120ºC/cm, más preferiblemente de aproximadamente cinco a aproximadamente veinticinco ºC/cm. Las temperaturas de funcionamiento para los sistemas y métodos de crioconservación de productos biofarmacéuticos de la invención varían de aproximadamente -1ºC a aproximadamente -200ºC, más preferiblemente de aproximadamente -20ºC a aproximadamente -200ºC.
Una ventaja de los compartimentos de crioconservación de la invención es que minimizan el volumen de producto implicado en el trabajo de investigación y desarrollo. El uso de los sistemas de crioconservación de "reducción de escala" de la invención permite un ensayo rápido de diversos productos biofarmacéuticos en condiciones cambiantes. En una realización preferida, el compartimento de crioconservación es un reflejo exacto de las geometrías encontradas en los recipientes de procesos de congelación o crioconservación a gran escala.
Como se muestra en la figura 10, el compartimento de crioconservación 1000 puede tener la forma de una cámara rectangular alargada sencilla con superficies de congelación 1008, que sirve para enfriar y congelar el fluido de crioconservación 1006 y el medio 1004 (contenido en el interior del vial de crioconservación 1002). En otras realizaciones, el compartimento de crioconservación puede tener otras formas, tales como una forma cuadrada o circular/cilíndrica, o una forma tal como las descritas en la Patente de Estados Unidos Nº 5.964.100 y en la solicitud de Patente de Estados Unidos Nº 08/895.777; 08/895.782; 08/895.936 y 09/003.283. Dichas configuraciones se pueden seleccionar para mantener la similitud de la geometría de congelación con la cámara del proceso a gran escala que se va a modelar, flujos de calor similares a la cámara del proceso a gran escala, temperaturas finales de funcionamiento similares, esquemas/disposiciones de control de temperatura similares (esto implica el control de la fuerza directriz de la temperatura de manera que pueda aumentar al avanzar el frente sólido a través del compartimento de crioconservación y al alejarse de las superficies enfriadas activamente en el interior del compartimento de crioconservación). Las configuraciones de localización del vial en el compartimento a gran escala pueden asegurar el gradiente de temperatura a lo largo del producto congelado al igual que la disminución de temperatura con el tiempo en el extremo o extremos cortos del vial.
El compartimento de crioconservación modela preferiblemente la congelación y descongelación de los productos biofarmacéuticos según se producen en procesos de gran volumen. En general, los compartimentos de crioconservación pueden tener superficies activas de transferencia de calor (enfriadas por el agente de enfriamiento) para generar el flujo de calor de salida (retirada del calor latente de solidificación). El enfriamiento del compartimento de crioconservación se realiza preferiblemente por una o más superficies de enfriamiento. En una realización preferida, la una o más superficies de enfriamiento comprenden una o más de las superficies internas del compartimento de crioconservación. Las distancias entre las superficies de enfriamiento del compartimento de crioconservación dependen del intervalo de gradiente de temperatura aplicado. Preferiblemente, las distancias entre las superficies de enfriamiento por las que están separadas dos o más superficies de enfriamiento entre sí pueden variar de aproximadamente 0,1 mm a aproximadamente 1500 mm, más preferiblemente de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 700 mm, aún más preferiblemente de aproximadamente 8 mm a aproximadamente 500 mm.
Las formulaciones del fluido de crioconservación típicamente incluyen numerosos excipientes, agentes de estabilización de productos y compuestos protectores. En una realización preferida, el fluido de crioconservación es substancialmente el mismo que la composición del medio contenido en el interior del vial de crioconservación estando ausente el producto biofarmacéutico. Dicha disposición de composición promueve la similitud del crecimiento de cristales de hielo dendríticos en el interior del volumen del vial de crioconservación. Esto es preferible porque la similitud de la formación de cristales de hielo dendríticos en el interior y en el exterior del vial de crioconservación conduce a mejores resultados de modelado aplicables al aumento de escala de los procesos desarrollados usando el sistema de crioconservación de productos biofarmacéuticos de la invención. Los fluidos de crioconservación usados de acuerdo con la invención comprenden, por ejemplo, crioprotectores de células biológicas (tanto penetrantes, tales como glicerol, dimetilsulfóxido, etilenglicol y similares; como no penetrantes, tales como hidroxietil almidón, dextrano, polivinilpirrolidona y similares), agentes vitrificantes o componentes de formulaciones de fármaco biofarmacéuticas (tales como tensioactivos, PEG, carbohidratos, polioles, aminoácidos o incluso proteínas distintas del producto biofarmacéutico que se pretende crioconservar). El fluido de crioconservación puede comprender los mismos fluidos (misma composición) que los encontrados en el medio que comprende el producto biofarmacéutico, pero sin el componente biológico (células, fragmentos celulares, componente activo biofarmacéutico) o puede ser únicamente agua (por ejemplo, agua destilada, desionizada y/o de alta pureza). Entre estos dos extremos se pueden aplicar diversas composiciones, tales como agua y sales (tampones) (tal como NaCl y agua, sulfato amónico y agua, etc.), agua y carbohidratos (tales como sacarosa en agua o trehalosa en agua), agua, sales y carbohidratos (tales como agua, NaCl y sacarosa), agua y PEG, agua y detergente/tensioactivo, y/o agua, tampón, carbohidrato y tensioactivo. Las substancias usadas pueden proporcionar transiciones de temperatura similares a las transiciones de temperatura que tienen lugar en la composición del producto biológico (por ejemplo, se puede mantener una similitud de temperaturas de transición vítrea).
Los productos biofarmacéuticos de acuerdo con la invención comprenden cualquier material biofarmacéutico o farmacéutico. En realizaciones preferidas, los productos biofarmacéuticos pueden comprender macromoléculas biológicas tales como proteínas/enzimas, péptidos, ADN, ARN, aminoácidos, ácidos nucleicos, factores de crecimiento, factores de coagulación, anticuerpos y similares; células biológicas o fragmentos/componentes celulares, incluyendo bacterias, hongos, levaduras, organismos unicelulares, células de mamífero (particularmente de seres humanos), células animales, células vegetales, orgánulos, membranas celulares, cuerpos de inclusión o trozos de tejido y similares; materiales virales; moléculas orgánicas o inorgánicas o iones que incluyen sales o carbohidratos de estabilización, antibióticos; o medios de crecimiento celular. Los ejemplos específicos incluyen sangre y productos sanguíneos (glóbulos rojos y blancos, plasma, albúmina de suero humano, etc.), y emulsiones de dos o más fases que comprenden materiales biológicos o farmacéuticos.
El vial de crioconservación preferiblemente se localiza en el sistema externo de congelación de tal manera que el flujo de calor desde las superficies enfriadas activamente de dicho sistema sea aproximadamente paralelo a un eje largo del vial. Esta configuración reduce el producto a granel que se superenfría en el interior del vial y promueve condiciones de congelación similares en el interior del vial a la congelación en un sistema de crioconservación a gran escala. Los frentes de congelación se mueven hacia el interior y hacia el exterior del vial de crioconservación con similitud de la velocidad del frente y del patrón de cristales de hielo dendríticos. Estas condiciones promueven condiciones similares de congelación del producto (tales como similitud del tiempo de residencia entre las dendritas antes de la solidificación, similitud de concentración de solutos y distribución de temperatura entre las dendritas (en la zona blanda), etc.) fuera y dentro del vial. El producto congelado final tendrá preferiblemente una distribución de solutos similar con la distancia y los gradientes de temperatura tanto en el vial de crioconservación como en el recipiente/depósito de crioconservación a gran escala.
La proporción entre el volumen del vial y el volumen del compartimento de crioconservación puede ser pequeña, por ejemplo, para considerar que la congelación en el fluido de crioconservación esté próxima a un "volumen infinito" de congelación. Sin embargo, preferiblemente, las profundidades del producto biofarmacéutico en el vial y en el fluido de crioconservación pueden mantenerse substancialmente similares para reducir los efectos de la conductividad térmica en las paredes del vial (podrían producirse efectos de flujo de calor vertical en la pared del vial si los niveles de líquido exterior e interior varían significativamente).
En otra realización, el vial de crioconservación se puede ajustar a la longitud del compartimento de crioconservación (por ejemplo, la longitud del vial puede ser aproximadamente igual a la distancia entre las superficies de enfriamiento de dicho compartimento) o puede ser menor que éste. Los viales más cortos se pueden situar en una posición en la que sus centros se ajustan a la localización del centro entre los extremos enfriados activamente del compartimento a gran escala. Entonces, el encuentro de los frentes de congelación fuera del vial y dentro del vial está en los centros tanto del vial como del compartimento. El vial se puede situar también en una posición tal que su extremo corto se ajuste con el centro del compartimento a gran escala y el otro extremo esté próximo a una de las superficies enfriadas activamente del compartimento a gran escala. En esta configuración, el vial puede cubrir preferiblemente aproximadamente la mitad de la distancia entre las superficies enfriadas activamente del compartimento a gran escala. El último punto de congelación puede estar en el centro del compartimento de crioconservación, pero en el vial es uno de sus extremos - dicha configuración es posible debido a cualquier simetría del proceso de congelación (cuando dos frentes de congelación se están aproximando entre sí).
El vial de crioconservación se sitúa preferiblemente a lo largo de la trayectoria del flujo de calor, por ejemplo, también substancialmente en paralelo al patrón direccional de los cristales de hielo dendríticos (y substancialmente perpendicularmente al frente de avance de la solidificación). La posición del vial de crioconservación en paralelo a los cristales dendríticos promueve la similitud de crecimiento de los cristales en el interior y en el exterior del vial de crioconservación. El crecimiento controlado del cristal de hielo dendrítico, que es útil para la crioconservación óptima del material biológico, puede producirse no sólo en el exterior del vial en el fluido de crioconservación (ciertas condiciones del frente de congelación tales como flujo de calor paralelo, gradiente de temperatura y velocidad del frente se pueden mantener allí para promover el crecimiento controlado del cristal dendrítico). La congelación del interior del vial preferiblemente sigue de cerca el patrón de congelación del exterior, por ejemplo, hay un flujo de calor direccional, hay un gradiente de temperatura similar y la velocidad del frente es similar, por lo tanto, se mantiene el crecimiento paralelo de los cristales dendríticos. El vial de crioconservación se puede situar en el compartimento de crioconservación de tal manera que se extienda desde una superficie activa de enfriamiento hasta otra, permitiendo el modelado de congelación por todo el volumen de congelación - por lo tanto, los frentes de congelación se encontrarán en el interior y en el exterior cerca del centro del vial de crioconservación. De manera similar, las condiciones de congelación en todo el volumen de congelación también permiten el uso de viales de crioconservación más cortos que cubren sólo la parte de la trayectoria externa de congelación en el compartimento de crioconservación - el producto se congelará como se congelaría la parte del producto de la longitud del vial de crioconservación en el compartimento de crioconservación.
En una realización preferida, se pueden situar múltiples viales de crioconservación en el compartimento de crioconservación. Una configuración preferida será con el eje longitudinal de los viales substancialmente perpendicular a la interfaces externas sólido-líquido del frente de congelación. En ciertas realizaciones, los viales pueden estar en una configuración paralela para compartimentos rectangulares, o en configuraciones con "forma de abanico" cuando el compartimento de crioconservación es circular o una cuña/sección de una forma circular, o tiene una forma triangular, por ejemplo con ángulos apropiados entre las paredes de viales cercanos. Dichas configuraciones promueven el crecimiento aproximadamente paralelo de las dendritas de cristales de hielo en el interior y en el exterior de los viales. Las distancias entre los viales están preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 200 veces la anchura del vial, más preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 1 a aproximadamente 50 veces la anchura del vial.
En ciertas realizaciones, por ejemplo cuando el compartimento de crioconservación posee una forma circular o cuadrada, la forma del vial de congelación puede comprender cuerpos con forma de cruz o con forma de estrella de múltiples brazos con estructuras de nucleación acopladas a los extremos distales de los cuerpos. En dichas realizaciones, los frentes de congelación (circular o cuadrado) pueden aproximarse desde todos los extremos del vial hacia el centro. Después de embeberse los extremos del vial, los frentes de congelación se mueven conjuntamente en el interior y en el exterior de los cuerpos del vial de crioconservación. Los frentes de congelación pueden encontrarse en el centro del vial aproximándose desde todos los brazos. Este patrón de congelación puede simular la convergencia de frentes de congelación en el recipiente de crioconservación cilíndrico o cuadrado. Los ángulos entre los cuerpos en tales casos pueden variar de aproximadamente cinco a aproximadamente noventa grados, más preferiblemente de aproximadamente treinta a aproximadamente noventa grados. El número de cuerpos en un vial de crioconservación de acuerdo con la invención puede variar de aproximadamente uno a aproximadamente doce. En realizaciones más preferidas, los viales comprenden de aproximadamente dos cuerpos a aproximadamente ocho cuerpos. En las realizaciones más preferidas, los viales comprenden dos o seis cuerpos.
Será evidente para los especialistas en la técnica que pueden realizarse diversas modificaciones y variaciones en los sistemas de circulación, sistemas y métodos de la presente invención sin alejarse del espíritu o alcance de la invención. Por lo tanto, se pretende que la presente invención incluya las modificaciones y variaciones de esta invención siempre que se encuentren dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas y sus equivalentes.

Claims (44)

1. Un sistema de crioconservación de productos biofarmacéuticos para crioconservar un producto biofarmacéutico, que comprende
un compartimento de crioconservación;
un fluido de crioconservación localizado en el interior del compartimento de crioconservación; y
un vial de crioconservación de productos biofarmacéuticos localizado en el interior del compartimento de crioconservación, y
comprendiendo el vial de crioconservación de productos biofarmacéuticos un cuerpo que comprende una sección transversal oblonga tomada horizontalmente entre la parte superior y el fondo del vial y que define extremos proximal y distal del cuerpo, y al menos una estructura de nucleación, acoplada al menos a un extremo distal del cuerpo, estando en contacto la al menos una estructura de nucleación con el fluido de crioconservación, y comprendiendo el cuerpo un material criogénicamente estable que es compatible con los productos biofarmacéuticos.
2. El sistema de crioconservación de productos biofarmacéuticos de la reivindicación 1, donde el compartimento de crioconservación comprende una o más superficies de enfriamiento.
3. El sistema de crioconservación de productos biofarmacéuticos de la reivindicación 2, donde la una o más superficies de enfriamiento comprenden una o más superficies internas del compartimento de crioconservación.
4. El sistema de crioconservación de productos biofarmacéuticos de la reivindicación 2 ó 3, donde la una o más superficies de enfriamiento comprenden dos o más superficies de enfriamiento separadas entre sí.
5. El sistema de crioconservación de productos biofarmacéuticos de la reivindicación 4, donde la distancia entre dos o más superficies de enfriamiento separadas entre sí varía de aproximadamente 0,1 mm a aproximadamente 1500 mm.
6. El sistema de crioconservación de productos biofarmacéuticos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde el fluido de crioconservación comprende crioprotectores de células biológicas, agentes vitrificantes, componentes de formulaciones de fármaco biofarmacéutico, agua destilada, tampones, carbohidratos en agua, sales y carbohidratos en agua, PEG en agua o detergente/tensioactivo en agua.
7. El sistema de crioconservación de productos biofarmacéuticos de la reivindicación 6, donde los crioprotectores de células biológicas comprenden crioprotectores penetrantes o no penetrantes.
8. El sistema de crioconservación de productos biofarmacéuticos de la reivindicación 6, donde los agentes vitrificantes o componentes de las formulaciones de fármaco biofarmacéutico comprenden tensioactivos, PEG, carbohidratos, polioles, aminoácidos o proteínas distintas del producto biofarmacéutico.
9. El sistema de crioconservación de productos biofarmacéuticos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde el sistema de crioconservación de productos biofarmacéuticos comprende más de un vial de crioconservación.
10. El sistema de crioconservación de productos biofarmacéuticos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, donde el vial de crioconservación comprende un medio, y el medio comprende el producto biofarmacéutico.
11. El sistema de crioconservación de productos biofarmacéuticos de la reivindicación 10, donde el fluido de crioconservación y el medio sin el producto biofarmacéutico tienen la misma composición.
12. El sistema de crioconservación de productos biofarmacéuticos de acuerdo con la reivindicación 10 ó 11, donde el material de las paredes del vial de crioconservación se selecciona entre el grupo compuesto por polietileno, polipropileno, poliestireno, politetrafluoroetileno, nylon-66, nylon-12, nylon-6, nylon-6,12, policarbonato, poliéster, PEEK, PET, PVC, teflón, acero inoxidable, materiales compuestos, vidrios, materiales cerámicos, metales y sus aleaciones.
13. El sistema de crioconservación de productos biofarmacéuticos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, donde el vial de crioconservación del producto biofarmacéutico comprende más de una estructura de nucleación.
14. Un método de crioconservación de productos biofarmacéuticos que comprende
proporcionar un compartimento de crioconservación;
poner un vial de crioconservación de un producto biofarmacéutico en el interior del compartimento de crioconservación, comprendiendo el vial de crioconservación de productos biofarmacéuticos un cuerpo que comprende una sección transversal oblonga tomada horizontalmente entre la parte superior y el fondo del vial y que define extremos proximal y distal del cuerpo, y al menos una estructura de nucleación, acoplada al menos a un extremo distal del cuerpo, y comprendiendo el cuerpo un material criogénicamente estable que es compatible con los productos biofarmacéuticos;
poner un fluido de crioconservación en un espacio fuera del vial de crioconservación pero en el interior del compartimento de crioconservación; y
retirar calor del compartimento de crioconservación, congelando de esta manera el fluido de crioconservación.
15. El método de la reivindicación 14, donde el vial de crioconservación comprende un medio y el medio comprende el producto biofarmacéutico.
16. El método de la reivindicación 15, donde el fluido de crioconservación y el medio tienen una composición idéntica.
17. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, donde el calor se retira a una velocidad que mantiene una fuerza directriz de la temperatura en el interior del compartimento de crioconservación de manera que se promueve una velocidad constante del frente de congelación en el interior del compartimento de crioconservación.
18. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 17, donde el calor se retira a una velocidad que varía de manera que varían la separación interdendrítica en el borde o en el interior de un frente sólido, localizándose el frente sólido en el interior del compartimento de crioconservación.
19. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 18, donde el compartimento de crioconservación comprende una o más superficies de enfriamiento.
20. El método de la reivindicación 19, donde la una o más superficies de enfriamiento comprenden una o más superficies internas del compartimento de crioconservación.
21. El método de acuerdo con la reivindicación 19 ó 20, donde la una o más superficies de enfriamiento comprenden dos o más superficies de enfriamiento separadas entre sí.
22. El método de la reivindicación 21, donde la distancia entre dos o más superficies de enfriamiento separadas entre sí varía de aproximadamente 0,1 mm a aproximadamente 1500 mm.
23. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 22, donde el fluido de crioconservación comprende crioprotectores de células biológicas, agentes vitrificantes, componentes de formulaciones de fármaco biofarmacéutico, agua destilada, tampones, carbohidratos en agua, sales y carbohidratos en agua, PEG en agua o detergente/tensioactivo en agua.
24. El método de la reivindicación 23, donde los crioprotectores de células biológicas comprenden crioprotectores penetrantes o no penetrantes.
25. El método de la reivindicación 23, donde los agentes vitrificantes o componentes de las formulaciones de fármaco biofarmacéutico comprenden tensioactivos, PEG, carbohidratos, polioles, aminoácidos o proteínas distintas del producto biofarmacéutico.
26. El método de la acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 25, donde el sistema de crioconservación del producto biofarmacéutico comprende más de un vial de crioconservación.
27. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 26, donde el fluido de crioconservación se pone de manera que esté en contacto con al menos una estructura de nucleación.
28. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 27, donde el vial de crioconservación del producto biofarmacéutico se pone en el interior del compartimento de crioconservación de manera que un eje largo de la sección transversal oblonga del cuerpo del vial de crioconservación del producto biofarmacéutico esté orientado formando un ángulo con un frente de congelación definido por la congelación del fluido de crioconservación en el interior del compartimento de crioconservación.
29. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 28, donde el vial de crioconservación del producto biofarmacéutico comprende más de una estructura de nucleación.
30. Un vial de crioconservación de productos biofarmacéuticos que comprende:
un cuerpo que comprende una sección transversal oblonga tomada horizontalmente entre la parte superior y el fondo del vial y que define extremos proximal y distal del cuerpo,
al menos una estructura de nucleación, acoplada al a menos un extremo distal del cuerpo, y
comprendiendo el cuerpo un material criogénicamente estable que es compatible con productos biofarmacéuticos.
31. El vial de crioconservación de productos biofarmacéuticos de la reivindicación 30, comprendiendo el vial de crioconservación un medio, y comprendiendo el medio un producto biofarmacéutico.
32. El vial de crioconservación de productos biofarmacéuticos de acuerdo con la reivindicación 30 ó 31, donde el material criogénicamente estable que es compatible con productos biofarmacéuticos comprende un polímero.
33. El vial de crioconservación de productos biofarmacéuticos de acuerdo con la reivindicación 32, donde el polímero comprende politetrafluoroetileno, poliestireno, polietileno o polipropileno.
34. El vial de crioconservación de productos biofarmacéuticos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 30 a 33, donde se han aplicado tratamientos superficiales a una superficie del vial de crioconservación del producto biofarmacéutico.
35. El vial de crioconservación de productos biofarmacéuticos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 30 a 34, que comprende además una punta directora del vial, acoplada al menos a un extremo distal del cuerpo, comprendiendo la punta directora del vial la estructura de nucleación y sirviendo para dirigir el flujo de calor de un frente sólido que se aproxima.
36. El vial de crioconservación de productos biofarmacéuticos de la reivindicación 35, donde la punta directora del vial comprende aletas externas de transferencia de calor.
37. El vial de crioconservación de productos biofarmacéuticos de la reivindicación 35, donde la punta directora del vial comprende aletas internas de transferencia de calor.
38. El vial de crioconservación de productos biofarmacéuticos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 30 a 37, que comprende además una punta deflectora del vial, acoplada al menos a un extremo distal del cuerpo, comprendiendo la punta deflectora del vial la estructura de nucleación y sirviendo para desviar un flujo de calor de frente sólido que se aproxima alejándolo del vial de crioconservación.
39. El vial de crioconservación de productos biofarmacéuticos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 30 a 38, donde la estructura de nucleación comprende uno o más puntos de proximidad local.
40. El vial de crioconservación de productos biofarmacéuticos de la reivindicación 39, donde la estructura de nucleación comprende dos o más puntos de proximidad local.
41. El vial de crioconservación de productos biofarmacéuticos de acuerdo con la reivindicación 39 ó 40, donde el uno o más puntos de proximidad comprenden lados internos de la pared del vial de crioconservación que se forman en extensiones que se sitúan enfrentadas entre sí.
42. El vial de crioconservación de productos biofarmacéuticos de la reivindicación 41, donde las puntas de la superficie interna de las extensiones están separadas entre sí por una distancia de aproximadamente 0,001 mm a aproximadamente 1 mm.
43. El vial de crioconservación de productos biofarmacéuticos de la reivindicación 42, donde las puntas de la superficie interna de las extensiones están separadas entre sí por una distancia de 0,04 mm a aproximadamente 0,5 mm.
44. El vial de crioconservación de productos biofarmacéuticos de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 30 a 43, que comprende más una estructura de nucleación.
ES01942276T 2000-01-14 2001-01-12 Aparato y metodos de crioconservacion. Expired - Lifetime ES2220778T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US483191 1995-06-07
US09/483,191 US6337205B1 (en) 1998-01-06 2000-01-14 Cryopreservation vial apparatus and methods

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2220778T3 true ES2220778T3 (es) 2004-12-16

Family

ID=23919040

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES01942276T Expired - Lifetime ES2220778T3 (es) 2000-01-14 2001-01-12 Aparato y metodos de crioconservacion.

Country Status (9)

Country Link
US (2) US6337205B1 (es)
EP (1) EP1246524B1 (es)
JP (1) JP2003519513A (es)
AT (1) ATE267519T1 (es)
CA (1) CA2390917A1 (es)
DE (1) DE60103498T2 (es)
DK (1) DK1246524T3 (es)
ES (1) ES2220778T3 (es)
WO (1) WO2001050852A2 (es)

Families Citing this family (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6681581B2 (en) * 2001-11-20 2004-01-27 Supachill Technologies Pty. Ltd. Pre-conditioned solute for use in cryogenic processes
US7331186B2 (en) * 2002-06-27 2008-02-19 I.M.T. Interface Multigrad Technology Ltd Changing the temperature of a liquid sample and a receptacle useful therefor
WO2004040976A1 (en) * 2002-11-06 2004-05-21 Pfizer Products Inc. Cryogenically protected viral delivery systems and related manufacture and use
US7228688B2 (en) 2002-12-13 2007-06-12 Integrated Biosystems, Inc. Scaled down freezing and thawing system for biopharmaceuticals and biologics
GB0319601D0 (en) * 2003-08-20 2003-09-24 Sandoz Ag Production process
WO2005032251A1 (en) * 2003-10-09 2005-04-14 I.M.T. Interface Multigrad Technology Ltd. Method for freezing, thawing and transplantation of viable cartilage
US20050241333A1 (en) * 2003-12-03 2005-11-03 Hamilton Robert W Rate-controlled freezer and cooling methods thereof
US7935478B2 (en) * 2004-02-02 2011-05-03 Core Dynamics Limited Biological material and methods and solutions for preservation thereof
EP1711214A1 (en) * 2004-02-02 2006-10-18 Interface Multigrad Technology (IMT) Ltd. Device for directional cooling of biological matter
JP5096148B2 (ja) * 2004-06-07 2012-12-12 コア・ダイナミクス・リミテッド 生物学的試料の殺菌方法
EP1778007A1 (en) * 2004-08-12 2007-05-02 I.M.T. Interface Multigrad Technology Ltd. Method and apparatus for freezing or thawing of a biological material
WO2006090372A2 (en) * 2005-02-22 2006-08-31 I.M.T. Interface Multigrad Technology Ltd. Preserved viable cartilage, method for its preservation, and system and devices used therefor
US8198085B2 (en) * 2005-08-03 2012-06-12 Core Dynamics Limited Somatic cells for use in cell therapy
DE102005047438A1 (de) * 2005-09-30 2007-04-05 "Stiftung Caesar" (Center Of Advanced European Studies And Research) Zahn-Einfrier-Behälter
JP5011810B2 (ja) * 2006-05-08 2012-08-29 ニプロ株式会社 凍結保存容器及び凍結保存方法
US8222027B2 (en) 2006-06-20 2012-07-17 Cook General Biotechnolgy, LLC Systems and methods for cryopreservation of cells
CA2656139C (en) * 2006-06-20 2012-06-05 Erik John Woods Systems and methods for cryopreservation of cells
US8709797B2 (en) 2006-06-20 2014-04-29 Cook General Biotechnology Llc Systems and methods for cryopreservation of cells
EP2229581A2 (en) * 2008-01-17 2010-09-22 Vance Products Incorporated D/B/A Cook Urological Incorporated Rapid chilling device for vitrification
US20090202978A1 (en) * 2008-02-13 2009-08-13 Ginadi Shaham Method and apparatus for freezing of a biological material
US20090272138A1 (en) * 2008-05-01 2009-11-05 Kim Brian S Condensate Evaporation Device
US9700038B2 (en) 2009-02-25 2017-07-11 Genea Limited Cryopreservation of biological cells and tissues
US9125397B2 (en) * 2009-04-29 2015-09-08 Biolife Solutions, Inc. Apparatuses and compositions for cryopreservation of cellular monolayers
WO2011098996A2 (en) 2010-02-09 2011-08-18 Core Dynamics Ltd. Improved method for changing the temperature of a biological specimen
US9374995B2 (en) 2010-05-28 2016-06-28 Genea Limited Micromanipulation and storage apparatus and methods
US20120202838A1 (en) * 2010-11-04 2012-08-09 Abbott Laboratories Drug formulations
CN102533555B (zh) * 2010-12-23 2015-11-18 王一鸿 接种物及其制备方法
US20120210734A1 (en) * 2011-02-22 2012-08-23 Hoffman Gary A Production and use of high pressure for cryopreservation and cryofixation
DE102011115467A1 (de) * 2011-10-10 2013-04-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung und Verfahren zur Druck-Kryokonservierung einer biologischen Probe
US9297499B2 (en) 2012-12-06 2016-03-29 Cook Medical Technologies Llc Cryogenic storage container, storage device, and methods of using the same
US9518898B2 (en) 2012-12-06 2016-12-13 Cook Medical Technologies Llc Cryogenic storage container with sealing closure and methods of using the same
US20150048085A1 (en) 2013-08-16 2015-02-19 Corning Incorporated Vessels and methods for cryopreservation
US10765111B1 (en) * 2014-03-05 2020-09-08 Akron Biotechnology, Llc Cryosolutions and uses thereof
US10834919B2 (en) 2014-09-08 2020-11-17 Research Institute At Nationwide Children's Hospital Cryopreservation instrument and method of using same
US20160174545A1 (en) * 2014-12-19 2016-06-23 Biotech Incorporated Closed System Cryopreservation Device
JP6905522B2 (ja) 2015-11-16 2021-07-21 コーニング インコーポレイテッド 極低温バイアルアセンブリ
EP3386297A1 (en) 2015-12-07 2018-10-17 CooperSurgical, Inc. Low temperature specimen carriers and related methods
US10638748B2 (en) 2015-12-22 2020-05-05 Corning Incorporated Break away/tear away cryopreservation vial and methods for manufacturing and using same
US11116206B2 (en) 2018-10-01 2021-09-14 Cook Medical Technologies Llc Cryocontainer
US12071434B2 (en) 2018-12-12 2024-08-27 Takeda Pharmaceutical Company Limited Heterocyclic compound
US11882824B2 (en) 2019-03-08 2024-01-30 Fisher Bioservices Inc. Cryogenic vial sleeve and related systems and methods
WO2021173983A1 (en) * 2020-02-28 2021-09-02 Somnio Global Holdings, Llc Capillary assisted vitrification processes and materials for preservation of biological samples
AU2021381425A1 (en) * 2020-11-19 2023-06-22 Ambient Biosciences, Inc. Methods of stable vitrification
CN114796658A (zh) * 2022-04-25 2022-07-29 上海理工大学 一种血液低温保存袋及其快速且均匀的降温和复温方法
WO2023223243A1 (en) * 2022-05-17 2023-11-23 Sartorius Stedim North America Inc. Small volume system and methods of evaluating the stability of biopharmaceutical compositions

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2879005A (en) 1954-12-29 1959-03-24 Melvin Sobel Method of refining scrap plastic and apparatus therefor
US3214928A (en) 1963-03-22 1965-11-02 Oberdorfer Karl Method and apparatus for freezing food products
US4314451A (en) 1980-10-27 1982-02-09 Airco, Inc. Controlling temperature of a cryogenically refrigerated product
US4476686A (en) 1982-09-29 1984-10-16 The Boc Group, Inc. Methods and apparatus for chilling a product
DE3238535A1 (de) * 1982-10-18 1984-04-19 Planer Products Ltd., Sunbury-on-Thames, Middlesex Verfahren und apparat zum gesteuerten kuehlen eines produktes
CA1238225A (en) 1983-11-07 1988-06-21 Air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude (L') Food processing method and apparatus
CA1273498A (en) 1986-02-25 1990-09-04 Peter Harrold Gibson Freezing apparatus
SE453554B (sv) 1986-06-16 1988-02-15 Frigoscandia Contracting Ab Forfarande och anordning for frysning av flytande eller halvflytande livsmedel i form av vesentligen likformiga pellets
CH672834A5 (es) * 1987-01-19 1989-12-29 Agrogen Stiftung
DE3833753A1 (de) 1988-03-31 1989-08-03 Edwin Schmidt Verfahren und vorrichtungen zum tiefkuehlen von kohlendioxidgasfoermig und stickstoff-gasfoermig aus druckbehaeltern, beziehungsweise luft aus druckflaschen oder -erzeugern und deren tiefkalte anwendung
EP0366818A1 (de) * 1988-11-02 1990-05-09 Leybold Aktiengesellschaft Kryostat mit einem Flüssig-Stickstoff (LN2)-Bad
US5059399A (en) * 1989-12-22 1991-10-22 Schilling Dean W Cryogenic self-seeding vial
CA2041341A1 (en) 1991-04-26 1992-10-27 Frank C. Hume Method of treating materials at low temperatures
MX9300947A (es) 1992-02-26 1994-08-31 Unilever Nv Metodo para preparar un producto alimenticio.
US5205129A (en) 1992-04-30 1993-04-27 Specialty Equipment Companies, Inc. Apparatus for freezing and dispensing semi-frozen food products having dual freezing chambers and method
CA2130517C (en) * 1993-09-10 1999-10-05 Walter Fassbind Array of reaction containers for an apparatus for automatic performance of temperature cycles
JP2673415B2 (ja) 1994-04-22 1997-11-05 岩谷産業株式会社 凍結処理方法及び凍結処理装置
US5743097A (en) 1996-01-23 1998-04-28 Frank; Jimmy I. Apparatus and method for controlling the flow rate of refrigerant to a refrigeration device
US5689961A (en) * 1996-01-30 1997-11-25 Organogenesis Inc. Ice seeding apparatus for cryopreservation systems
US5732559A (en) 1996-06-17 1998-03-31 Blentech Corporation Rotational resistance cryogenic control system for chilling in a vacuum tumbler or agitator blender
US5728417A (en) 1996-06-17 1998-03-17 Blentech Corporation Method for controlling cryogenic flow in a food mixing machine
US6196296B1 (en) * 1997-02-04 2001-03-06 Integrated Biosystems, Inc. Freezing and thawing vessel with thermal bridge formed between container and heat exchange member
JP2002513459A (ja) * 1997-02-04 2002-05-08 インテグレイテッド バイオシステムズ 熱橋を有する冷凍、解凍容器
CA2301023C (en) * 1997-08-20 2007-05-01 Biopore, Inc. Cassette device and system to facilitate cryopreservation
US5964100A (en) * 1998-01-06 1999-10-12 Integrated Biosystems, Inc. System for freeze granulation
US6079215A (en) * 1998-01-06 2000-06-27 Integrated Biosystems, Inc. Method for freeze granulation

Also Published As

Publication number Publication date
DK1246524T3 (da) 2004-09-27
EP1246524B1 (en) 2004-05-26
JP2003519513A (ja) 2003-06-24
US6858424B2 (en) 2005-02-22
DE60103498T2 (de) 2005-06-30
WO2001050852A2 (en) 2001-07-19
CA2390917A1 (en) 2001-07-19
WO2001050852A3 (en) 2002-02-14
US6337205B1 (en) 2002-01-08
US20020110907A1 (en) 2002-08-15
ATE267519T1 (de) 2004-06-15
EP1246524A2 (en) 2002-10-09
DE60103498D1 (de) 2004-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2220778T3 (es) Aparato y metodos de crioconservacion.
EP1407202B1 (en) Cryopreservation system and method with controlled dendritic freezing front velocity
ES2250147T3 (es) Descongelacion mejorada de soluciones biofarmaceuticas utilizando un movimiento oscilatorio.
US7137261B2 (en) Systems and methods for freezing, mixing and thawing biopharmaceutical material
EP2012585B1 (en) Systems and methods for freezing, storing and thawing biopharmaceutical materials
ES2748911T3 (es) Método de Liofilización
EP1543279B1 (en) Systems and methods for freezing, mixing and thawing biopharmaceutical material
US6631616B2 (en) Cryopreservation system with controlled dendritic freezing front velocity
JP4022878B2 (ja) 樹枝状凍結境界面速度が制御される冷凍保存システム
ES2542993T3 (es) Método de inducción de nucleación de un material
CN107426991B (zh) 解冻方法和设备
CN101379356B (zh) 诱导材料成核的方法
US20100216230A1 (en) Systems for Increased Cooling and Thawing Rates of Protein Solutions and Cells for Optimized Cryopreservation and Recovery
JP2001514866A (ja) 凍結保護剤除去方法および装置
Chen et al. An experimental study of freeze concentration in biological media
CN111479465A (zh) 涉及冷冻生物样品的至少部分的设备和方法
AU2002354684B2 (en) Cryopreservation system with controlled dendritic freezing front velocity
Huang et al. Microscale materials and devices for cell cryopreservation by vitrification
ES2609753B1 (es) Adición a la Patente P201201020 "Procedimiento y dispositivo de vitrificación de material biológico mediante microcapilares de polímeros termoplásticos cerrados utilizando un recalentamiento ultra-rápido".
AU2002354684A1 (en) Cryopreservation system with controlled dendritic freezing front velocity
Kasper Lyophilization of Nucleic Acid Nanoparticles