JP3575620B2 - 細胞懸濁液の連続調整方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、細胞懸濁液を遠心分離し、分離した細胞懸濁液の成分を個別に取り出す、細胞懸濁液の連続調整方法に関する。
【０００２】
さらに本発明は、環状ダクトを備えた少なくとも１つの分離チャンバー、細胞懸濁液の供給ダクト、生産すべき高純度細胞濃縮物の排出ダクト、及び細胞懸濁液中の不要な成分の排出ダクトを有する遠心分離機を具備した、細胞懸濁液の調整方法より具体的には上述した方法を実施するための装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
従来技術において、このような分離装置及び対応する方法、より具体的には血液をその成分に分離し、後者（例えば赤血球又は血しょう）をさらに他の用途に用いる分離装置及び対応する方法に対して多くの提案がなされている。
【０００４】
このような方法及び装置には多くの医療上の応用法がある。これらの応用分野の１つは手術中における自家輸血法（ｉｎｔｒａｏｐｅｒａｔｉｖｅ ａｕｔｏｔｒａｎｓｆｕｓｉｏｎ）であり、この方法は外来の血液の使用を節約する輸血技術を代表し、過去１０年間に広い応用が見いだされてきている。手術中における自家輸血法は手術現場から収集された血液を再輸血する方法である。手術中における自家輸血法の分野では収集した血液の粒子ろ過を含むだけのいわゆる「全血輸血法」を用いることができるが、より複雑な方法は血しょう分離・洗浄法であり、この方法は再輸血のための洗浄された赤血球濃縮物へ導く。自己由来の血液、換言すれば他の起源からの血液（相同血液）と対照されるものとしての患者からの血液を輸血することの利点は、例えばエイズ、肝炎又はその他の感染症の防止、さらには生物学的不適合及び免疫系の反応による輸血反応の防止にある。
【０００５】
手術中における自家輸血技術の発展の一部として、全血の輸血は洗浄された赤血球濃縮物の輸血と比較して欠点があることがわかってきている。全血輸血法の欠点は、収集した血液中の望まない成分が除去できないことである。手術中における血液は、未知量の溶血反応生成物、組織中へ浸出したすなわち外部から過剰量入ってくる外来成分、抗凝血剤、活性化された血しょう性及び細胞性の凝固因子、凝固活性化からもたらされるフィブリン溶解系の生成物を含んでいる。これらの全ての成分は、臨床上の複雑化の原因となり、さらには応用分野の限界へ導く。従来技術においては、このような血液の自家輸血システムにおいてフィルターシステムを利用することが示唆されてきたが、これは血ぺい又は組織の断片を留めるだけである。このようなシステムは米国特許第４，０１４，３２９号で提案されている。米国特許第４，８８６，４８７号は過剰の流体を分離するための装置を記載しているが、凝固因子、洗浄液、抗凝血剤及びその他の添加物を血液とともに患者に戻している。
【０００６】
全血輸血の代替法として、遠心分離機を用いる、血しょう分離法及び血しょう分離法と洗浄法との組み合わせ、又は洗浄法単独が発展してきた。このような方法は、独国特許公開２，２６２，８５６ Ａ号及び国際公開ＷＯ ８９／０１７９２号に記載されている。しかし、これらの遠心分離機は不連続的に作動するという欠点がある。血液の処理及び再輸血のための個々の工程は時間的には相互に次々と行われ、この間これらの処理はその方法が機能的に操作可能であることを保証するためには、完全に満たされたチャンバーで比較的大きな単位で行わなければならない。このため例えば、遠心分離機において２２５ｍｌの赤血球濃縮物を収集する必要がある。
【０００７】
このような操作が不連続的な方法の欠点は、より具体的には初期容量が大量であることに見られ、この初期容量はそれぞれの調整段階に必要である。したがって、例えば小児科において必要とされるような少量の処理は全く不可能である。さらに、このような不連続操作法の本質的な欠点は遅い処理速度に見られ、これは個々の工程の段階的な実施によって引き起こされる。
【０００８】
したがって、公知の方法及び装置は、手術中における自家輸血の場合に必要とされるような細胞懸濁液の連続調整に適していない。
【０００９】
独国特許公開３，８１７，６６４ Ｃ号は、全血を洗浄溶液に対して反対方向において遠心分離する、向流抽出遠心分離機を記載している。しかし、この装置も方法も、不要な成分が信頼性よくかつ効果的に分離されないため、自家輸血の場合に起こる要求を実現することができない。
【００１０】
装置に関して最も関連のある従来技術は欧州特許公開１５５ ６８４ Ｂ１号で構成されており、これは血液の分離装置を記載し、全血フィードを希釈するための低血小板血しょうを戻している。しかし、この装置は、分離チャンバーに適当な供給ダクト系がないため、問題になっている応用分野には使用できない。
【００１１】
米国特許第４，０１０，８９４号は、環状ダクトを持つ遠心分離機を示しており、この環状ダクトは赤血球、血しょう及びさらに他の血液成分を個別に取り出せる見込みがある多段階の操作を可能にさせる。この装置も、細胞懸濁液の所望の成分を十分に分離しないため、本発明の目的には適していない。細胞濃縮物は十分な分離のために必須の洗浄操作を受けることができない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の一つの目的は、簡単な構造を持ち使用するのに簡単で信頼性があり、しかも血液懸濁液中の不要な成分を効果的に分離させることができる、最初に述べたタイプの方法と装置を提供することにある。
【００１３】
本発明のさらに他の目的は、連続的に作動するようなシステムを提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、小容量の細胞懸濁液の調整（このような調整が高効率かつ短時間で行われる）が可能な方法と装置を創作することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、方法に関しては、細胞懸濁液中の細胞を連続的に濃縮し、濃縮した細胞を洗浄溶液に再懸濁し、残存成分を細胞から分離するため、本発明の目的が達成される。
【００１６】
本発明による方法は、一連の重要な利点によって特徴づけられる。本発明によれば、実際に１種の細胞を分離するための連続的な方法が提供される。この場合所望のタイプの細胞好ましくは赤血球を遠心分離により細胞懸濁液から分離する。この後、洗浄溶液に再懸濁することにより、細胞濃縮物を洗浄する。その後、さらに遠心分離することにより、廃洗浄溶液を分離する。したがって、非常に効率的に、細胞懸濁液の所望の成分を高濃度かつ高純度で得ることができる。したがって、この方法は危険性なしに手術中に血液を調整し再輸血するのに特に適している。本発明の方法は、連続的に操作され、かつ少量の初期容量が必要となるだけである。すなわち、血液を損なうことのない低いポンピング速度において、速い血液処理速度つまり赤血球濃縮物に対して速い調整速度（６０〜１００ｍｌ／ｍｉｎ）で操作できる。さらに、赤血球濃縮物を直接的な再輸血に用いることができる。３段階の連続的な操作方法のさらに他の実質的な利点は、全工程に必要な時間が少なくとも２桁まで減少することにある。
【００１７】
本発明の方法によれば、５０〜７０％のヘマトクリット値が生じるような細胞の濃縮を提供できる。このことは、供給された全血中の最初の血しょう量の少なくとも９５％が分離されることを意味する。
【００１８】
洗浄溶液としては、生理塩化ナトリウム溶液又はリンゲル溶液などを用いることができる。
【００１９】
本発明の方法は、通常典型的には以下のような仕方で実施される。
【００２０】
典型的には１０〜３０％のヘマトクリット値を有する血液を手術現場から吸引し、抗凝固処理し、ろ過し、一時的に容器に保管する。血液を供給ダクトを経由して分離チャンバーへ供給し、その比重に応じて成分に分離し、分離した血しょうを流出させる。第２段階において、洗浄溶液を連続的に加えることによって、濃縮した細胞部分（より具体的には赤血球濃縮物）を再懸濁する。引き続き繰り返される分離において、残存する非細胞成分を流出させ、そして廃洗浄溶液を除去することにより得られるのが非常に純粋な赤血球濃縮物である。
【００２１】
本発明によれば、すでに述べたダクトに加えて洗浄溶液の供給ダクトを備えることにより、分離装置に関する目的が達成される。
【００２２】
本発明の装置のさらに発展したものでは、細胞懸濁液を分離するための第１の領域、再懸濁するための第２の領域、及び再懸濁した細胞を再度分離するための第３の領域を有する装置が提供される。本発明によれば、分離チャンバーは１つの部品、２つの部品、又はさらに３つの部品で設計されていてもよい。分離チャンバーは自己支持性の堅固な構造物として設計することができる。さらに、使い捨ての再生可能な部品として設計することができる。
【００２３】
本発明によれば、洗浄溶液の供給ダクトは洗浄溶液が向流で流れるように適宜な仕方で配置される。この観点から、廃洗浄溶液の排出ダクトがもはや不要になった成分の排出ダクトと一体化されていてもよい。このことは、装置が構造上及び技術的な特徴においてより簡単であることを意味する。
【００２４】
【実施例】
新規な分離装置のさらに有利に発展したもの及び好適な形態は、添付の図面とともに以下の実施例の詳細な記述的開示から理解できるであろう。
【００２５】
図１において、読者は分離チャンバー１の概略図を見ており、この分離チャンバーはらせん環状ダクト２を囲んでいる。この環状ダクトは、半径方向に対称、又はらせん形状となるように設計することができる。例えばこの場合の環状ダクト２の１つの外側１０には、細胞濃縮物例えば全血のための供給すなわちフィードダクト３が配置されている。環状ダクト２の外側１０には、細胞濃縮物（赤血球濃縮物）のための排出ダクト４が配置され、遠心力を利用して赤血球の取り出しを行う。環状ダクト２のそれぞれ中間領域又は末端領域には、洗浄溶液の供給ダクト６が設けられ、洗浄溶液は遠心力を利用せずに供給される。環状ダクト２の内側１１には、もはや不要な成分（血しょう）の排出ダクト５があり、このダクトは廃洗浄溶液すなわち汚れた洗浄溶液の排出ダクト７と一体化されている。これらの出口は環状ダクト２の中心に配置してもよいが、洗浄された赤血球濃縮物の出口まで及び血液入口まで延びている部分に配置してもよい。
【００２６】
図２は、図１に図示された分離チャンバー中での血液の分離の経過を示し、分離中に起こる現象すなわち分離の経過は遠心力の方向に対して反対方向に描かれている。図２の左側部分において、全血の供給は供給ダクト３によって示され、環状ダクト２中で集まる全血１２は第１領域８で遠心力の効果により分離され、この間赤血球は環状ダクト２の外側１０に沈降する。一方、血しょう１４は連続的に排出ダクト５から抜き出される。
【００２７】
赤血球濃縮物が６０％を越えるヘマトクリット値を有している領域において、やはり遠心力方向に対抗して供給ダクト６から洗浄溶液が供給される。このような洗浄溶液は、供給方向が半径方向であるため、混合領域１５において最適な仕方で赤血球濃縮物と混合される。
【００２８】
後続の分離の経過の間に、赤血球１３は第２領域９において廃洗浄溶液１６から分離状態となり、この洗浄溶液は排出ダクト７から除去される。この場合、排出ダクト５及び７は一体化されている。洗浄された赤血球濃縮物は排出ダクト４から取り出され、患者に供給される。
【００２９】
図３は、デザインの変形を示し、この場合チャンバーは２段階に設計されている。図２による第１実施例のように、全血（１２）は環状チャンバー２の外側１０から供給ダクト３を通って供給される。赤血球濃縮物１３はダクト１７から引き出され、一方血しょうは排出ダクト５から取り出される。ダクト１７の付近に洗浄溶液の供給ダクト６が設けられ、その中で洗浄溶液は赤血球濃縮物と混合される。この領域のうち第２の部分９における引き続く分離の後、赤血球濃縮物は排出ダクト４から取り出され、一方廃洗浄溶液１６は排出ダクト７から取り出される。
【００３０】
図４はらせん分離チャンバー１のデザインの詳細を平面図で示しており、この実施例は構造的には実質的に図１及び２に図示された実施例と同じである。
【００３１】
図５及び６は洗浄溶液の供給ダクト６のデザインの一部を斜視図で示している。明確化のために赤血球１３及び血しょう１４を表示し、読者が図２にも注意を促すようにしている。図５及び６に図示された実施例の場合には、洗浄溶液はホース又はパイプ１８から円錐体１９に供給される。供給は円錐体１９の小さい径を有する低部領域になされる。円錐体１９は平板状のリブ（一般的に中空になっている）を介して、分離チャンバーの内部空間とつながっている。分離の方向（図２参照）で考えると、中空リブ２０には、環状ダクト２の内部へ向かう湾曲部２１が隣接しており、この湾曲部はある程度のダムを構成する。一方、ダムに向かい合った中空リブのエッジ２２は丸く面取りされている。このデザインでは、ギャップの全高さに沿って洗浄溶液の流入流れを均一にできる。このことは、層流ひいては均一な完全混合をもたらす。中空リブすなわちギャップ２０は例えば幅が０．５〜２０ｍｍである。
【００３２】
以上の説明は本発明のいくつかの望ましい実施例に限定されているが、本発明をそれらに限定することを意図しているものではない。実際、当業者は、共通の発明概念を遂行するため及び個々の場合に特有の条件に適合させるために、より具体的には細胞と洗浄溶液とのより密接な接触を確保する、換言すれば混合が可能な限り完全になるように、有効な多くの可能性を有するであろう。洗浄溶液の量に関しては、応用の個々の場合に応じてある程度ではあるが、分量を種々に増減できる。通常の場合、洗浄溶液の量は残存血しょうの約１０倍に等しい。しかし、非常に不純な又は損なわれた血液の場合には、他の希釈率が有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】新規な分離チャンバーの一実施例を示す平面図。
【図２】図１に図示された分離チャンバーにおける現象を詳細に作用的に示す図。
【図３】本発明による分離チャンバーのさらに他の実施例における作用を詳細に示す図。
【図４】本発明による分離チャンバーの構造を詳細に示す平面図。
【図５】洗浄溶液の入口部分のデザインをより拡大した部分的な斜視正面図。
【図６】図５に示されたデザインの側面図。

Claims (15)

1. 細胞懸濁液を遠心分離し、分離した細胞懸濁液の成分を個別に取り出す細胞懸濁液の連続調整方法において、連続的に細胞懸濁液中の所定の細胞を濃縮し、濃縮した細胞を洗浄溶液中に再懸濁し、残存成分を細胞から分離することを特徴とする細胞懸濁液の連続調整方法。
2. 細胞懸濁液が血液を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 濃縮した細胞が赤血球からなることを特徴とする請求項２記載の方法。
4. 細胞の濃縮が約５０〜７０％のヘマトクリット値を生じることを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 残存血しょう含有量が最初の血しょう量の５％未満まで減少することを特徴とする請求項３又は４に記載の方法。
6. 生理塩化ナトリウム溶液又はリンゲル溶液が洗浄溶液として用いられることを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の方法。
7. 細胞懸濁液を調製する方法を実施するための分離装置、具体的には請求項１乃至６のいずれか１項による方法を、少なくとも１つの分離チャンバー（１）、細胞懸濁液の供給ダクト（３）、少なくとも１つの生産すべき高純度細胞濃縮物の排出ダクト（４）、少なくとも１つの不要な成分の排出ダクト（５，７）、および少なくとも１つの洗浄溶液の供給ダクト（６）を有する遠心分離機を用いて実施するための分離装置であって、前記分離チャンバーは環状ダクト（２）の形態に形成され、前記環状ダクト（２）は２つの端部で閉じられ、一端部に細胞懸濁液の供給ダクト（３）が、他端部に生産すべき高純度細胞濃縮物の排出ダクト（４）が接続され、前記環状ダクト（２）は細胞懸濁液の分離のための領域（８）、細胞の再懸濁のための領域（１５、１７）および再懸濁した細胞の分離のための領域（９）の３つの領域を有することを特徴とする分離装置。
8. 装置の全範囲にわたって洗浄溶液を向流で流すために、洗浄溶液の供給ダクト（６）が、廃洗浄溶液の排出ダクト（７）より上流又は下流に配置されていることを特徴とする請求項７記載の分離装置。
9. 廃洗浄溶液の排出ダクト（７）が、不要な成分の排出ダクト（５）と一体化されていることを特徴とする請求項７または８に記載の分離装置。
10. 分離チャンバー（１）が、半径方向に対称、らせん状、又は二重らせん状となるように設計されていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の分離装置。
11. 洗浄溶液の供給ダクト（６）が、重力に対して反対方向の流れを目的として、外側から内側へ向かう半径方向に配置されていることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の分離装置。
12. 分離チャンバー（１）が、１つの部品になっていることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の分離装置。
13. 分離チャンバー（１）が、２つの部品になっていることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の分離装置。
14. 分離チャンバー（１）が、自己支持性で堅固に設計されていることを特徴とする請求項７乃至１３のいずれか１項に記載の分離装置。
15. 分離チャンバー（１）が、使い捨ての再生可能な部品として設計されていることを特徴とする請求項７乃至１４のいずれか１項に記載の分離装置。

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