ES2224726T3

ES2224726T3 - Sistema de separacion sanguinea indicado en particular para la concentracion de celulas madre hematopoyeticas.

Info

Publication number: ES2224726T3
Application number: ES99959629T
Authority: ES
Inventors: Claude Fell
Original assignee: Biosafe SA
Current assignee: Biosafe SA
Priority date: 1998-12-24
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2005-03-01
Anticipated expiration: 2019-12-24
Also published as: PT1144026E; ATE271890T1; WO2000038762A1; DE69919029D1; HK1041454B; EP1144026B1; DE69919029T2; CN1182882C; AU1675600A; JP2002533171A; JP4514338B2; CN1331610A; HK1041454A1; EP1144026A1; US6733433B1

Abstract

Sistema para el procesamiento y la separación de fluidos biológicos en componentes, que comprende un conjunto de contenedores (40, 42 a 44) para contener el fluido biológico a separar y los componentes separados, y, opcionalmente, uno o más contenedores adicionales (41) para las disoluciones de aditivos, y una cámara centrífuga de procesamiento vacía (20), que puede girar alrededor de un eje de rotación y que tiene una entrada/salida axial (7) para el fluido biológico a procesar y para los componentes procesados del fluido, conteniendo la cámara de procesamiento un miembro movible axialmente (21) que define un espacio de separación de tamaño variable para recibir fluido biológico, siendo el miembro (21) movible axialmente para admitir una cantidad seleccionada de fluido biológico a procesar en el espacio de separación a través de dicha entrada y para extraer componentes del fluido biológico procesado desde el espacio de separación a través de dicha salida, y medios (60 a 69) para monitorizar la posición del miembro movible axialmente (21) para controlar así la cantidad de fluido biológico introducida y la extracción de los componentes separados, comprendiendo el sistema adicionalmente un dispositivo de válvulas de distribución (45 a 48; 120 a 127) para establecer una comunicación selectiva entre la cámara de procesamiento (20) y los contenedores seleccionados (40 a 44) o para colocar la cámara de procesamiento y los contenedores fuera de comunicación, comprendiendo el sistema los medios para controlar el funcionamiento del sistema en dos modos de funcionamiento, un modo de separación y un modo de transferencia de no separación.

Description

Sistema de separación sanguínea indicado en particular para la concentración de células madre hematopoyéticas.

Sector de la invención

La presente invención se refiere al procesamiento y separación automáticos de células biológicas tal como se encuentran en toda la sangre, y se refiere más específicamente a un sistema funcionalmente cerrado que permite extraer ciertas poblaciones de células, tales como células madre hematopoyéticas, para el uso inmediato o para mezclarlas con una disolución de aditivos o una disolución de almacenamiento para operaciones de almacenamiento separado posteriores y a los métodos para realizar dicha extracción.

Antecedentes de la invención

Han surgido sistemas y métodos de separación de sangre durante los últimos 20 años como respuesta a la creciente necesidad de terapias con componentes sanguíneos eficaces. Entre ellas se encuentran los trasplantes de células madre hematopoyéticas de progenitores que son, en muchos casos, la única cura posible para los trastornos oncológicos. Los pacientes que necesitan un trasplante de células madre tienen, principalmente, tres opciones:

1) Células madre de médula espinal de adulto;

2) Células madre de sangre periférica que se encuentra en el sistema circulatorio;

3) Células madre que se encuentran en el cordón umbilical y en la sangre de la placenta extraídas en el nacimiento de un niño.

Para la mayoría de trasplantes de células madre, la limitación principal ha sido el riesgo de la enfermedad de injerto contra huésped (GVHD), que requiere un reconocimiento excelente entre el HLA (HLA = Antígeno Leucocitario Humano) y el tejido.

La sangre del cordón umbilical es una fuente rica de células madre hematopoyéticas primitivas y progenitoras, con una capacidad de proliferación extensa y con capacidad de autorenovación. Este sector ha avanzado rápidamente desde los implantes clínicos que utilizaban solamente injertos que reconocían el HLA hasta los trasplantes de células de donantes no relacionados, que abren una indicación mucho más amplia para el trasplante de células madre. Esta ganancia de experiencia clínica con sangre de cordón umbilical se debe, principalmente, al establecimiento de bancos de almacenamiento de células madre hematopoyéticas a partir de sangre de cordón umbilical no relacionada.

Los volúmenes de sangre recuperados a partir del cordón umbilical son, habitualmente, muy bajos (40 a 150 ml) y existe cierta preocupación de que cualquier intento de manipulación y concentración del producto pueda dar lugar a una pérdida de células madre, lo cual podría perjudicar al crecimiento de injertos. Por tanto, a veces se conserva la sangre del cordón umbilical tal cual, añadiendo una disolución conservante. Una manera mucho más preferente sería eliminar la mayoría de las células innecesarias, tales como los glóbulos rojos y los glóbulos blancos, dando lugar a una reducción considerable del volumen. Se necesitaría menos cantidad de disolución conservante, bolsas más pequeñas, se utilizarían espacios de almacenamiento más pequeños y se conseguiría un ahorro de energía considerable, traduciéndose todo esto en un ahorro sustancial de costes. La calidad del producto de células madre también mejoraría al retransfundirse, ya que las células lisadas resultantes del almacenamiento disminuirían drásticamente.

No existe ningún dispositivo o sistema automatizado para procesar y concentrar en línea células madre de cordón umbilical. No obstante, existe un interés considerable en concentrar células madre de sangre de cordón umbilical sin perder o alterar su funcionalidad.

La Patente EP-B-0 912 250 (C.FELL) describe un sistema para el procesamiento y la separación de fluidos biológicos en componentes, que comprende un conjunto de contenedores para contener el fluido biológico a separar y los componentes separados, y, opcionalmente, uno o más contenedores adicionales para disoluciones de aditivos. Una cámara centrífuga de procesamiento vacía puede girar alrededor de un eje de rotación por acoplamiento de la cámara de procesamiento con una unidad impulsora de la rotación. La cámara de procesamiento tiene un axial o para colocar la cámara de procesamiento y contenedores fuera de comunicación.

El sistema según la Patente EP-B-0 912 250 está diseñado para funcionar para la separación de fluidos biológicos, y ha demostrado ser muy polivalente para muchas aplicaciones de separación, especialmente para la separación en línea de componentes de un donante o un paciente.

Descripción de la invención

Según la presente invención, dicho sistema está preparado para funcionar en un modo de separación, tal como se define en la reivindicación 1, y en un modo de transferencia de no separación, que proporciona mayores posibilidades de utilización del sistema, incluyendo nuevas aplicaciones que no se contemplaron hasta ahora, tales como la separación de células madre hematopoyéticas y, en general, el procesamiento de laboratorio. Según la presente invención, el sistema comprende medios para controlar el funcionamiento del sistema en dos modos de funcionamiento, un modo de separación y un modo de transferencia de no separación, en los que:

- en el modo de separación los fluidos se pueden introducir en la cámara de procesamiento mientras la cámara está girando o se encuentra estacionaria, el fluido introducido en la cámara se centrífuga y se separa en componentes, y los componentes separados se expresan mientras la cámara está girando u, opcionalmente, para el último componente separado, mientras la cámara se encuentra estacionaria; y

- en el modo de transferencia se introduce el fluido en la cámara de procesamiento y se extrae el fluido con la cámara estacionaria. La disposición de actuación de la válvula es facilitar la transferencia de cantidades de fluido de un contenedor a otro a través de la cámara de procesamiento, moviendo el miembro, sin centrifugación o separación del fluido en componentes, y los medios para monitorizar la posición de los miembros movibles controlan la cantidad de fluidos no separados transferidos.

En las reivindicaciones se exponen características adicionales de la presente invención. De este modo, la presente invención propone un kit (juego de elementos) de procesamiento funcionalmente cerrado asociado con un aparato portátil, cuya función es monitorizar y automatizar el proceso. El kit, habitualmente desechable para evitar la probabilidad de transmisión de enfermedades, se basa en una cámara centrífuga de procesamiento cuyo volumen puede variar durante el funcionamiento, permitiendo ajustar la cantidad exacta de sangre a procesar. Dicha cámara de volumen variable está descrita en la Patente EP-B-0 912 250 (C.FELL) mencionada anteriormente. La cámara está conectada a un conjunto de bolsas y líneas de conductos para recoger los componentes separados. La bolsa de sangre que contiene la sangre a procesar, generalmente, está conectada con el conjunto desechable a través de la utilización de un dispositivo de conexión estéril, o una conexión aséptica bajo flujo laminar. No obstante, es posible tener esta bolsa rellenada previamente con anticoagulante y preconectada al kit desechable.

Se puede conectar una bolsa que contiene una disolución de aditivos al kit desechable mediante un filtro bacteriano. Se proporcionan las otras bolsas para recoger los componentes separados. El material de las bolsas de recogida de las células madre se escoge óptimamente para las condiciones de almacenamiento.

La selección de las líneas de conductos para transportar los productos separados a las bolsas adecuadas se consigue mediante un conjunto de válvulas giratorias denominadas llaves de paso, que se pueden disponer en forma de distribuidor, o mediante una válvula giratoria multipuerto individual que forme parte del conjunto. Una disposición de este tipo permite eliminar cualquier contaminación cruzada entre líneas adyacentes cuando se utilizan válvulas de pinza estándar.

El kit desechable mencionado anteriormente colabora con una instrumentación para monitorizar y automatizar el proceso, por ejemplo, tal como se describe en la Patente EP-B-0 912 250 (C.FELL). La centrífuga impulsa un disco giratorio que recibe a la cámara de procesamiento centrífugo y la cierra en su lugar. Su tapa de cerrado retendrá y sostendrá la cubierta del cierre giratorio de la cámara de procesamiento.

Para monitorizar la posición del pistón, se coloca verticalmente en el lateral de la centrífuga un sensor óptico formado por un conjunto de LED y los correspondientes sensores receptores situados a 180ºC. Por tanto, se pueden medir exactamente los volúmenes que han entrado o se han extraído de la cámara. La cubierta superior recibe un módulo de sensores de línea óptica que monitoriza el color en el conducto efluente, retroalimentando esta información al programa de control. Un conjunto de ejes equipado con accesorios para impulsar un conjunto de válvulas de llaves de paso múltiples sobresale de la cubierta superior. Están acoplados a un conjunto de motores que permiten la selección de la línea de conductos. Los codificadores están unidos a los motores para monitorizar la posición de las válvulas de llaves de paso. El panel frontal incorpora una ventana que permite al usuario ver el desplazamiento del pistón en la cámara.

El procedimiento para extraer células madre de un cordón umbilical es tal como se indica a continuación. Inicialmente, la sangre se recupera del cordón umbilical en el momento del nacimiento y se recoge asépticamente en una bolsa de plástico, con un anticoagulante añadido, tal como Citrato-Fosfato-Dextrosa CPD-1 para evitar la coagulación. Después de realizar un muestreo inicial para determinar su riqueza en células madre, la bolsa es estéril o se conecta asépticamente al kit de procesamiento y el conjunto entero se carga al sistema de separación, que funciona inicialmente en el modo de separación o en el modo de transferencia, según se escoja. En el modo de separación, la centrífuga comienza a impulsar la cámara de separación a unas 4.000 rpm, y se introduce la sangre bajando el pistón de la cámara neumáticamente. A continuación, pueden ocurrir dos situaciones. Si el volumen de sangre a procesar es menor que el volumen de la cámara de procesamiento (detectado por el estado vacío del conducto efluente), el pistón se mantiene en una posición intermedia neumáticamente, monitorizado por el sensor de posición del pistón. Si el volumen de sangre llena completamente la cámara de separación, detectado por el pistón que alcanza el fondo de la cámara, el compresor neumático se para. En ambos casos, la velocidad de centrifugación aumenta hasta alrededor de 6.000 rpm para acortar el tiempo de sedimentación a 5-8 minutos. Después de este periodo, la centrifugación disminuye lentamente hasta alrededor de 4.000 rpm. Las llaves de paso se giran para permitir la recogida de los productos separados, y la presión neumática aumenta gradualmente para mover el pistón hacia arriba. La velocidad del pistón permanece baja, monitorizada activamente por el sensor de posición del pistón, para mantener el perfil de sedimentación de las células dentro de la cámara. Los primeros mililitros de la línea de entrada se purgan en las bolsas de células madre. A continuación, se extrae el plasma y se recoge en una primera bolsa. Éste es seguido por las plaquetas, empaquetadas en las capas intermedias, o capa leucocitaria. La aparición de las primeras plaquetas se detecta por el sensor de línea óptica que monitoriza el conducto efluente. En este momento, el producto, muy rico en células madre, se dirige a una segunda bolsa de recogida girando una válvula de llave de paso. Se pone en marcha un contador de volumen, que depende, entre otros factores, del volumen total de sangre procesada. Cuando se alcanza este volumen de recuento, se para la centrifugación. Se gira la válvula de llave de paso adecuada y se extrae el último producto, esencialmente un volumen de glóbulos rojos empaquetados con granulocitos residuales, en una tercera bolsa de recogida. A continuación, se puede realizar otro ciclo si la sangre de cordón umbilical no se ha procesado totalmente. En caso contrario, el proceso de separación y recogida de células madre finaliza en esta etapa.

Sin embargo, es posible reprocesar el contenido de la bolsa que contiene las células madre con el fin de purificar el producto adicionalmente. En este caso, se gira la válvula de llave de paso adecuada para admitir el contenido de la bolsa de concentrado de células madre. Por tanto, el procedimiento para recoger la capa rica en células madre es idéntico al que se ha descrito anteriormente.

Otra alternativa para aislar la fracción rica en células madre de la capa leucocitaria es utilizando productos formadores de gradiente de densidad, tales como los que se encuentran disponibles con los nombres de Ficoll y Percoll. En esta alternativa, se introduce, en primer lugar, un producto formador de gradiente de densidad en la cámara de procesamiento, seguido de la introducción de toda la sangre, y se separa un componente del fluido biológico en un contenedor determinado y su recogida se completa cuando aparece el gradiente de densidad. Posiblemente, el producto formador del gradiente de densidad se puede introducir durante el procesamiento.

La utilización de Ficoll consistiría, por ejemplo, en introducir, en primer lugar, el gradiente de densidad en la cámara de procesamiento, seguido, a continuación, de toda la sangre. Después de la completa introducción de sangre en la cámara, se inicia un periodo de sedimentación de unos pocos minutos. Las células madre y las plaquetas forman una interfase frente al gradiente, mientras que los eritrocitos y los granulocitos han pasado a través del Ficoll y están sujetos contra las paredes de la cámara de separación. A continuación, se eleva el pistón suavemente, igual que en el proceso estándar, y la fracción de células madre se recoge al aparecer las primeras plaquetas. La línea efluente se aclara de nuevo cuando el Ficoll sale de la cámara, que es el momento apropiado para detener la recogida.

Cuando se recogen las células madre mediante uno de los métodos descritos anteriormente, se puede introducir una disolución conservante adecuada en la cámara de procesamiento girando la llave de paso adecuada, funcionando el sistema en el modo de transferencia. A continuación, se retransfiere a la bolsa de células madre, controlando el volumen con precisión mediante el sensor de posición del pistón.

La bolsa que contiene el producto rico en células madre se puede desconectar en este punto del resto del conjunto. Su volumen varía entre 20 y 40 ml, dependiendo del volumen inicial procesado. Los subproductos de la separación, plasma y glóbulos rojos empaquetados, se pueden utilizar, entonces, para serología y tipificación de HLA, evitando cualquier pérdida de producto a causa del muestreo en la bolsa de células madre.

Este sistema y método de separación ofrece ventajas significativas sobre las técnicas de procesamiento manual. El kit desechable es un sistema funcionalmente cerrado, evitando así cualquier riesgo de contaminación del producto durante la manipulación. El protocolo está completamente automatizado a través de un sistema de control basado en un microprocesador, con capacidad de variar los parámetros principales, tales como la velocidad de centrifugación, el tiempo de centrifugación, la velocidad de introducción y extracción, el volumen de recogida, etc. La reducción de volumen para el producto de células madre representa una mejora de, como mínimo, el 50% en comparación con las técnicas actuales. La instrumentación es muy compacta y portátil, ideal para el procesamiento descentralizado de dichos procedimientos.

Un aspecto adicional de la presente invención es la utilización del sistema descrito anteriormente para procesar volúmenes variables de fluido biológico desde 10 ml hasta el volumen máximo de la cámara de separación, y para añadir una disolución de aditivos a los componentes separados, en particular, para la separación de células madre de sangre y la mezcla de las células madre separadas con una disolución conservante; para la separación de células madre hematopoyéticas de sangre de cordón umbilical; para la separación de células madre hematopoyéticas de una recogida por aféresis; y para la separación de células madre hematopoyéticas de un aspirado de médula ósea.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se describirá con más detalle mediante ejemplos con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

- La figura 1 es una elevación lateral esquemática y una sección transversal de una cámara de procesamiento y su junta giratoria, mostrando las diversas capas de sedimentación de los componentes de la sangre.

- La figura 2 es una elevación lateral esquemática y una sección transversal de una cámara de procesamiento y su junta giratoria, asociada con un sensor óptico para monitorizar el sensor del pistón, y el circuito de control.

- La figura 3 muestra de forma esquemática el conjunto desechable que transporta un sistema de llaves de paso de distribuidor para el procesamiento y la separación de sangre del cordón umbilical.

- La figura 4 muestra de una forma esquemática un conjunto de llaves de paso dispuesto en un distribuidor.

- La figura 5 es una elevación lateral esquemática y una sección transversal del impulsor del motor y de los elementos de control para girar cada llave de paso individual.

- La figura 6 es una elevación lateral esquemática y una sección transversal de una válvula giratoria multipuerto.

- La figura 7 muestra esquemáticamente la válvula giratoria multipuerto de la figura 6 con un puerto de entrada/salida localizado en el centro y una serie de puertos asociados localizados en la periferia.

- La figura 8 es una vista en perspectiva de una cabina que contiene la instrumentación y los dispositivos para el control del procesamiento.

- Las figuras 9.1 a 9.6 son diagramas funcionales que muestran las diversas etapas de la separación de la sangre de cordón umbilical utilizando un conjunto desechable que incluye una cámara de procesamiento y un conjunto de llaves de paso según la presente invención.

Descripción detallada del sistema

La cámara de procesamiento (20) está de acuerdo con la descrita en la Patente EP-B-0 912 250 (C.FELL). La figura 1 es una vista general de la cámara de procesamiento (20). Una junta giratoria (12) se localiza en su extremidad superior (10). El cierre giratorio (12) está formada por un cuerpo superior (1) y un cuerpo inferior (2). En medio se localiza un disco de fricción (3), generalmente fabricado con un material de baja fricción, tal como acero inoxidable pulido o cerámica. Un conducto central (7) fabricado con un material biocompatible, tal como policarbonato, se une al cuerpo superior (1). Una junta tórica (8) asegura la hermeticidad entre el cuerpo superior (2) y el disco de fricción (3). El cierre giratorio (12) se monta sobre un buje central (11) ajustado sobre la extremidad superior (10) de la cámara de procesamiento (20). Sin embargo, el buje central (11) puede ser una parte integral de la cámara (20). El espacio entre las paredes de el conducto central (7) y el buje central (11) es pequeño, unos 0,5 mm, para proporcionar una impedancia giratoria elevada y evitar que cualquier líquido llegue a la extremidad superior del buje (11). Se monta un cojinete de bola (9) sobre el buje (11) para asegurar la alineación adecuada de la cámara de procesamiento (20) cuando se inserta en el montaje de la centrífuga. Dos juntas de goma (5), (6) se localizan en cada lado del disco de fricción (3), estando el cierre (5) en la parte superior y el cierre (6) en la parte inferior. Las juntas (5) y (6) son del tipo de junta V y aseguran la hermeticidad a presión positiva y negativa, hasta, como mínimo, \pm 0,5 bar.

El pistón (21) está fabricado de un material transparente, tal como policarbonato, y está equipado con dos juntas tóricas (24) y (25). Estas juntas tóricas están fabricadas de un material de baja fricción, tal como silicio. La cámara de procesamiento (20) está cerrada en el fondo por una cápsula (22) que lleva un filtro bacteriano (23). El aire puede pasar a través de la abertura central (26) y del filtro (23) en la cápsula (22). La posición del pistón (21) se puede monitorizar con precisión mediante un montaje de sensor óptico (60) y (61) (figura 2). El montaje 61 está formado por un conjunto vertical de LED, preferiblemente con emisión luminosa en el espectro infrarrojo para reducir interferencias de la luz ambiental. Solamente está encendido el LED situado delante del pistón (21), para evitar interferencias de los otros LED. El rayo de luz atraviesa el pistón transparente (21), entre las dos juntas tóricas (24) y (25). Un conjunto lineal CCD 61 ("Dispositivo de Acoplamiento de Carga") se sitúa a 180ºC por el otro lado, generando los píxeles expuestos del conjunto 61 una señal 62 en forma de pico.

La señal 62 alimenta a un filtro de paso bajo 69 y la señal filtrada alimenta a un comparador 67 que también recibe del potenciómetro 68 un valor umbral para discriminar la señal filtrada del ruido ambiental. La salida del comparador 67 está conectada a la puerta de habilitación del contador 65. La señal de reloj 66 se utiliza para captar la respuesta de cada píxel individual del conjunto lineal CCD 61, y alimentarla hacia la entrada del contador 65. La salida del contador 65 está conectada a una CPU 64 que calcula la posición del pistón (21) y, cuando se requiere, cambia los LEDs 60 encendidos mediante un impulsor multiplexor/LED 63. De manera similar, cuando es necesario, la CPU 64 variará la señal del impulsor del compresor (70) que suministra al compresor (71) para aumentar o disminuir la presión aplicada debajo del pistón (21) para controlar su posición.

Esto sólo es un ejemplo del funcionamiento del sensor de posición para el pistón (21). La fuente de luz 60 podría ser una bombilla de filamento, o una fuente de luz lineal única. El conjunto lineal CCD 61 podría ser sustituido por un conjunto de dispositivos fotosensores. El dispositivo sensor receptor (61)también se podría colocar junto al dispositivo emisor de luz (62), trabajando el sistema con la luz de reflexión del pistón (61) en lugar de con la luz de transmitancia a través del pistón (21).

El conjunto desechable (figura 3) está compuesto por las bolsas (40) a (44), las líneas de conductos conectadas a llaves de paso (45) a (48), y la cámara de procesamiento (20). La bolsa (40) contiene la sangre de cordón umbilical a procesar. La bolsa (41) contiene la disolución conservante basada, generalmente, en una disolución de DMSO (Dimetilsulfóxido). Se conecta al conjunto desechable, a través de un filtro bacteriano (54) de 0,2 micras. La bolsa (42) es la bolsa de recogida del producto rico en células madre. La composición del plástico de la bolsa está fabricada de un material adecuado para el almacenamiento a largo plazo. La bolsa (43) es la bolsa de recogida para el plasma y la bolsa (44) es la correspondiente para los glóbulos rojos.

La figura 3 también muestra medios de rotación de la cámara (20) al contactar el fondo de la cámara (22) con un disco giratorio (55) sin ningún soporte en la periferia de la cámara.

Un conjunto de llaves de paso (45) a (48) (figura 5) organizado en un distribuidor (58) permite la conexión entre las diferentes líneas de conductos. Estas llaves de paso giratorias proporcionan un límite excelente entre diferentes líneas adyacentes y aseguran que no se produzca ninguna fuga entre una línea cerrada y una abierta, como es el caso con las válvulas de pinza del conducto. Tales distribuidores de llaves de paso existen en varias formas y están comercialmente disponibles. Las llaves de paso (45-48) están accionadas por un conjunto de motores (100) a (103) (figura 5). Los ejes superiores (84) a (87) de estos motores se engranan en la parte del fondo de las llaves de paso respectivas (45) a (48), utilizando agujeros de vía a través de la cabina de la cubierta superior (88). Como medida de seguridad para una posible actuación manual, los ejes sólo se pueden acoplar en la llave de paso en una posición, proporcionándose un dentado complementario para este propósito entre los ejes y la llave de paso. Los motores pueden ser motores de vías o motores DC con reductores. Están equipados con codificadores de posición (104) a (107), cuyas señales se retroalimentan a la unidad de control del microprocesador, asegurando que las llaves de paso están colocadas correctamente.

Una alternativa al uso de distribuidores de llaves de paso es una válvula giratoria multipuerto, tal como se muestra en las figuras 6 y 7. Se inserta un rotor central (127) en un estator (126). Se puede girar con fricción el rotor (127) y se puede accionar en el eje de un motor. El puerto central (120), conectado a la cámara de procesamiento (20), se puede conectar a los puertos periféricos (121) a (125) mediante rotación controlada con giros angulares de 72ºC. Como medida de seguridad para permitir una posible actuación manual, se pueden proporcionar en el rotor (127) y el estator (127) los dentados complementarios u otros medios para mantener el puerto central (120) en sus posiciones angulares seleccionadas alineadas con los puertos periféricos. Es necesario un solo motor para impulsar el rotor a través del hueco del engranaje (132). Dos juntas tóricas (130) a (131), aseguran la hermeticidad con el exterior (figura 6).

La cabina que sostiene la instrumentación se muestra en la figura 8. Contiene la tapa (94) para sostener el cierre giratorio (12) de la cámara de procesamiento (20). La tapa (94) está formada por dos discos semicirculares que pueden girar en la bisagra (89). Un sensor de línea óptica (83) permite la detección de colores en el conducto efluente (51). Sostiene dos canales fotosensores-LED, de longitudes de onda diferentes, tales como roja y verde, y es capaz de detectar las primeras células que salen de la cámara (20). Igualmente, puede detectar el estado vacío de el conducto efluente cuando se introduce el líquido en la cámara. La medida de la presión del puerto (86) recibe al filtro bacteriano (49) localizado en el conjunto desechable. Esto permite monitorizar la presión en la cámara de procesamiento (20). Los ejes superiores (84) a (87) de los motores accionadores de la llave de paso (100) a (103) (figura 5) están localizados detrás del sensor en línea (83). Un módulo inclinado (90) contiene la pantalla (82) para la información del usuario y un teclado (81) para controlar la instrumentación. Una ventana (91) está situada en el panel frontal (92), permitiendo visibilidad del movimiento del pistón de la
cámara.

Aplicación para la separación de sangre umbilical

Las figuras 9.1 a 9.6 muestran una aplicación para la separación de la sangre de cordón umbilical. La bolsa (40) contiene la sangre de cordón umbilical rica en células madre, recuperada del cordón umbilical en el momento del nacimiento de un niño.

Esta bolsa (40) contiene un anticoagulante, tal como CPD, para evitar los coágulos de sangre. La línea de conductos (53) está conectada de manera estéril a la línea (52) utilizando un dispositivo de conexión estéril o conectada asépticamente bajo flujo laminar. Sin embargo, también es posible tener la bolsa (40) preconectada a todo el conjunto. Las etapas de separación son:

Etapa 1 (figura 9.1)

Se giran las llaves de paso (45) y (46) para conectar la bolsa (40) a la cámara de procesamiento (20). Se inicia la centrifugación y se estabiliza inicialmente a una velocidad de 4.000 rpm. El sistema neumático de la instrumentación establece un vacío para mover el pistón (21) hacia abajo. Su velocidad se monitoriza por el montaje del sensor óptico 61 y 62, y el nivel de vacío se ajusta en consecuencia. Si el volumen de la bolsa (40) es menor que el volumen de procesamiento de la cámara (20), la línea de conducto efluente (51) se vaciará, lo cual se detecta por el sensor de línea óptica (83). El pistón (21) se mantiene sin movimiento estableciendo contrapresión a través del sistema neumático, y se registra el volumen admitido en la cámara (20). La velocidad de la centrífuga, aumenta gradualmente hasta alcanzar 600 rpm, aumentando la presión en consecuencia para mantener el pistón (21) en la misma posición. En el caso en que el volumen de la bolsa (40) es mayor que el volumen de procesamiento de la cámara (20), el pistón (21) alcanzará el fondo de la cámara, y el sistema neumático se apaga. En ambos casos, después de un tiempo de sedimentación de unos 5-8 minutos, la velocidad de la centrífuga disminuye lentamente, manteniendo una contrapresión constante debajo del pistón (21). Se giran las llaves de paso (46), (47), (48) para establecer una vía entre la cámara de procesamiento (20) y la bolsa de plasma (43).

Etapa 2 (figura 9.2)

Cuando la velocidad de la centrífuga baja hasta, generalmente, alrededor de 4.000 rpm, el pistón (21) se empieza a mover hacia arriba, con una velocidad preestablecida que permite velocidades de extracción de alrededor de 100 ml/min. Este valor se puede modificar a través de los parámetros del programa. Se empieza a recoger el plasma en la bolsa (43). Cuando el volumen de plasma extraído alcanza aproximadamente el 40% del volumen admitido, la velocidad de extracción se reducirá a la mitad. Las primeras plaquetas contenidas en la capa leucocitaria empiezan a ser extraídas, lo cual se detecta por absorbancia de luz en el sensor de línea óptica (83). A un cierto nivel de absorbancia, que se puede parametrizar con el programa de control, se gira la llave de paso (47) para establecer la vía entre la cámara de procesamiento (20) y la bolsa (42).

Etapa 3 (figura 9.3)

Se inicia un contador de volumen, y empieza la recogida de un producto muy rico en células madre. La velocidad de extracción siempre está bajo el control del montaje de sensor óptico de pistón (61) y (62). El usuario puede alterar el valor del contador de volumen en el menú del programa. Se escoge para abarcar toda la población de células madre, que tiene características de densidad y tamaño similares a la población de linfocitos. Dicho valor corresponde, generalmente, al 20-30% del volumen admitido en la cámara. Cuando se alcanza este valor, se giran las llaves de paso (47) y (48) para establecer una vía con la bolsa (44).

Etapa 4 (figura 9.4)

La centrifugación se para, generalmente, en esta etapa, y la presión disminuye para permitir una extracción fácil de los glóbulos rojos restantes en la bolsa (44). Esta fase se completa cuando el pistón (21) alcanza la parte superior de la cámara de procesamiento (20), detectado por el montaje del sensor óptico de pistón (61) y (62). En esta etapa, si la bolsa (40) no está vacía, el proceso se retomará en la Etapa 1, de lo contrario procederá hasta la Etapa 5, que es el modo de transferencia. Una fase opcional sirve para separar adicionalmente el producto de células madre devolviendo el contenido de la bolsa (42) a la cámara de procesamiento (20), centrifugando el producto una vez más y extrayendo sus componentes separados en las bolsas (43), (42) y (44) como antes.

Etapa 5 (figura 9.5)

Se giran las llaves de paso (45) y (46) para establecer una vía entre la disolución conservante de la bolsa (41) y la cámara de procesamiento (20). La disolución conservante generalmente tiene una composición basada en una disolución química con un 10 ó un 20% en volumen de DMSO, que también puede contener un tampón fosfato. Teniendo la centrífuga inactiva, el pistón (21) se mueve hacia abajo estableciendo un vacío con el sistema neumático. El volumen admitido es una proporción del contador de volumen descrito en la Etapa 4. Cuando se alcanza esta proporción, se para el vacío y se giran las llaves de paso (46) y (47) para establecer una vía entre la cámara de procesamiento (20) y la bolsa de células madre (42).

Etapa 6 (figura 9.6)

Se apaga el sistema neumático, y el pistón (21) se mueve hacia arriba. Se añade la disolución conservante al contenido de la bolsa de células madre (42). Esta fase de transferencia se completa cuando el pistón alcanza la parte superior de la cámara de procesamiento (20), detectado por el montaje de sensor óptico de pistón (61) y (62). Se puede añadir una fase adicional opcional si se necesita diluir adicionalmente el producto de células madre con plasma. En este caso, se repetirán las Etapas 5 y 6, con la diferencia de que se establecerá la transferencia entre la bolsa de plasma (43), la cámara de procesamiento (20) y la bolsa de células madre (42).

Cuando se completan todas las etapas anteriores, se pueden girar todas las llaves de paso un ángulo de 45ºC para cerrar todos los puertos de comunicación. Las bolsas (42) a (44) se pueden desconectar del resto del conjunto, el cual se puede descartar en este punto. La bolsa de células madre (42) está entonces a punto para ser transportada a una unidad de almacenamiento separada, utilizando los subproductos del plasma de la bolsa (43) y los glóbulos rojos (44) para tipificación de HLA y evaluaciones de control de calidad.

Se valorará que la inclusión de un modo de transferencia, es decir, las etapas 5 y 6, abre nuevas aplicaciones para el sistema que no estaban disponibles cuando el aparato funcionaba únicamente en el modo de separación, en particular, para aplicaciones que requieren la adición de una disolución de aditivos para los componentes separados.

Hay que entender que la presente invención se puede realizar de varias formas diferentes sin salir del espíritu de sus características esenciales. El alcance de la presente invención se define en las reivindicaciones adjuntas, más que en la descripción específica que las precede.

Además, el nuevo dispositivo de control óptico (60) a (71) descrito en la presente, así como la disposición de las llaves de paso (45-48) y los conductos, la válvula multipuerto (figuras 6 y 7), el cierre giratorio especial (1-7) para el funcionamiento en presión positiva y negativa, y el montaje de cojinetes axiales especiales de la cámara (20), que permiten el accionamiento sin mandril de sujeción, se pueden utilizar todos con ventajas en sistemas diferentes.

Claims

1. Sistema para el procesamiento y la separación de fluidos biológicos en componentes, que comprende un conjunto de contenedores (40, 42 a 44) para contener el fluido biológico a separar y los componentes separados, y, opcionalmente, uno o más contenedores adicionales (41) para las disoluciones de aditivos, y una cámara centrífuga de procesamiento vacía (20), que puede girar alrededor de un eje de rotación y que tiene una entrada/salida axial (7) para el fluido biológico a procesar y para los componentes procesados del fluido, conteniendo la cámara de procesamiento un miembro movible axialmente (21) que define un espacio de separación de tamaño variable para recibir fluido biológico, siendo el miembro (21) movible axialmente para admitir una cantidad seleccionada de fluido biológico a procesar en el espacio de separación a través de dicha entrada y para extraer componentes del fluido biológico procesado desde el espacio de separación a través de dicha salida, y medios (60 a 69) para monitorizar la posición del miembro movible axialmente (21) para controlar así la cantidad de fluido biológico introducida y la extracción de los componentes separados, comprendiendo el sistema adicionalmente un dispositivo de válvulas de distribución (45 a 48; 120 a 127) para establecer una comunicación selectiva entre la cámara de procesamiento (20) y los contenedores seleccionados (40 a 44) o para colocar la cámara de procesamiento y los contenedores fuera de comunicación, comprendiendo el sistema los medios para controlar el funcionamiento del sistema en dos modos de funcionamiento, un modo de separación y un modo de transferencia de no separación, en los que:

- en el modo de separación los fluidos se pueden introducir en la cámara de procesamiento (20) mientras la cámara está girando o se encuentra estacionaria, el fluido introducido en la cámara se centrífuga y se separa en componentes, y los componentes separados extraídos mientras la cámara gira u, opcionalmente, para el último componente separado, mientras la cámara se encuentra estacionaria; y

- en el modo de transferencia se introduce el fluido en la cámara de procesamiento (20) y se extrae el fluido con la cámara estacionaria, facilitando la disposición de actuación de válvula (45 a 48; 120 a 127) la transferencia de cantidades de fluido de un contenedor (40 a 44) a otro a través de la cámara de procesamiento (20), moviendo axialmente el miembro (21), sin centrifugación o separación del fluido en componentes, y dichos medios (60 a 69) para monitorizar la posición del miembro movible axialmente (21) controlan las cantidades transferidas de fluidos no separados.

2. Sistema, según la reivindicación 1, en el que la disposición de las válvulas de distribución comprende un conjunto de válvulas de llaves de paso giratorias (45 a 48) dispuestas en forma de distribuidor (58), o de válvula giratoria multipuerto (120 a 132).

3. Sistema, según la reivindicación 1 ó 2, en el que la disposición de las válvulas de distribución comprende un conjunto de válvulas de llaves de paso (45 a 48) conectadas a líneas de conducción que se interconectan con el conjunto de contenedores (40, 42 a 44), los contenedores adicionales opcionales (41), la cámara de procesamiento (20) y válvulas de llaves de paso adicionales, comprendiendo cada válvula de llave de paso (45 a 48) un miembro de válvula de llave de paso giratorio que tiene un eje (84 a 87) asociado con medios impulsores (100 a 103), siendo la rotación de dicho eje la que efectúa la conexión o desconexión selectiva de las líneas de conducción de las válvulas de llave de paso.

4. Sistema, según la reivindicación 3, que comprende medios para permitir la inserción de cada válvula de llave de paso (45 a 48) solamente en una alineación angular definida del miembro de válvula de llave de paso giratoria.

5. Sistema, según la reivindicación 1 ó 2, en el que la disposición de las válvulas de distribución comprende una válvula multipuerto que comprende un rotor central (127) montado giratoriamente en un estator anular (126), teniendo el rotor un puerto central (120) conectado con la cámara de procesamiento (20) y conduciendo a la periferia exterior del rotor, y teniendo el estator un conjunto de puertos (121 a 125) en localizaciones angulares seleccionadas, cada una de ellas conectada a un contenedor (40 a 44) y cada una de ellas conduciendo a la periferia interior del estator anular, pudiendo conectarse el puerto central (120) del rotor a los puertos seleccionados (12 a 125) del estator (126), o desconectados, por rotación del rotor (127).

6. Sistema, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el miembro movible es un pistón (21) montado de forma movible estrechamente con el fluido en una cámara centrífuga de procesamiento generalmente cilíndrica (20).

7. Sistema, según la reivindicación 6, que además comprende medios ópticos para monitorizar la posición del pistón (21), que comprende una alineación de elementos emisores de luz (60) generalmente paralelos al eje del pistón, y un alineamiento de elementos receptores de luz (61) generalmente paralelos al eje del pistón, estando los elementos receptores (61) dispuestos para recibir luz de los elementos emisores (60) transmitida a través o después del pistón (21) o reflejada por el pistón (21), y para enviar una señal (62) representativa de la posición del pistón.

8. Sistema, según la reivindicación 7, en el que los elementos receptores (61) están dispuestos para enviar dicha señal (62) a los medios (70, 71) para mover el pistón (21) y a los medios (60 a 65) para controlar la posición del pistón.

9. Sistema, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un sensor óptico (83) que monitoriza el fluido en la línea de conductos (51) conectada a la entrada/salida axial (7), para detener la admisión de fluido biológico cuando la línea de conductos (51) está vacía durante el modo de admisión y/o para proporcionar una señal de puesta en marcha de la disposición de las válvulas de distribución (45 a 48; 120 a 127) en el modo de extracción.

10. Sistema, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la entrada/salida axial comprende un cierre giratorio (3 a 6) que se puede montar en una cubierta estacionaria (1-2), pudiendo dicho cierre funcionar en condiciones de presión positivas y negativas en la cámara giratoria (20).

11. Sistema, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la cámara de procesamiento (20) está montada para girar alrededor de su eje mediante cojinetes (9; 72, 73) en los extremos opuestos de la cámara, estando un extremo de la cámara (20) asociado con medios (55-57) para girar la cámara (20) contactando el fondo de la cámara (22) con un disco giratorio (55) sin ningún soporte en la periferia de la cámara.

12. Sistema, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los medios para controlar el funcionamiento del sistema en los dos medios de funcionamiento mencionados, comprende un sistema de control basado en un microprocesador que controla un protocolo automatizado.

13. Método de procesamiento y separación de fluidos biológicos en un sistema, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende:

separación de un fluido biológico con el sistema funcionando en el modo de separación, mediante la introducción del fluido recuperado inicialmente en la cámara de procesamiento (20) mientras la cámara está girando o se encuentra estacionaria, centrifugando el fluido admitido en la cámara (20) para separar el fluido en componentes, y extrayendo los componentes separados mientras la cámara gira o, posiblemente, para el último componente, mientras la cámara se encuentra estacionaria; y

la transferencia del fluido entre contenedores (40 a 44) con el sistema funcionando en el modo de transferencia, mediante la introducción del fluido en la cámara de procesamiento (20) con la cámara estacionaria, actuando la disposición de distribución de válvulas (45 a 48; 120 a 127) para transferir una cantidad de fluido de un contenedor a otro (40 a 44) a través de la cámara de procesamiento (20), moviendo el miembro (21), sin centrifugación o separación del fluido en componentes, y monitorizando la posición del miembro movible (21) para controlar la cantidad transferida de fluido no separado.

14. Método, según la reivindicación 13, en el que un componente del fluido biológico se separa en un contenedor determinado (42), siendo controlada la cantidad separada de dicho componente en el contenedor determinado (42) mediante la monitorización de la posición del miembro mencionado (21), y se transfiere una disolución de aditivos desde un contenedor adicional (41) a dicho contenedor determinado (42) a través de la cámara de procesamiento (20) en el modo de transferencia mencionado, siendo calculada la cantidad de disolución de aditivos transferida como función de la cantidad de dicho componente separado en el contenedor determinado (42).

15. Método, según la reivindicación 13 ó 14, en el que se introduce un producto formador de gradiente de densidad y sangre en la cámara de procesamiento (20), y un componente del fluido biológico se separa en un contenedor determinado (42) y se completa su recogida cuando aparece el gradiente de densidad.

16. Método, según cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, en el que el funcionamiento del sistema en los dos modos de funcionamiento mencionados se controla según un protocolo automatizado por un sistema de control basado en un microprocesador.

17. Conjunto desechable para recoger y separar cantidades seleccionadas de fluidos biológicos que comprende la cámara centrífuga de procesamiento (20) de un sistema, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que la entrada/salida de la cámara centrífuga de procesamiento (20) está conectada a un contenedor (40) de fluido biológico, un contenedor adicional (41) que contiene una disolución de aditivos, un conjunto de contenedores (42 a 44) para recibir los componentes separados del fluido biológico, interconectados mediante una disposición de válvulas de distribución que comprende un conjunto de válvulas de llaves de paso giratorias (45 a 48) dispuestas en forma de distribuidor (58), o una válvula giratoria multipuerto (120 a 132).

18. Conjunto desechable de la reivindicación 17, en el que la disposición de válvulas de distribución comprende un conjunto de válvulas de llaves de paso tal como se define en la reivindicación 3.

19. Conjunto desechable de la reivindicación 17, en el que la disposición de válvulas de distribución comprende una válvula multipuerto tal como se define en la reivindicación 3.

20. Utilización del sistema, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, para procesar volúmenes variables de fluido biológico desde 10 ml hasta el volumen máximo de la cámara de separación (20), y para añadir una disolución de aditivos a los componentes separados.

21. Utilización, según la reivindicación 20, para la separación de células madre de sangre y mezclar las células madre separadas con una disolución conservante.

22. Utilización, según la reivindicación 21, para la separación de células madre hematopoyéticas de sangre de cordón umbilical, de una recogida por aféresis, o de un aspirado de médula ósea.