KR20160107345A

KR20160107345A - 지방 조직 원심 분리기 및 그 사용 방법

Info

Publication number: KR20160107345A
Application number: KR1020167023549A
Authority: KR
Inventors: 존 이 나쉬; 윌리엄 티 피셔; 지노 브라디카
Original assignee: 디에스엠 아이피 어셋츠 비.브이.
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2016-09-13
Also published as: IL246638A0; JP2020093257A; JP2019081176A; IL274717B; JP6673603B2; US20180230418A1; US10711239B2; EP3660140A1; CN110064527B; EP3099416A1; EP3099416A4; WO2015117007A1; KR102502975B1; CN106413904A; IL274717A; IL246638B; US20230159881A1; EP3099416B1; US10125345B2; CA2938268A1

Abstract

원심 분리 장치는 생물학적 혼합물, 예를 들어 지방 조직의 성분을 크기조정 및 분리하기 위해 제공된다. 이 장치는 조직이 메시 요소 또는 크기조정 나선 또는 압출 요소를 통과하게 하는 원심 분리에 의해 조직 내의 섬유 구조물의 기계적 파괴를 제공하며, 따라서 재료가 슬러리로 감소된다. 이 처리된 재료는 이후 다능성 세포를 함유하는 분획을 채취하기 위해 원심 분리에 의해 그 성분으로 분리될 수 있다. 이들 다능성 세포는 치유와 조직 재생을 자극하기 위해 다양한 의료 처치용으로 사용될 수 있다.

Description

지방 조직 원심 분리기 및 그 사용 방법{ADIPOSE TISSUE CENTRIFUGE AND METHOD OF USE}

(관련 출원에 대한 상호-참조)

본 출원은 2014년 1월 31일자 미국 가특허출원 제61/934,069호의 출원일의 이익을 청구하며, 이 문헌의 개시내용은 본 명세서에 참조로 원용된다.

본 발명은 원심 분리기에 관한 것이다.

다능성(multipotent) 세포는, 예를 들어 치료 부위의 증강된 세포 재생을 제공함으로써, 환자의 환부의 치유를 보조하기 위해 다양한 의료 처치에 유용한 것으로 알려져 있다. 다능성 세포는 외과적 처치에 사용하기 위한 생물의 몸체의 다양한 조직으로부터 공급될 수 있다. 다능성 세포는 자기 유래적일 수 있으며, 이 경우 환자는 동 환자를 치료하기 위해 사용되는 세포에 대한 공여체이다. 용어 "다능성 세포"는 지방-유래 줄기/간질 세포, 지방-유래 성체 줄기 세포, 지방-유래 성체 간질 세포, 지방-유래 간질 세포, 지방 간질 세포, 지방 간엽 줄기 세포, 지방 아세포, 주피 세포(pericyte), 전구 지방세포, 및 처리된 지방 흡입물(processed lipoaspirate) 세포로 기재되기도 하는 지방-유래 줄기 세포를 포함한다.

인체의 지방 조직은 상당한 개수의 다능성 세포를 보유하는 것으로 주지되어 있으며, 실제로 골수보다 지방에 훨씬 더 많은 다능성 세포가 단위 체적당 저장되어 있다. 일부에서는 단위 체적당 지방 조직에 저장된 다능성 세포 대 골수에 저장된 다능성 세포의 비율을 500대 1로 추정한다.

지방으로부터 다능성 세포를 취득하기 위해, 지방의 샘플은 관련 기술 분야에 공지된 기술에 의해, 일반적으로 예를 들면 수술 또는 지방 흡입에 의해 환자로부터 취득된다. 지방 조직을 함께 유지하는 콜라겐 망 내의 펩타이드 결합을 파괴하고 개별 세포 주위의 기저막을 파괴하기 위해 콜라게나제 또는 트립신 등과 같은 효소를 이용하는 것이 알려져 있다. 이것이 이루어진 후, 다능성 세포는 원심분리, 침강 또는 여과 기술을 사용하여 분리 및 농축될 수 있고, 농축물은 지방 샘플을 치료하기 위해 사용되는 효소(잔류물)를 제거하기 위해 세정된다. 콜라겐 망을 파괴하기 위해 추가된 작용제를 제거하는 것이 중요하다고 생각되는데, 그것은 이들 효소가 채취된 세포의 생존성 감소를 초래하는 것으로 생각되기 때문이다. 세정된 농축물은 손상의 가속 복구를 목적으로 다시 환자에게 주입하기 위해 이용될 수 있다. 불행히도, 다능성 세포의 유용한 샘플을 준비하기 위한 이 과정은 수 시간(경우에 따라 최대 14일)을 요하고, 이는 이러한 시술의 임시(ad-hoc) 사용을 어렵거나 불가능하게 만들며, 다중 처리 단계를 요하고, 따라서 오염 가능성이 증가하고, 무균성을 손상시키며, 프로세스는 숙련된 기술적 지식을 요한다.

지방 조직에서 분리된 다능성 세포의 시료를 조제할 뿐만 아니라 다능성 세포가 골수 샘플에서 분리될 수 있는 것은 이전에 알려져 있다. 그러나 골수로부터 세포를 얻기 위해서, 환자는 골수 천자(bone marrow aspirate: BMA)가 인출되기 전에 골수 공간/골 공동(예를 들면, 장골릉)의 매우 불편한 천자를 견딜 수 있어야 한다. BMA 샘플은 이어서, 일부 손상의 복구를 위해 환자에게 주입될 수 있는 세포 농축물을 얻기 위해 원심 분리기에서 침강된다. 이 수순의 타이밍은 치료실에서의 임시 사용을 가능하게 하지만, 얻어진 농축물은 농도를 증가시키는 배양법을 채용하지 않고 특정 용도에 부족한 선량 레벨을 가질 수 있다. BMA를 이용하는 시술은 지방으로부터의 다능성 세포를 이용하는 시술에 경합할 수 있지만, BMA 시술을 위한 조직의 채취는 고통스러운 접근 과정을 필요로 한다는 단점을 갖는다.

따라서, 채취한 세포를 단기간에(5분 미만에) 제조할 수 있는 외과적 처치에서 채취된 세포의 임시 사용을 가능하게 하고, 광범위한 기술적 훈련을 요하지 않는 용이한 단계로 간단한 프로토콜에 따라 수행될 수 있는 신속한 다능성 세포 수집, 분리, 농축 장치 및 방법이 필요하다. 본 발명은 수집 또는 채취된 지방 조직으로부터 신속하고 확실한 다능성 세포 분리를 제공하기 위한 콤팩트한 무균의 내장형의 사용하기 쉬운 원심 분리 유닛과, 수집 또는 채취된 지방 조직으로부터 다능성 세포를 신속하고 확실하게 분리하기 위한 방법을 제공함으로써 상기 필요(및 기타)를 해결한다. 지방 조직은 이것들에 한정되지 않지만, 지방 흡입 및 외과적으로 채취된 지방을 포함하지만 이것에 한정되지 않는 관련 기술분야에 공지된 임의의 수단에 의해 수집 또는 채취될 수 있다. 지방 조직의 경우에, 생물학적 혼합물은 지방 및 섬유 조직에 더하여 추출을 위해 지방을 안정시키는데 사용되는 팽창액(예를 들면, 생리 식염수, 에피네프린, 리도카인 등)의 일부로 구성되며, 다능성 세포는 지방 및 섬유 조직에 존재한다. 다능성 세포를 격리시켜 채취하기 위해, 장치는 콜라겐 구조를 기계적으로 파괴하고 그 분획(fraction)을 비중에 의해 분리하는데, 이는 다능성 세포를 함유하는 분획을 수집하여 진단적, 치료적, 또는 외과적인 다양한 형태의 시술에 사용하기 위해 격리시키기 위한 것이다.

재이식을 위한 지방 처리와 관련하여, 바로 위에서 설명했듯이 조직 구조로부터의 다능성 줄기 세포를 분리할 필요가 없는 방식으로, 외과적으로 이용될 채취된 지방의 샘플을 대안적으로 얻을 수 있다. 예를 들어 자가 지방 이식으로도 지칭되는 지방 전송은 환자의 지방 조직의 제거 및 재이식을 포함한다. 지방 물질은 일반적으로 복부, 대퇴부 또는 엉덩이와 같은 신체 영역에서 제거된다. 추출 기술(예를 들면, 외과적 제거, 지방 흡입 등)에 따라서, 조직 추출물로부터 채취한 샘플(예를 들어, 팽창성 용액)의 특정 부분을 제거할 필요가 있을 수 있다. 또한 샘플을 채취하기 위해 사용되는 기술에 따라서, 균질한 제품을 생성하고 의도된 목적으로 적절한 미립자 크기의 재료를 제공하기 위해, 조직을 크기조정(sizing)할 필요가 있을 수 있다. 조직의 크기조정은 샘플을 재이식하기 위한 액세스가 제한되는 많은 임상 적용에서 바람직하다. 예를 들어, 심미적 문제(예를 들면, 얼굴 화장술)가 있는 경우, 절개 흉터를 최소화하기 위해, 시술은 작은 직경의 바늘을 통해서 물질을 주입함으로써 수행될 수 있다. 안면 필러로서 사용되는 경우, 지방 이식은 얼굴의 주름진 부분과 침몰 부분을 개선할 수 있고, 입술과 뺨에 팽만감을 추가할 수 있다. 지방 이식은 또한 대개 임플란트를 대신하여 유방 및 둔부 증강에 보편적으로 사용된다.

현재의 지방 이식은 다양한 기술 및 수술 도구를 사용하여 지방 물질을 채취함으로써 이루어진다. 그 결과, 채취되는 생성물은 채취를 위해 사용된 기술의 결과로, 세포 생존율, 조직(예를 들면, 입자 크기) 및 조성물(예를 들면, 지방 조직, 혈액, 팽창성 용액, 기름, 생리 식염수, 물)에 있어서 상당히 다를 수 있다. 이것은 재이식 전의 지방 샘플 처리 중에 유익하게 차지할 수 있는 재료의 변동을 초래한다. 또한, 재이식을 위해 지방 샘플에 적용되는 조제 기술 및 장비도 변경될 수 있으며, 그 결과 잠재적으로 재료의 의도된 사용 목적으로는 너무 작은 입자 크기로 크기조정될 수 있는 재이식용으로 준비된 생성물이 초래되고, 이는 과도한 처리의 원인이 되는 낮은 세포 생존율을 초래하며, 이식된 재료의 씻겨나감 및/또는 이식된 부위의 체적 손실 가능성이 증가된다. 대안적으로, 의도된 사용 목적으로는 너무 큰 입자 크기로 크기조정된 샘플은 이식 시에 문제를 초래할 수 있는 바, 예를 들면 불균일한 조직, 재이식용으로 사용되는 좁은 게이지 바늘의 폐색, 및 생존율에 부정적인 영향을 미칠 수 있는 큰 입자 크기 이식편의 혈관재건상의 어려움을 초래할 수 있다.

상기 문제를 해결하기 위해 본래 수집 기술에 관계없이 재료를 유용한 일관성으로 크기조정할 수 있고 이식용 재료의 신뢰성있는 조성을 제공할 수 있는 장치가 요구된다.

추가로, 지방 이식용으로 채취한 지방을 무균 폐쇄 시스템에서 확실히 균일한 입자 크기를 갖는 균질한 재료로 신속히 처리할 수 있는 단일 장치가 요구된다. 이상적인 장치는 지방 샘플의 초기 채취 방식과는 독자적인 방식으로 재료를 일관성있게 크기조정할 것이다. 또한, 샘플로부터 혈액, 물, 생리 식염수, 기름, 팽창성 용액 중 하나 이상을 제거하는 등에 의해 채취된 샘플에서 불필요한 성분의 적어도 상당 부분을 제거할 수 있고 주입될 성분을 보존할 수 있는 장치가 요구된다. 또한, 이상적인 장치는 이식될 세포의 생존율을 극대화하기 위해, 샘플 내의 세포 성분 및 조직 구조에 대한 손상 가능성을 최소화할 것이다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 생물학적 혼합물, 예를 들어 지방 조직을 처리하고 그 성분을 선택적으로 농축하기 위한 원심 분리기가 제공된다. 상기 성분은 상이한 비중을 가지며, 원심 분리기에 의해 생성되는 원심력 장에서 성층될 수 있다. 원심 분리기는 처리 조립체 및 회전 소스를 포함한다. 처리 조립체는 내부 챔버, 외부 챔버, 하나 이상의 절단 요소 및 환형 스크린을 포함한다. 내부 챔버는 생물학적 혼합물을 수용하도록 구성되고 중심 종축을 가지며, 이 중심 종축 주위로 내부 챔버가 회전되도록 구성되며, 원추형 부재, 베이스, 및 중심 종축을 따라서 제 1 위치에 제공되고 내부 챔버를 통해서 반경방향으로 연장되는 하나 이상의 압출 구멍을 포함한다. 외부 챔버는 내부 챔버로부터 생물학적 혼합물을 수용하도록 구성되고, 내부 챔버의 중심 종축 상에 및 내부 챔버 주위에 동축적으로 배치된다. 외부 챔버는 중심 종축 주위로 회전하도록 구성되고 외부 챔버 벽과 접시를 구비한다. 하나 이상의 절단 요소는 내부 챔버의 일부와 외부 챔버 사이에 배치되고, 내부 및 외부 챔버의 회전에 대해 고정 상태로 유지되도록 구성된다. 환형 스크린은 절단 요소와 외부 챔버 사이에 배치된다. 스크린은 그 안에 일련의 개구를 제공하고 중심 종축 주위로 회전하도록 구성된다. 회전 소스는 내부 및 외부 챔버에 결합된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 생물학적 혼합물, 예를 들어 지방 조직의 하나 이상의 성분을 선택적으로 농축하기 위한 원심 분리기가 제공된다. 상기 성분은 상이한 비중을 가지며, 원심 분리기에 의해 생성되는 원심력 장에서 성층될 수 있다. 원심 분리기는 생물학적 혼합물을 수용하도록 구성되고 중심 종축을 갖는 내부 챔버를 포함하며, 이 중심 종축 주위로 내부 챔버가 회전되도록 구성된다. 내부 챔버는 테이퍼진 내표면을 갖는 측벽, 베이스, 환형 스크린을 포함하고, 경우에 따라서 트랩 및 하나 이상의 롤러를 포함한다. 존재할 경우, 트랩은 내부 챔버에서 측벽의 내표면에 인접하여 배치된다. 환형 스크린은 내표면을 가지며, 중심 종축으로부터 제 1 반경방향 거리에 위치한다. 환형 스크린은 베이스로부터 멀리 돌출한다. 하나 이상의 롤러는 생물학적 혼합물의 적어도 일부를 스크린을 통해서 중심 종축으로부터 멀리 그리고 테이퍼진 측벽을 향해서 추진하기 위해 스크린의 내표면 주위에서 효과적으로 롤링하도록 구성된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 생물학적 혼합물, 예를 들어 지방 조직을 처리하고 생물학적 혼합물의 성분을 선택적으로 농축하기 위한 방법이 제공된다. 상기 성분은 상이한 비중을 가지며 원심력 장에서 성층될 수 있다. 상기 방법은 생물학적 혼합물을 원심 분리기의 내부 챔버에 제공하는 단계를 기본적으로 포함한다. 내부 챔버는 하나 이상의 압출 구멍을 갖는다. 원심 분리기는 내부 챔버 주위에 배치되는 외부 챔버를 추가로 포함한다. 내부 챔버는 생물학적 혼합물의 일부를 압출 구멍을 통해서 압출하기 위해 축 주위로 회전된다. 압출 구멍으로부터의 생물학적 혼합물의 부분은 절단되어 소량의 생물학적 혼합물을 생성한다. 소량의 생물학적 혼합물은 외부 챔버에 도입되고, 외부 챔버는 소량의 생물학적 혼합물이 외부 챔버 내에서 성층되어 적어도 두 개의 동심 성층된 성분 층(예를 들어, 그 중 하나가 다능성 세포)을 형성하도록 축 주위로 회전된다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 생물학적 혼합물, 예를 들어 지방 조직을 처리하고 생물학적 혼합물의 성분을 선택적으로 농축하기 위한 방법이 제공된다. 상기 성분은 상이한 비중을 가지며 원심력 장에서 성층될 수 있다. 상기 방법은 생물학적 혼합물을 원심 분리기의 내부 챔버에 제공하는 단계, 및 챔버를 종축 주위로 회전시키면서, 챔버 내의 생물학적 혼합물의 적어도 일부가 그 안에 작은 개구를 갖는 회전 스크린 요소를 통과함으로써 크기조정되게 만드는 단계를 기본적으로 포함한다. 챔버의 지속적인 회전은 크기조정된 생물학적 혼합물이 외부 챔버 내에서 성층되어 적어도 두 개의 동심 성층된 성분 층을 형성하게 만들 것이다.

본 명세서에 기재된 다양한 예시적 실시예에는, 처리 유닛용 회전 소스로서 작용하는 모터 또는 구동 유닛이 제공된다. 바람직하게, 모터 유닛은 처리 유닛과 분리될 수 있으며, 따라서 모터 유닛은 재사용될 수 있는 반면에 처리 유닛은 일회용 부품인 것이 바람직하지만, 처리 유닛 역시 재사용될 수 있도록 세척 살균될 수 있을 것으로 생각된다. 처리 유닛은 내부 챔버와 외부 챔버로 구성되는 조립체이다. 내부 챔버는 측벽과 베이스로 구성된다. 측벽은 테이퍼진 내표면을 갖는다. 내부 챔버는 그 가장 넓은 직경에 내부 챔버의 측벽을 통해서 반경방향으로 연장되는 하나 이상의 압출 구멍을 구비한다. 내부 및 외부 챔버는 회전 소스에 의해 회전 및 구동되도록 구성된다.

본 명세서에 기재된 예시적 실시예의 일부에서는, 회전하는 내부 챔버와 외부 챔버 사이에 배치되는 정적 요소가 제공될 수 있다. 정적 요소는 회전하는 내부 챔버의 하나 이상의 압출 구멍과 협동하여 조직을 작은 단편으로 소량화(morselize)하도록 작용하는 하나 이상의 절단 요소를 갖는다. 이들 실시예에서, 내부 챔버가 회전함에 따라, 원심력에 의해 생물학적 혼합물이 압출 구멍을 통과하도록 강요되고, 압출 재료는 정적 요소의 절단 요소와 마주치면 작은 유닛으로 절단되어 소량화된다. 또한, 이들 실시예의 일부는 정적 요소와 외부 챔버 사이에 배치되는 스크린을 가질 수도 있다. 소량화된 조직이 스크린과 마주치면, 지속적인 원심력에 의해 재료가 스크린을 통과하도록 압박될 것이며, 따라서 섬유상 재료는 스크린 상에 포획되고 비섬유상 재료는 외부 챔버로 이동한다. 이 스크린은 또한 재료가 개구를 통과할 때 재료의 입자 크기를 더 감소시키도록 작용할 수도 있다.

소량화된 재료가 외부 회전 챔버 내에 있으면, 외부 챔버의 대직경은 소량화된 재료가 회전 속도가 일정하게 유지될 경우 내부 챔버에서의 원심력보다 큰 원심력을 겪게 만들 것이다. 대안적으로, G 포스(중력 가속도) 레벨을 일정하게 유지하고자 할 경우에, 회전 속도는 조직 재료의 대부분이 외부 챔버에 있으면 감소될 수 있다. 회전 외부 챔버 내에 있는 동안, 소량화된 재료는 생물학적 혼합물의 성분의 비중에 기초하여 환형 층으로 성층될 것이다. 회전 속도는 처리 및 분리 중에 변경될 수 있음을, 예를 들어 재료가 내부 챔버에 있고 압출 구멍을 통해서 정적 절단 요소를 통과하는 동안에는 제 1 속도로 회전하고, 이후 재료가 그 비중에 의한 성분 분리를 달성하기 위해서 외부 챔버 내에 있는 동안에는 제 2 회전 속도로 회전하는 것을 알아야 한다.

상기 장치의 다양한 다른 예시적 실시예에서, 처리 유닛은 내부 스크린 요소를 갖는 내부 챔버이다. 생물학적 혼합물은 챔버의 내부에 추가되고, 장치가 회전함에 따라 재료는 스크린을 만날 것이다. 지속적인 회전은 재료가 스크린을 통과하도록 압박할 것이며, 이는 재료가 개구를 통과할 때 재료를 소량화할 것이다. 또한, 스크린은 재료 내의 섬유상 요소의 다수를 포획할 수 있고 비섬유상 요소는 개구를 통해서 챔버 벽으로 이동할 수 있으며, 소량화된 재료는 비중에 의해 분리될 수 있다. 스크린을 갖는 이들 예시적 실시예의 일부에서는, 재료를 스크린을 통과하도록 추가로 압박하기 위해 선택적 롤러가 제공될 수 있다. 이러한 실시예에서, 재료가 회전 스크린의 내표면을 따라서 퍼져나갈 때, 재료는 스크린에 평행하게 배치된 롤러와 마주치게 될 것이며, 필연적으로 적소에서 회전 스크린에 대해 롤링될 것이고, 따라서 재료는 롤러와 마주칠 때 스크린의 개구를 통해서 푸시될 것이다.

본 명세서에 기재된 다양한 예시적 실시예에서, 챔버 벽과, 내부 챔버의 베이스는 원심 분리기가 중심 종축 주위로 회전함으로 인해 성분들이 비중에 의해 분리됨에 따라 챔버 내에서 유체의 최고밀도 분획을 포획하기 위해 트랩을 형성할 수 있다. 이 트랩은 원심 분리 장치의 챔버의 회전이 중단될 때 중력의 효과가 장치 내의 재료에 작용하는 원심력을 극복하도록 구성되며, 트랩 내의 성분 분획은 트랩 내에 잔류할 것이며, 그 가벼운 분획이 중력으로 인해 내부 챔버의 중심에 모이기 때문에 챔버 내의 잔여 재료와 혼합되지 않을 것이다. 트랩 내에 남아있는 분획은 이후 다양한 기술에 의해 채취될 수 있으며 복구를 보조하기 위해 조직에 적용될 수 있다.

대안적으로, 세포가 조직 재료의 천연 구조 내에 보유되고 있는 다른 예시적 실시예에서는, 액체의 상당한 부분이 조직에서 제거되어 트랩에 축적될 것이지만, 소망 세포의 상당한 부분은 수집을 위해 지방의 내부 챔버 내에 잔류할 것이고, 골격 재료가 유용할 수 있는 외과 수술에 사용될 것이다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 생물학적 혼합물, 예를 들어 지방 조직을 재료 크기조정에 의해 처리하고 그 성분을 선택적으로 농축하기 위한 원심 분리기가 제공된다. 원심 분리기는 처리 조립체 및 회전 소스를 포함한다. 처리 조립체는 생물학적 혼합물을 수용하도록 구성된 회전 가능한 챔버, 및 그 안에 회전 가능한 크기조정 나선을 수용하는 회전 가능한 튜브를 포함한다. 회전 가능한 챔버는 테이퍼진 내표면을 갖는 측벽을 포함하며, 경우에 따라서 트랩을 포함한다. 회전 가능한 챔버와 회전 가능한 크기조정 나선은 회전 소스에 의해 구동되도록 구성된다. 샘플 재료가 송출 튜브를 통해서 챔버에 도입될 때, 나선의 회전은 재료의 입자 크기를 감소시킬 것이다. 생물학적 혼합물의 성분을 비중에 의해 분리하기 위해 챔버는 그 종축 주위로 회전될 수 있다.

다능성 세포를 함유하는 격리된 분획은 차후 사용을 위해 채취 보관될 수 있거나, 의료 시술에서의 처치를 위해 즉시 환자에게 인도될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 구성되고 조직의 소량화 및 분리를 위해 구성된 원심 분리 장치의 예시적 일 실시예의 일부, 즉 내부 및 외부 챔버를 포함하는 처리 유닛의 횡단면도이다.
도 2는 내부 챔버가 만곡부를 구비하는, 도 1에 도시된 처리 유닛의 대체 예시적 실시예의 횡단면도이며, 이는 또한 원심 분리기를 구성하는 베이스 유닛을 도시한다.
도 3은 내부 챔버와 외부 챔버 사이의 스크린 요소를 추가로 포함하는, 도 1의 처리 유닛의 대체 실시예의 횡단면도이다.
도 4는 본 발명에 따라 구성된 원심 분리기의 처리 유닛의 다른 대체 실시예의 횡단면도이며, 처리 유닛은 스크린 요소와 롤러 요소를 구비한다.
도 5는 본 발명에 따라 구성된 스크린 요소 및 롤러 요소를 갖는 원심 분리기의 처리 유닛의 또 다른 대체 실시예의 확대 횡단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따라 구성된 스크린 및 현수된 롤러 요소의 각각의 확대 횡단면도이다.
도 7은 스크린 요소, 롤러 요소, 및 이차 스크린 요소를 사용하는 본 발명에 따라 구성된 원심 분리기의 또 다른 대체 실시예의 횡단면도이다.
도 8은 하나 이상이 불규칙한 지형을 보여주는, 환형 요소 및 롤러 요소를 사용하는 본 발명에 따라 구성된 원심 분리기의 또 다른 대체 실시예의 횡단면도이다.
도 9a는 본 발명에 따라 구성된 원심 분리기의 처리 유닛의 다른 대체 실시예의 횡단면도이며, 처리 유닛은 송출 튜브 및 회전 가능한 크기조정 나선을 구비한다.
도 9b는 도 9a의 실시예의 확대 횡단면도이며, 크기조정 나선의 단부가 처리 유닛 내에 위치하는 것을 도시한다.
도 10은 본 발명에 따라 구성된 원심 분리기의 처리 유닛의 다른 대체 실시예의 횡단면도이며, 처리 유닛은 스크린 요소, 송출 튜브 및 회전 가능한 크기조정 나선을 구비한다.
도 11은 본 발명에 따라 구성된 스크린 요소와 롤러 요소를 구비하는 원심 분리기의 처리 유닛의 또 다른 대체 실시예의 확대 횡단면도이다.
도 12는 본 발명에 따라 구성된 원심 분리기의 처리 유닛의 또 다른 대체 실시예의 횡단면도이며, 처리 유닛은 스크린 요소, 송출 튜브 및 회전 가능한 크기조정 나선을 구비한다.
도 13은 본 발명에 따라 구성된 원심 분리기의 처리 유닛의 또 다른 대체 실시예의 횡단면도이며, 처리 유닛은 송출 튜브 및 회전 가능한 크기조정 나선을 구비한다.

이제 유사한 참조 부호가 유사한 부분을 지칭하는 다양한 도면을 참조하면, 도 1에는 본 발명에 따라 구성된 원심 분리기의 일부의 예시적 일 실시예가 도시되어 있다. 원심 분리기는 기본적으로 처리 유닛 또는 조립체[그 예시적 일 실시예(100A)가 도 1에 도시됨] 및 베이스 또는 구동 유닛(20)(도 2에 도시됨)을 포함한다. 처리 유닛(100A)과 베이스 유닛(20)의 구조 및 작동의 상세가 후술될 것이다. 또한, 다른 예시적 처리 유닛의 상세도 후술될 것이다. 본 명세서에 기재된 예시적 실시예의 일부에서, 처리 유닛은 회전 가능한 외부 챔버(102) 및 회전 가능한 내부 챔버(103)를 구비한다. 내부 챔버는 섬유 조직, 예를 들어 지방(지방성) 조직과 같은 생물학적 혼합물을 수용하고 고정 절단 요소(후술됨)에 대해 회전하여 조직을 절단 요소를 지나서 압출시키도록 구성되며, 절단 요소에서 조직은 기계적으로 파괴되고 파괴된 조직은 외부 챔버에 도입된다. 외부 챔버는 또한 그 챔버의 회전에 의해 생성되는 원심력에 의해 파괴된 조직 성분의 분리를 실현하기 위해 회전되도록 구성된다.

지방 조직 내의 섬유 망은 효소 작용제에 의해 파괴될 수 있는 것으로 이전에 알려져 있지만, 현재는 일부 실시예에서 섬유 망 내에 함유된 다능성 세포의 유리가 가능하도록 채취된 지방 조직 내의 섬유 망을 기계적 수단만 사용하여 파괴하는 것이 추구되고 있다. 섬유 망의 이 기계적 파괴는 효소 작용제를 세정할 필요가 없게 해야 하며, 본 명세서에 기재된 원심 분리 장치의 다양한 실시예를 사용하여 달성될 수 있다. 명료함을 위해, 용어 "소형화"는 조직의 크기조정으로도 알려져 있는, 초기 단편 크기를 갖는 조직을 본 발명의 원심 분리기에 의해 보다 작은 크기의 단편으로 기계적으로 감소시키는 과정을 기술하기 위해 사용된다. 용어 "소형화"와 "크기조정"은 본 명세서에서 호환 가능하게 사용된다.

도 1의 예시적 처리 조립체 또는 유닛(100A)은, 후술될 다른 처리 유닛과 같이, 베이스(20) 상에 해제 가능하게 장착되도록 구성된다. 베이스 상에 장착되면, 원심 분리기는 처리 유닛을 처리 유닛의 중심 종축(125) 주위로 고속으로(후술됨) 회전시키도록 작동될 수 있다. 그 회전을 실현하기 위한 수단은 기본적으로 베이스 유닛(20)(도 2)에 수용된 모터(25)를 포함한다. 처리 조립체는 모터(25)가 작동되면 커플링(126)을 통해서 회전된다. 커플링은 해제 가능하게 함께 교합되는 키 고정된 부품 쌍의 형태인 것이 바람직하며, 따라서 베이스 유닛과 처리 조립체는 선택적으로 결합될 수 있다. 다양한 처리 유닛과 베이스 유닛은 도면에서 수평한 것으로 도시되어 있지만, 사용 시에 원심 분리기는 챔버의 회전축이 수직하도록 배향되며, 베이스 유닛이 일부 표면 상에 배치되고 그 위에서 처리 유닛을 지지하는 것에 유의해야 한다.

베이스 유닛(20)은 연속적으로 다중 처리 조립체와 함께 사용될 수 있도록 재사용 가능한 것이 바람직하다. 그러나, 베이스 유닛은 필요할 경우 폐기될 수 있을 것으로 생각된다. 그러나, 처리 유닛은 폐기될 수 있는 것이 바람직하지만, 재사용을 위해 충분히 세척되고 살균될 수 있다면 반드시 그렇지는 않다. 구동 유닛을 재사용할 수 있는 실시예에서, 사용자의 비용은 구동 유닛이 회전 가능한 분리 유닛과 함께 폐기되는 경우보다 저렴하게 유지될 수 있다. 결합 가능한 부품[즉, 구동 유닛(20)과 처리 유닛(100A)]을 결합시키는 동작은 섬유상 재료의 처리를 시작하기 위한 구동 유닛에서의 자동 기동 반응을 촉발할 수 있을 것으로 생각된다. 예를 들어, 자기 스위치를 구동 유닛에 통합시킴으로써, 처리 유닛을 구동 유닛에 삽입하는 동작은 구동 유닛을 일깨울 수 있으며 경우에 따라서는 시동시킬 수 있다. 대안적으로, 구동 유닛은 조작자가 처리 단계의 일부 또는 전부에 대해 완전한 제어를 수행할 수 있도록 수동 조작식 제어부를 구비할 수 있다.

처리 유닛(100A)은 또한 외부 챔버(102), 내부 챔버(103) 및 고정 슬리브(117)가 그 안에 배치되는 외부 하우징(101)을 구비한다. 내부 챔버(103), 고정 슬리브(117) 및 외부 챔버(103)는 이후 상세히 설명될 것이다. 내부 챔버는 측벽과 베이스를 갖는 중공의 테이퍼진(예를 들어, 원추형) 부재이다. 외부 챔버(103)는 처리될 조직이 주입구(110)를 통해서 그 내부에 도입되게 하도록 구성된다. 이를 위해서, 내부 챔버는 중심축(125) 주위로 회전하도록 구성되며, 그 결과 회전에 의해 생성되는 원심력은 도입된 조직이 내부 챔버의 하나 이상의 압출 구멍(114)을 통해서 압출되게 만든다. 고정 슬리브(117)는 내부 챔버(103)와 외부 챔버(102) 사이에 배치되고 하나 이상의 출구 구멍(115)을 구비하며, 상기 출구 구멍은 내부 챔버가 슬리브(117)에 대해 회전할 때 각각의 압출 구멍이 출구 구멍과 정렬됨에 따라 압출 구멍(들)(114)을 통해서 압출된 조직을 수용하도록 구성된다. 이러한 동작은 압출 구멍을 통해서 압출된 조직을 절단하거나 전단하고 따라서 그 조직을 소량화하도록 작용한다. 소량화된 조직은 이후 외부 챔버(102)의 내부에 슬러리로서 진입한다. 외부 챔버는 측벽과 접시를 갖는 중공의 테이퍼진(예를 들어 원추형) 부재이다. 전술했듯이, 외부 챔버는 또한 베이스 유닛의 모터의 작동에 의해 중심축(125) 주위로 회전하도록 구성된다. 그러한 동작은 슬러리 재료가 성층되게 만들며, 높은 비중은 중심 종축으로부터 멀리 이동한다. 외부 챔버는 중심 종축으로부터 가장 먼 반경방향 거리에 위치하는 환형 트랩(136)을 구비한다. 트랩은 후술하듯이 다능성 세포가 트랩으로부터 쉽게 회수될 수 있도록 원심 분리기가 지방 조직을 처리하기 위해 사용될 때 최고의 비중, 예를 들어 다능성 세포의 농도를 갖는 슬러리 부분을 수용하도록 구성된다.

내부 챔버(103)는 기본적으로 베이스(118)와 원추형 부재(134)를 포함하며, 이들 양자는 베이스(118)에 일체형으로 체결되는 샤프트(129)를 거쳐서 구동된다. 이 내부 회전 조립체는 슬리브 베어링(119) 및 대형 베어링(104)에 장착된다. 고정 슬리브(117)와 슬리브 연장부(124)는 내부 회전 베이스(118) 주위에 배치되고, 슬리브(117) 대형 단부와 베이스(118) 사이의 간극은 정확한 값으로 설정되며, 통상적으로 공차는 0.001 인치(0.00254 cm) 내지 0.02 인치(0.0508 cm)의 범위로 설정되고, 바람직하게 0.001 인치(0.00254 cm) 내지 0.005 인치(0.0127 cm)로 설정된다. 외부 챔버(102)는 내부 챔버(103) 위에 장착되며 상부 조인트(135)에서 내부 챔버에 고정된다. 외부 챔버는 기본적으로 하부 조인트(130)에서 외부 챔버의 측벽에 고정되는 접시(120)를 포함한다. 접시(120)는 따라서 외부 챔버의 대형 단부를 형성하며, 접시 단부 베어링(121) 상에 회전하도록 지지된다. 슬리브(117)의 연장부(124)는 하우징(101)에 대해 고정 장착되는 하부 판(123)에 압입된다. 따라서, 이 실시예에서, 모두 세 개의 부품(123, 124, 117)은 원심 분리기가 작동될 때 회전하지 않는다는 점에서 고정 상태에 있다. 내부 챔버(103)의 베이스(118)에는 하나 이상의 압출 구멍(114)이 제공된다. 압출 구멍은 베이스(118)의 벽의 구멍에 작은 플러그(113)를 삽입(예를 들면 압입)함으로써 형성될 수 있고, 상기 플러그는 그 중심선에 압출 구멍(또는 압출 노즐)(114)을 가지며 구멍의 내측 단부에는 리드(lead) 또는 모떼기(116)가 형성된다. 하나의 플러그만 도시되어 있지만, 하나 초과의 플러그가 베이스(118)의 둘레 주위에 간격을 두고 분포되는 등에 의해 제공될 수 있을 것으로 생각된다. 대안적으로, 개별 플러그 또는 다중 플러그가 개구(들)에 삽입될 것을 요구하는 대신에, 압출 구멍(114)의 개구가 내부 챔버의 측벽, 예를 들면 베이스(118)의 측벽에 일체로 형성될 수 있다. 진입 모떼기에서의 섬유 응집을 방지하기 위해 진입 모떼기(116)는 임의의 각도일 수 있거나 또는 반경일 수 있다. 압출 구멍(114)은 슬리브(117) 내의 원추형 출구 구멍(115)에 인접한 것으로 도시되어 있다. 하나 이상의 출구 구멍(115)이 슬리브(117)에 제공될 수 있으며, 도 1에 단면 도시하듯이, 두 개의 출구 구멍(115)이 도시되어 있다. 통상적으로, 하나 초과의, 보통은 여섯 개의 출구 구멍(115)이 대개 사용되지만, 임의의 소정 개수가 사용될 수 있다. 제공된 출구 구멍 사이의 간격을 변경시킴으로써, 출구 구멍(115)을 통해서 방출(압출)되는 지방 조직의 입자 크기는 원심 분리기의 주어진 회전 속도를 위해서 제어될 수 있다. 챔버(103)가 정적 슬리브(117)에 인접해서 회전됨에 따라, 슬리브(117) 내의 원추형 출구 구멍(115)은 도 1에 도시하듯이 압출 구멍(114)을 통해서 빠져나가는 재료의 부분을 절단하기 위한 블레이드로서 작용하고, 이런 식으로 소량화된 재료를 형성하기 위해 출발 재료 내의 콜라겐 섬유 망을 파괴하도록 작용한다. 사각형 구멍과 같은 날카로운 에지를 갖는 임의의 종류의 개구 또는 대안적으로 원형 구멍의 일 측을 따라서 장착되는 칼날이 사용될 수 있을 것으로 생각된다. 출구 구멍(115)의 원추형 출구 각도는 도시하듯이 대략 60도 나사산 각도로 도시되어 있지만, 다른 각도가 사용될 수도 있다.

내부 챔버(103)의 소직경 단부에는 스프링(108), 단차형 와셔(107) 및 단부-캡(106)이 설치된다. 단부 캡은 나사산(111)을 구비하며, 외부 하우징(101)의 상부 네크(105)에 제공되는 대향 상대-나사산에 나사식으로 고정되도록 구성된다. 이들 결합 나사산은 단부 캡(106)이 회전될 수 있게 하며, 따라서 스프링(108)의 압축을 제공하는 바, 스프링은 압축되었을 때 단차형 와셔(107)를 거쳐서 대형 베어링(104)에 사전 부하를 가하도록 작용한다. 사전 부하(preload)는 내부 챔버(103)를 거쳐서 슬리브 베어링(119)에 전달된다. 슬리브 베어링(119)은 내부 챔버(103)의 베이스(118)와 고정 슬리브(117) 사이에 설치된다. 따라서, 사전 부하는 슬리브 연장부(124)에 제공되고, 그로부터 판(123)으로 제공되고, 그로부터 외부 하우징(101)으로 제공된다. 내부 챔버(103)가 회전하고 있을 때 비회전 바늘 또는 캐뉼러(또는 기타 튜브형 부재)가 주입구(110)를 통해서 회전 챔버 내로 이동할 수 있도록 회전 내부 챔버(103)의 소직경 단부에는 소형 베어링(109)이 장착된다.

슬리브(117)는 고정적이거나 비회전적인 것으로 기술되었지만, 대체 실시예에서 슬리브는 회전할 수도 있을 것으로 생각된다. 그러나, 이러한 경우에는 내부 챔버와 슬리브의 회전 속도에 차이가 있어야 한다. 특히, 소량화된 재료를 형성하기 위해 압출 구멍(114)을 통해서 빠져나가는 재료의 부분을 절단하는 목적을 달성하기 위해서는, 내부 챔버의 회전 속도와 회전 슬리브의 회전 속도에 어느 정도의 차이가 있어야 한다. 슬리브의 회전은 내부 챔버의 회전과 같은 방향이거나 반대 방향일 수 있다. 이 실시예에서, 압출 구멍(114)과 슬리브의 원추형 출구 구멍(115)이 순간적으로 정렬하는 한, 빠져나가는(압출되는) 재료는 작은 입자로 절단(소량화)될 수 있다.

본 명세서에 기재된 다양한 예시적 실시예의 작동에 있어서, 지방 조직은 지방 흡입 또는 외과적 절제를 포함하는 공지된 기술에 의해 환자로부터 취득될 수 있다. 지방 흡입에 의해 취득된 조직의 경우에, 지방 조직과 팽창성 용액 혼합물은 약 1:1 비율로 존재할 가능성이 있으며, 지방 단편을 약 2 mm의 크기로 감소시키게 될 흡입 캐뉼러 오리피스를 통과할 것이다. 이 생물학적 혼합물은 본 명세서에 기재된 다양한 실시예의 원심 분리 장치 내에, 필요에 따라 주입구(110) 또는 고정 튜브(235)를 거쳐서, 곧장 공급될 수 있다. 대안적으로, 외과적 절제를 거쳐서 취득된 지방 조직의 경우에, 지방은 통상적으로 지방 흡입을 통해서 입자로서 수집된 조직과 대조적으로, 환자로부터 반응집(semi-coherent) 매스로서 제거될 것이다. 외과적으로 절제된 지방의 경우에, 지방은 보다 작은 피스로 분할되어야 하며, 이후 지방 체적의 두 배까지 액체의 부분과, 통상적으로 생리 식염수 또는 팽창성 용액과 혼합되어야 하지만, 다른 비율도 적절할 수 있을 것으로 생각된다. 채취된 지방과 혼합액의 혼합은 혼합물을 원심 분리 장치에 배치하기 전에 약 2 mm의 노즐을 갖는 주사기 사이에서 전후로 이동시킴으로써 이루어질 수 있다.

본 명세서에 기재된 다양한 예시적 실시예 중 임의의 것의 작동에 있어서, 채취된 지방 조직은 경우에 따라서 생물학적 활성제와 같은 첨가제로 처리될 수 있다. 본 명세서에 기재된 다양한 예시적 실시예에서 지방 조직의 처리 전에 또는 도중에 지방 조직을 예를 들어, 약물, 항생제, 세포 조절제, pH 조절제, 효소, 혈액 제제[예를 들어 전혈, 다혈소판 혈장(PRP), 적혈구, 빈혈소판 혈장(PPP), 골수 천자액(BMA) 또는 골수 천자액 농축물(BMAC)]로 처리하기를 소망할 수 있을 것으로 생각된다. 대안적으로, 본 명세서에 기재된 장치의 다양한 예시적 실시예에서 지방 조직이 처리되기 전에 또는 처리 중에 있을 때, 하나 이상의 보존제 또는 항응고제[예를 들면 헤파린, 쿠마린, 에틸렌 디아민 테트라 아세트산(EDTA), 구연산염(예를 들면 항응고제 구연산 덱스트로스 A(ACDA)), 옥살산]가 단독으로 또는 다른 첨가제가 지방 조직에 첨가될 수 있다. 첨가제는 원심 분리 중에 세포 분리를 유익하게 보조할 수 있거나, 본 명세서에 기재된 처리를 위해 채취된 샘플에서의 세포의 거동을 변경할 수 있거나, 또는 본 명세서에 기재된 후속 처리를 위해 채취된 조직 샘플의 보관을 가능하게 할 수 있을 것으로 생각된다. 예를 들어, ACDA의 첨가는 응고를 방지하여, 적혈구 또는 혈소판을 함유하는 용액의 저장을 가능하게 할 수 있거나, 추가적으로 ACDA는 줄기 세포 및 혈소판 세포의 형태를 변화시키도록 작용할 수 있다. 예를 들어, 출원인은 생물학적 혼합물의 분량에 ACDA를 첨가하는 것이 유익할 수 있고, 통상적으로 판상 형태를 갖는 혈소판 세포의 경우에는 더 구형의 형태로 변환할 수 있으며, 따라서 세포의 보다 구형 형상이 생물학적 혼합물, 예를 들어 지방 조직 입자의 다른 성분을 통해서 보다 쉽게 조종할 수 있기 때문에 혈소판 세포가 비중에 의해 분리될 능력에 유익하게 영향을 미칠 수 있을 것으로 믿는다.

앞서 언급했듯이, 도 1의 원심 분리 장치는 그 회전축, 즉 원심 종축(125)이 수직 배향된 상태로 장착된다. 회전 챔버는 내부 챔버(103) 주변에서 구동 유닛에 의해 커플링(126)을 거쳐서 약 15,000 rpm으로 또는 4000×G의 등량으로 구동된다. 지방 조직 및 용액 혼합의 분량은 좁은 캐뉼러를 갖는 주사기를 사용하여, 내부 챔버 내에 [작은 베어링(109)을 통해서] 회전 장치의 상부에 주입된다. 분량이 내부 챔버(103) 내에서 회전하고 있을 때, 분량은 원심 효과로부터 압력을 생성하고 압출 구멍(114)으로부터 압출하도록 시도할 것이다. 도 1에 도시하듯이 베이스의 압출 구멍(113)이 슬리브의 출구 구멍(115)과 반경방향으로 정렬될 때, 지방 조직 분량은 압출 구멍(114)으로부터 압출될 수 있다. 그러나, 내부 챔버(103)가 회전함에 따라, 구멍(114)은 슬리브(117)가 구멍을 전혀 갖지 않는 폐쇄 영역으로 이동한다. 압출 구멍(114)이 열려있는 기간은 회전 속도와 압출 구멍(114) 및 슬리브 출구 구멍(115)의 크기에 의해 제어된다. 분량의 압출 유량은 원심력 장를 생성하는 회전 속도에서 유래되는 압력에 의해 제어된다. 구멍 크기와 회전 속도의 선택에 의해, 압출된 분량 컷오프의 길이가 결정될 수 있다. 약 1.7 mm 직경의 압출 구멍(114), 약 3 mm 직경의 슬리브 출구 구멍(115), 및 약 15,000 rpm의 챔버(103) 회전 속도에서, 압출된 단편은 1 mm 미만의 길이로 절단될 수 있으며 소량화된 지방 재료의 슬러리로서 나타난다. 슬리브(6)에 여섯 개의 출구 구멍(115)을 갖는 실시예에서는, 30 mL의 분량이 약 20초 내에 압출 구멍(114)을 통과한다. 분량이 소량화되고 외부 챔버(102) 내에 슬러리로서 이동되면, 회전 속도는 이후 대략 10,000 rpm(60 mm 외부 챔버 직경에서의 3500×G에 상당)으로 감소될 수 있으며, 원심 분리는 소망 성분의 분리를 보장하기 위해 적절한 기간 동안, 대략 2분간 지속될 수 있다.

이 원심 분리 과정 중에, 재료의 지방 성분은 중심 종축(125)을 향해서 이동하는 경향이 있으며, 무거운 세포와 수용액은 외부 챔버(102)의 외벽을 향해서 이동하는 경향이 있다. 최고 농도의 다능성 세포를 함유하는 가장 무거운 밀도의(최고 비중을 갖는) 유체는 최외측 직경으로, 환형 트랩(136)으로 이동한다. 이 트랩은 기본적으로 경사 연장되는 채널을 포함하지만, 트랩의 크기와 형상은 생물학적 혼합물의 다른 분획을 포착하도록 변경될 수도 있다. 예를 들어, 트랩은 도시하듯이 경사지지 않을 수도 있지만, 오히려 회전축(125)에 평행하게 배치되는 채널일 수도 있다. 어느 경우에나, 원심 분리 챔버의 회전이 정지되면, 트랩(136) 내가 아니라 챔버(102) 내에 있는 생물학적 혼합물의 분획은 중력에 의해 접시(120)의 공동(151) 내로 낙하하고, 점성이 더 높은 지방 물질은 이 액체 상으로 붕괴한다. 따라서 액체를 함유하는 다능성 세포는 채취를 위해 트랩(136)에서 격리될 수 있다. 트랩(136)에 잔류하는 다능성 세포의 대부분을 함유하는 액체는 이후 주사기와 성형 캐뉼러에 의해 하우징(101) 및 외부 챔버(102) 각각의 포트(138, 137)를 거쳐서 제거될 수 있다.

제조를 보다 용이하게 하기 위해, 내부 챔버(103)와 외부 챔버(102)는 동기적으로 함께 회전하도록 구성되며, 본 명세서에 기재된 이 실시예 및 다른 실시예에서, 원심 분리기는 내부 챔버(103)와 외부 챔버(102)가 비동기적으로 회전하도록 구성될 수 있을 것으로 생각된다. 따라서, 내부 챔버(103)는 회전이 압출 구멍(114)을 통한 조직 재료의 방출을 초래하기 위해 조직의 분량에 충분한 압력을 생성하게 될 원심력 장을 생성하는 한 제 1 속도로 회전할 수 있으며, 외부 챔버(102)는 소량화된 슬러리 재료의 성층을 실현하기 위해 회전이 원심력 장을 생성하는 한 동일한 회전 방향으로 또는 상이한 회전 방향으로 제 2 속도로 회전한다.

상이한 조성의 지방은 원심 분리 장치에서 다르게 거동하는 것이 관찰되었다. 최고 비중을 갖는 액체의 일부는 원심 분리 중에 외경으로 이동하고 최고 비중 유체의 일부는 트랩(136)을 채우지만, 잔류 지방은 안정적인 크림상 페이스트로 유화될 수 있거나 유화되지 않을 수 있다. 잔류 지방이 안정적인 페이스트 형태인 경우에, 페이스트 재료는 자립적이지 않은 페이스트와 같이 유동하기 보다는 적어도 수 분 동안 자립적일 것이다. 페이스트가 비교적 안정적이면, 압출 구멍(114)을 통해서 방출될 때, 페이스트는 원추 정점에 보다 가까운 소직경에서 외부 챔버(102)의 내벽을 코팅할 수 있으며, 페이스트는 원심 분리기의 회전이 정지된 후에도 벽에 대해 적소에 머물러 있다. 대안적으로 지방은 외부 챔버(102)에 또는 서로 접착되지 않는 작은 과립으로 남아있을 수 있으며, 오히려 이들 과립은 자립형 페이스트 일관성을 갖는 재료와 대조적으로 서로에 대해 이동 가능하게 남아있다. 이들 예에서, 챔버가 스피닝을 멈추면, 지방 과립은 챔버의 대직경 단부 쪽으로 떨어지는 경향이 있고, 트랩(136)에 수집된 고비중 유체를 방해할 수 있는 바, 이는 잠재적으로 그 분획의 농도를 감소시킬 수 있다. 지방 과립이 트랩에 수집된 액체와 간섭될 가능성을 최소화하기 위해, 원심 분리기는 도 2에 도시하듯이 대체 처리 유닛(100B)을 구비할 수 있다. 그 실시예에서 외부 챔버(102)의 벽은 외벽(102)의 그 부분의 내경(139)이 대략 트랩 립(140)의 내경으로 감소되는 것을 보장하도록 작용하는 오프셋 또는 만곡부(141)을 구비한다. 이 구성은 지방 과립이 접시(120)의 분지(151) 내로 떨어져 트랩(136)을 놓치게 할 수 있다.

도 3을 참조하면, 처리 유닛(100C)의 다른 대체 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예는 고정 슬리브(117)와 외부 챔버(102) 사이에 설치되는 스크린 요소(150)를 구비한다. 스크린(150)은 메시형 요소(150)이고, 압출 구멍(114)을 빠져나오는 슬러리가 스크린과 마주하도록 구성되며, 따라서 슬러리는 보다 작은 입자로 소량화되고 스크린을 통과한다. 스크린(150)은 압출 구멍(114)과 함께 회전하도록 구성되며, 따라서 스크린은 반드시 슬리브(117) 주위에서 완전히 원주방향으로 연장될 필요가 없다. 대신에 이는 출구 구멍(114)과 반경방향으로 정렬될 수 있다. 그러나, 제조의 용이함을 위해, 스크린(150)을 슬리브(117)를 둘러싸는 동심 링으로서 통합할 수도 있다. 장치의 작동 시에, 지방 조직 슬러리가 장치의 회전에 의해 발생되는 압력 하에 압출 구멍(114)을 빠져나올 때, 이 슬러리는 스크린(150) 상에 부딪힌다. 스크린은 가장 유력하게 1 mm 내지 0.25 mm 범위의, 그러나 일반적으로 지방 세포 결합 구조를 최상으로 파괴하는 어떤 크기의 직경의 구멍을 갖는 와이어 메시 또는 천공 튜브일 수 있다. 이상적으로, 스크린은 금속 와이어 메시 구조의 것이지만, 플라스틱 메시도 마찬가지로 작동할 수 있다. 스크린이 회전함에 따라, 지방, 섬유 및 액체의 임의의 슬러리는 상당한 원심력을 받게 되어 그 일부가 스크린을 통과하도록 추진될 것이다. 실험에 의하면 슬러리는 완전히 파괴되고 스크린 상에는 섬유만 남겨지며 액체 내에는 다능성 세포를 포함하는 단핵 세포가 상당수 남겨지는 것으로 나타났다. 전술한 작동과 같이, 원심 분리기의 이 실시예의 챔버의 지속적인 회전은 스크린을 통해서 유동한 액체 성분이 외부 챔버(102)에서 중력에 의해 분리되게 하며, 최고 비중 성분은 트랩(136)에 축적된다. 회전이 중지됨에 따라, 나머지 유체는 분지(151)에 수집된다. 트랩(136) 내의 다능성 세포 농후 액체는 이후 바늘이나 캐뉼러를 포트(137, 138)를 통해서 트랩(136) 내로 인도함으로써 채취될 수 있다.

장치의 이 실시예 의하면, 돼지 심부 지방 조직을 처리할 때, 지방 샘플로부터 생존성 단핵 세포의 90%까지 취득할 수 있다.

도 4는 처리 유닛(100D)의 다른 대체 실시예를 도시한다. 이 처리 유닛은 또한 전술했듯이 구동축을 갖는 모터로부터 구동되고 베이스 유닛에 수용되도록 구성된다. 전술한 처리 유닛 실시예와 달리, 도 4의 처리 유닛(100D)은, 조직이 원심 분리에 의해 분리되게 하기 전에, 회전 스크린(215)과 협력하여 내부 챔버 내에 제공된 조직을 소량화하도록 작용하는 롤러 요소(210)를 구비한다. 이 실시예는 원추형 측벽(134)을 갖는 회전 내부 챔버(103)를 구비한다. 환형 스크린 요소(215)는 내부 챔버(103) 내에 설치되고 중심 종축(즉, 회전축) 주위에서 동심적으로 연장된다. 스크린 요소는 내부 챔버의 베이스(118)에 결합되는 장소로부터 챔버의 측벽과 만나는 지점까지 연장된다. 스크린은 따라서 내부 챔버(103)를 분할하며, 따라서 스크린 요소(215)의 고리 내의 영역으로부터 스크린 요소 외부로 이동하는 재료는 스크린 요소에 제공된 구멍을 반드시 통과해야 한다. 스크린 요소는 금속 또는 폴리머 와이어 재료일 수 있는 메시형 부재이거나, 또는 대안적으로 유체 물질은 통과시키지만 섬유상 물질은 대부분 보유하도록 크기조정된 개구를 제공하는 천공 시트이다. 개구는 0.002 내지 0.040인치(0.00508 내지 0.1016 cm)로 균일하게 또는 불균일하게 크기조정될 것으로 생각된다. 조직 재료를 스크린 요소를 통해서 이동시키는 것을 돕기 위해서, 롤러 요소(210)가 스크린 요소의 내표면에 인접하여 제공되고 상기 내표면에 대해 롤링하도록 구성된다. 롤러 요소는 차축(axle)(220) 상에 장착된다. 차축은 관련 기술분야에 공지된 임의의 종류의 것일 수 있다. 도 4에 도시하듯이, 차축은 롤러의 중심 보어를 통해서 연장되는 성형 강성 와이어일 수 있으며, 와이어는 내부 챔버 내의 정적(고정) 위치에 고정될 수 있다. 이 실시예에서, 차축(220)을 형성하는 와이어의 상단부는 고정 튜브(235)의 단부에서 플랜지(225)에 고정되며 단부 캡(106)의 개구를 통해서 연장된다. 플랜지(225)와 고정 튜브(235)는 그 내부를 통해서 연장되는 중공 보어를 특징으로 하며, 이 중공 보어는 조직 재료를 처리를 위해 장치 내로 인도하기 위한 진입 포트로서 작용한다. 플랜지(225)와 고정 튜브(235)는 플랜지 베어링(230) 및 포트 베어링(245)에 의해 내부 챔버(103)의 회전으로부터 격리된다. 차축(220)을 구성하는 성형 와이어의 하단부는 내부 챔버의 회전축과 일치하는, 내부 챔버(103)의 베이스(118)의 동심적 중심에 배치된 부싱(240) 내로 인도된다. 부싱(240)은 정적 차축(220)을 내부 챔버(103)의 회전으로부터 격리시키도록 작용한다. 따라서, 롤러 요소(210)는 스크린(215)과 내부 챔버(103)가 회전할 때 롤러 차축(220)을 고정 상태로 유지함으로써 스크린 요소(215)의 내표면 주위에서 롤링하도록 효과적으로 만들어질 수 있다.

이동 자유를 가지며 따라서 정적 차축(220) 주위로 회전할 때 관절운동할 수 있는 롤러 요소(210)를 사용하는 것은 유익할 수 있을 것으로 생각된다. 가능한 관절운동 기구의 예가 도 6a 및 도 6b에 도시되어 있다. 롤러의 중간-길이에 힘을 제공하고 차축(220) 위에 간극을 제공함으로써, 롤러는 조직 재료의 결절 부분과 결합할 때 챔버의 회전축에 대해 운동할 수 있다. 도 6a 및 도 6b는 스크린 요소(215)에 대한 차축(220) 상의 롤러 요소(210)의 상세 확대도이다. 이들 실시예에서, 롤러는 차축(220)으로서 형성된 스프링 와이어에 의해 허용되는, 회전축에 수직한 방향으로의 편향 속성에 의해 스크린 요소(215)에 대해 부유할 수 있다. 또한, 롤러 요소(210)는, 롤러 요소(210)가 스크린 요소(215)에 기대어진 조직과 마주칠 때 기울어지는 롤러 요소(210)의 회전축으로서 도시되는 요잉(yaw)을 할 수 있다. 요잉 능력은 롤러가 차축(220) 상에서 피봇할 수 있기 때문에 제공된다.

도 4를 다시 참조하면, 내부 챔버(103)는 테이퍼진 측벽(134)을 특징으로 한다. 내부 챔버(103)의 베이스(118)는 쐐기(265)에 의해 제공되는, 회전축(125)에 대해, 테이퍼진 표면을 마찬가지로 제공하도록 성형된다. 도 4에 도시하듯이, 트랩(136)은 이 경우에 쐐기(265)의 외표면 및 원추형 측벽(134)의 내표면에 의해 형성된다. 트랩(136)은 환형인 것이 바람직하지만, 예를 들어 잎사귀 형상과 같은 다른 형상이 충분할 수 있을 것으로 생각된다. 도 4에 단면 도시된 트랩은 트랩 내로의 진입구에 최내측 부분을 갖는 경사진 통로로서 나타나 있으며, 혼합물 성분은 회전 챔버의 중심 영역으로부터 쐐기(265)의 테이퍼진 단부 근처로 진입한다. 트랩에의 진입구는 회전축(125)에 가장 가까운 트랩의 단부를 형성한다. 트랩(135)은 또한 회전축(125)으로부터 최대 반경방향 거리를 갖는 단부에서의, 최외측 부분을 특징으로 한다. 대안적으로, 트랩(136)은 회전축에 대해 경사지지 않을 수도 있으며, 오히려 회전축에 평행하게 배치될 수 있다. 트랩의 가장 큰 외경에는 제 1 포트(275)가 제공되며, 이는 트랩 안에 수용된 처리된 재료 분획을 채취하기 위해 트랩에 대한 접근을 허용하기 위해 밸브 등을 통해서 선택적으로 개방될 수 있다. 제 1 포트(275)에 대한 접근이 용이하도록 외부 하우징(101)에는 접근 개구(270)가 제공될 수 있다. 특히, 제 1 포트(275)에 접근해야 할 때, 접근 바늘 또는 캐뉼러(도시되지 않음)는 트랩(136) 내의 처리된 재료 분획을 채취할 수 있도록 정렬된 개구를 통해서 인도될 수 있다. 이것은 접근 개구(270), 제 1 포트(275) 및 밀봉된 포트(271)를 정렬 배치함으로써 달성될 수 있다. 이 포트는 콘테이너 또는 용기(272) 내의 자기-밀봉 격벽 또는 덕빌(duckbill) 밸브 형태일 수 있다. 용기(272)는 처리 챔버(100D)의 하측 부분 내에 설치되는 환형 부재이며 그 기능은 후술될 것이다. 접근 개구(270), 제 1 포트(275) 및 밀봉된 포트(271)의 정렬은 관련 기술분야에 공지된 다양한 수단에 의해 제어될 수 있으며, 예를 들면 외부 하우징의 일부를 수동으로 회전시킴으로써 제어될 수 있다. 장치 내의 선택된 요소들의 수직 위치설정을 선택적으로 조절하기 위해 하우징의 하측 부분으로부터 내측으로 돌출하는 캠(273)이 제공된다. 대안적으로, 제 1 포트는 내부 챔버(103)의 회전 중에 선택적으로 개폐될 수 있으며, 따라서 트랩(136) 내에 수용된 재료의 적어도 일부가 자동적으로 나중에 평가될 수 있는 수집 영역으로 방출될 수 있다.

도 4에 도시된 실시예의 작동 시에, 혈액, 생리 식염수, 물, 팽창성 용액과 같은 용액과 지방의 분량이 고정 튜브(235)를 통해서 삽입된다. 분량이 삽입되면, 내부 챔버(103)와 스크린 요소(215)는 모터에 의해 커플링(126)을 거쳐서 제 1 속도로 회전되는 한편으로, 롤러 차축(220)을 정해진 제 1 기간 동안 고정 상태로 유지한다. 이 제 1 회전 기간 동안, 지방은 챔버의 회전에 의해 생성되는 원심력 장의 효과로 인해 스크린 요소의 내부를 따라서 확산되는 경향이 있으며, 롤러 요소(210)는 지방이 롤러(210)와 스크린 요소(215) 사이를 통과할 때 지방이 스크린 요소(215)의 메시를 통과하도록 강요할 것이다. 조직 재료는 메시의 개구를 통과하도록 강요됨으로써 보다 작은 입자로 소량화되며, 또한 콜라겐 섬유의 일부는 분량 내의 다른 재료로부터 분리되고, 스크린 와이어 주위에 걸쳐짐으로써 메시 상에 유지된다. 또한 롤러와 마주치고 스크린을 통과하도록 강요될 때, 지방 재료 내의 콜라겐 섬유가 메시에 의해 절단됨으로써 조직 분량이 더 작은 입자 크기로 소량화되는 것도 가능하다. 분량이 메시를 통과하도록 강요되는 것에 이어서, 내부 챔버(103)는 이후 소량화된 재료를 원심분리하기 위해 제 2 속도로 회전되며, 소량화된 재료를 구성하는 성분들의 비중에 기초하여, 액체와 지방의 혼합물을 제 2 정해진 회전 기간 동안 분리시킨다. 이 제 2 기간 동안, 무거운 다능성 세포는 액체를 통해서 내부 챔버 내의 최외측 표면으로 이동하는 경향이 있다고 믿어진다. 특히, 내부 챔버(103)가 축(125) 주위로 회전하는 동안, 생성된 원심력 장은 이 원심력 장이 최고 비중 성분을 회전축으로부터 멀리(즉 외측으로) 압박함에 따라 구성 성분의 그 비중에 의한 성층을 생성할 것이며, 이후 상기 성분은 내부 챔버(103)의 테이퍼진 벽 및 쐐기(265)의 내표면과 마주칠 것이다. 지속적인 회전은 고비중 성분이 회전축으로부터 테이퍼진 측부를 따라서 수집됨에 따라 이들 고밀도 성분이 저밀도 성분을 배출하게 만들 것이며, 이후 최고 비중 성분은 트랩(136)에 진입하여 축적될 것이다. 내부 챔버(103)의 회전이 제 2 정해진 기간의 말기에 정지되면, 잔류 액체는 베이스(118)에 정착되고 오목한 영역(250) 내에 수집되며, 오목한 영역은 그 둘레에서 쐐기(265)에 의해 둘러싸이는 영역에 의해 형성되고 하면으로서 베이스(118)를 갖는다. 원심력 장의 중심을 향해서 유지된 지방 재료는, 낮은 비중으로 인해, 흔히 페이스트의 일관성을 가질 것이며, 측벽(134)의 내표면의 상부에 접착 유지되는 경향이 있거나, 대안적으로 지방 재료는 오목한 영역(250) 내에 정착될 수 있다. 다능성 세포를 함유하는 액체는 쐐기(265)의 외부에서 트랩(136) 내에 잔류하며, 유체와 세포를 트랩(136)으로부터 흡출하기 위해 바늘 또는 캐뉼러(도시되지 않음)를 사용하여 회수될 수 있다. 앞서 언급했듯이, 도 4에 도시된 실시예는 또한 트랩(136)으로부터 고비중 성분을 제거할 수 있도록 밸브에 의해 선택적으로 개폐될 수 있는 제 1 포트(275)를 제공한다. 또한, 오목한 영역(250)으로부터 저비중 성분을 제거할 수 있도록 밸브에 의해 선택적으로 개폐될 수 있는 제 2 포트(280)가 제공될 수 있다. 제 2 포트(280)는 오목한 영역(250) 내의 쐐기(265)의 베이스에 설치될 수 있다. 챔버가 회전하는 기간 동안 제 1 또는 제 2 포트를 선택적으로 개방함으로써, 본 발명과 동일한 양수인에게 양도되고 그 내용이 본 명세서에 참조로 원용되는 동시-계속 중인 미국 특허 출원 제13/396,600호에 기재된 것과 유사한 방식으로 내부 챔버(103) 내에 수집되는 세포 농축물 분획의 비중을 미세하게 조정할 수 있다. 상기 출원의 원심 분리기는 전혈로부터의 다혈소판 혈장, 또는 골수 천자액으로부터의 줄기 세포와 같은, 생물학적 액체 혼합물로부터의 소망 분획을 취득하기에 특히 적합하지만, 상기 출원은 지방 재료와 같은 생물학적 혼합물 내의 조직 구조를 소량화하기 위한 능력이 전혀 없다.

본 명세서에 기재된 다양한 실시예 중 임의의 것에서는, 쐐기 요소(265), 제 1 포트(275), 또는 제 2 포트(280) 중 하나 이상을 포함하는 챔버가 제공되며, 챔버 내의 생물학적 혼합물의 하나 이상의 부분의 방출은 다음과 같이 이루어질 수 있다. 본 명세서에 기재된 방법 중 임의의 것에 의해 크기조정된 생물학적 혼합물은 이후 회전 가능한 챔버 내에서 회전되어 내용물이 비중에 의해 분리되게 한다. 따라서, 챔버가 회전할 때 챔버의 최외측[종축(125)에서 가장 먼] 표면에는 고밀도 유체(높은 비중을 가짐)의 외측 밴드가 형성될 것이다. 챔버의 중심에 가장 가까운[종축(125)에 가장 가까운] 액체에는 저밀도 유체(낮은 비중을 가짐)의 내측 밴드가 형성될 것이다. 최외층과 최내층 사이에는, 최내층과 최외층의 비중 사이의 비중을 갖는 하나 이상의 분획을 포함하는 중간층이 적어도 존재할 것이다. 챔버와 그 내용물의 회전은 공기 코어를 형성할 것으로 생각되며, 챔버 내의 유체 체적이 챔버 자체의 체적보다 작은 한 종축에는 유체가 전혀 없다. 챔버로부터 생물학적 혼합물의 가장 무거운 분획을 방출할 필요가 있고, 예를 들어 최고 비중을 갖는 분획이 다능성 세포를 거의 함유하지 않는 실시예에서, 이 최외측 분획은 종축에서 가장 먼 거리에서 챔버 내에 입구를 갖는 선택적으로 개방 가능한 제 1 포트(275)를 통해서 배출될 수 있으며, 따라서 제 1 포트용 밸브가 개방될 때, 챔버의 회전은 최고 비중을 갖는 액체를 제 1 포트(275)를 통해서 챔버를 빠져나가게 압박하는 원심력을 생성할 것이다. 제 1 포트는 최고 비중 분획의 적어도 일부가 챔버를 빠져나갈 수 있도록 개방된 상태로 유지되어야 하며, 이후 제 1 포트는 챔버의 테이퍼진 표면 상의, 계면 위치를 모니터링하는 조작자의 작용에 의해서, 또는 자동 밸브의 작동에 의해서 폐쇄될 수 있다. 예를 들어, 조작자는 본 명세서에 기재된 원심 분리 장치의 투명한 측벽을 통해서 검출될 수 있는, 적혈구와 다능성 줄기 세포 분획 사이에서 발생하는 컬러 계면을 모니터링할 수 있다. 또한, 생물학적 혼합물의 가장 가벼운 분획을 방출할 필요가 있고, 예를 들어 최저 비중을 갖는 분획이 다능성 세포를 거의 함유하지 않는 실시예에서, 이 최내측 분획은 제 1 포트(275)의 입구에 대한 반경방향 거리보다 짧은 반경방향 거리에서 챔버 내에 위치하는 입구를 갖는, 선택적으로 개방 가능한 제 2 포트(280)를 통해서 배출될 수 있으며, 따라서 제 2 포트용 밸브가 개방될 때, 챔버의 회전은 최저 비중을 갖는 액체의 분획을 제 2 포트(280)를 통해서 챔버를 빠져나가게 압박하는 원심력을 생성할 것이다. 제 2 포트는 최저 비중 분획의 적어도 일부가 챔버를 빠져나갈 수 있도록 개방된 상태로 유지되어야 하며, 이후 제 2 포트는 조작자의 작용에 의해서 또는 자동 밸브의 작동에 의해서 폐쇄될 수 있다. 많은 경우에, 제 2 포트는 유체가 챔버를 빠져나갈 때 팽창하는 공기 코어가 제 2 포트(280) 진입구에 도달할 때까지 개방 유지될 수 있고, 따라서 제 2 포트 밖으로의 유체 유동을 컷오프할 수 있다. 이런 식으로, 저밀도 유체(낮은 비중을 가짐)의 내측 밴드와 경우에 따라서 지방은 제 2 포트(280)를 통해서 용기(272) 내로 배출될 수 있으며, 오목한 영역(250) 내의 소망 농도 분획은 회전이 중지되면 내부 챔버(103)의 중심에 남는다. 두 개의 방출된 분획의 중간 비중을 갖는 하나 이상의 분획은 챔버 내에 남을 것이며, 이후 챔버 내로의 캐뉼러 삽입에 의해 수집될 수 있다.

도 5는 처리 유닛(100E)의 또 다른 대체 실시예를 도시한다. 이 유닛은 구조적으로 다소 상이하지만, 유닛(100E)이 전술했듯이 조직 재료를 소량화하도록 작용하는 스크린 및 롤러 구조를 구비한다는 점에서 도 4에 도시된 처리 유닛(100D)과 유사하게 작동한다. 도 5의 실시예에서, 조직의 분량은 내부 챔버(103)에 송출되며, 내부 챔버는 회전된다. 회전에 의해 발생된 원심력 장은 조직 분량이 스크린 요소(215)를 따라서 확산되게 할 것이며, 이후 조직은 롤러 축(220) 주위로 회전하는 롤러(210)의 압력 하에 스크린 요소를 통과하도록 강요될 것이다. 전과 같이, 스크린 요소를 통한 이동은 조직을 소량화하며, 분량 내의 콜라겐 섬유를 유지 또는 절단할 수 있다. 소량화된 조직은 내부 챔버의 회전에 의해 계속 회전될 것이며, 소량화된 조직의 성분의 성층이 비중에 의해 분리되게 할 것이고, 최저 비중 성분은 고비중 성분에 의해 둘레에서 배출되는 바, 이는 고비중 성분이 회전축(125)으로부터 멀리 구동되기 때문이다.

스크린 요소(215)를 갖는 이 처리 유닛 또는 기타 처리 유닛에는, 선택적 이차 스크린 요소(216)가 구비될 수 있다. 이러한 경우에, 스크린 요소(215)를 통해서 인도된 소량화된 조직은 재료가 회전력에 의해 외측으로 인도되므로 이차 스크린 요소(216)와 마주칠 것이다. 이차 스크린 요소(216)는 보다 작은 평균 개구 크기를 갖는 것을 제외하고 스크린 요소(215)와 유사하다. 이차 스크린(216)은 조직을 더 소량화하도록 작용할 수 있지만, 개구를 쉽게 통과하지 않는 섬유상 재료는 포획하고 액체상 및 비섬유상 물질은 통과시키도록 주로 의도된다. 이 구조의 사용은 과도한 원심력에 의해 재료가 스크린을 통과하도록 압박되지 않도록, 처리된 재료가 이차 스크린과 마주치는 동안 회전 속도를 감소시키는 것으로부터 이득을 얻을 수 있으며, 느린 회전은 액체가 개구를 통과하도록 압박되는 동안 스크린에 기대어진 섬유상 재료를 포획하는데 도움이 된다.

도 5를 참조하여 통상의 기술자가 알아야 하듯이, 회전이 진행 중인 동안, 최고 비중 성분은 내부 챔버의 회전에 의해 발생되는 힘 하에 트랩(136)에 축적될 것이다. 내부 챔버(103)의 회전이 정지되면, 트랩 내에 보유되지 않은 재료의 전부가 중력의 영향에 의해 내부 챔버 중심의 오목한 영역(250)으로 떨어질 것이다. 이후 원치않는 성분은 오목한 영역(250)에 남겨두고 다능성 세포를 포함하는 가장 무거운 비중의 성분을 채취하기 위해, 캐뉼러, 바늘 또는 튜브가 장치의 상부 근처의 포트(138, 137)에 의해 생성된 접근 루트를 통해서 삽입될 수 있고, 경우에 따라서는 선택적 이차 스크린 요소(216)의 상부 근처에 제공된 개구를 통해서 인도되며, 트랩(136) 내로 인도된다.

본 명세서에 기재된 다양한 실시예에서, 회전축에 대한 내부 챔버 및 쐐기의 각도는 다양한 성분의 성층이 얼마나 힘차게 일어날지와 그로인해 얼마나 빨리 이루어질지에 대해 영향을 미칠 것이다. 예를 들어, 내부 챔버와 쐐기의 각도가 얕은 실시예에서, 성분의 분리는 늘어난 회전 기간을 필요로 하거나, 또는 대안적으로 분리를 구동하기 위해 높은 회전 속도가 요구될 수 있다. 대조적으로, 내부 챔버와 쐐기가 회전축(125)으로부터 가파른 각도에 있는 실시예에서, 이 가파른 각도는 성분의 보다 강력하고 신속한 분리를 생성하는 경향이 있을 것이다. 필요한 각도는 처리되는 유체의 점성에 맞춤화될 수 있다. 예를 들어, 조직 분량이 고점성인 경우에는, 가파른 각도가 유체를 통한 가장 무거운 성분의 보다 효과적인 운동을 가능하게 할 것으로 믿어진다. 대안적으로, 유체 분량이 덜 점성인 경우에는, 얕은 각도를 채택할 수 있으며, 성분의 적절한 분리가 여전히 달성될 수 있다. 성분의 신속한 분리 달성이라는 목표는 매우 중요하며, 살아있는 세포가 분리 중에 높은 G 포스에 노출되는 기간의 증가는 세포의 생존율에 부정적으로 영향을 미칠 수 있다고 믿어진다. 따라서, 세포가 고속으로 회전하는 기간을 최소화하는 것은 처리된 세포 물질의 양호한 생존율을 초래할 것으로 믿어진다. 본 명세서에 기재된 다양한 실시예의 실시에 있어서, 내부 챔버와 쐐기의 각도는 5도 내지 30도에 있게 될 것이지만, 45도 또는 60도 까지의 각도 역시 적절하게 작용할 수 있을 것으로 예상된다.

본 명세서에 기재된 다양한 실시예에서는, 전술했듯이 생리 식염수 또는 기타 유체(예를 들면, 혈액, 골수 천자액, 또는 기타 체액, 완충액, 세포 배지, 세정액, 항생제 또는 항응고제와 같은 치료 용액 등)의 체적을 첨가하는 등에 의해, 생물학적 혼합물 내의 섬유상 콜라겐 망으로부터의 다능성 세포 분리에 도움을 주는데 유익할 수도 있다. 채취된 지방 조직에 첨가되는 이 첨가 유체는 생물학적 혼합물의 전체 점성을 감소시키도록 작용할 수 있으며, 이는 다시 회전력에 노출될 때 혼합물 성분이 성층된 층 내로 보다 효과적으로 이동하게 할 것이다. 또한, 첨가된 유체는 조직 샘플의 다른 부분으로부터 소망 세포 농도의 분리를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 전혈 또는 골수 천자액의 첨가는, 밀도에 의해 분리될 때, 다혈소판 연막이 지방 조직 샘플의 다능성 줄기 세포와 혼합되는 결과를 초래할 것인 바, 이들이 유사한 비중을 가질 것이기 때문이다. 적혈구는, 조합된 샘플 내에서의 그 최고 비중으로 인해, 회전 챔버 내의 외측 층에 축적되는 경향이 있을 것이다. 전혈의 혈장은 다능성 세포와 지방 조직 사이에 분리 층을 형성할 것이다. 혈소판은 다능성 세포에 인접하는 층을 형성하거나 및/또는 다능성 세포와 혼합될 가능성이 있다. 추가로, 전혈 또는 골수 천자액의 첨가는 또한 컬러에 의한 시각 표시기를 제공할 것이다. 반경방향 성층은 최외측에서 최내측으로의 층 형성에 의해 이루어질 것인 바, 적혈구가 최외측에 형성되고, 다능성 세포와 혈소판이 다음에, 순수한 혈장이 다음에, 그리고 지방 조직이 반경방향 최내측에 형성되며, 적혈구 경계는 분획의 에지를 소망 세포 성분으로 마킹한다. 또한, 지방 조직에 대한 액체 첨가는 지방 샘플의 수집을 위해 추가될 수도 있는 에피네프린 및 리도카인을 희석하도록 작용할 가능성이 있다.

또한, 소량화 단계 이후 교반 단계를 제공함으로써 본 명세서에 기재된 다양한 실시예에 유익할 수 있을 것으로 생각되며, 원심 분리 장치는 세포들이 섬유 망으로부터 추가로 분리되도록 보장하기 위해 생물학적 혼합물에 부드러운 혼합 운동을 부여하는 방식으로 작동된다. 부드러운 혼합은 따라서 섬유 망으로부터 세포의 분리를 달성하기 위해 세포가 확대된 높은 G 포스의 잠재적으로 유해한 효과에 놓이는 것을 방지하도록 작용하는 바, 고속에서의 연장된 회전 기간이 세포 생존율에 해로울 것으로 믿어지기 때문이다. 이 부드러운 혼합 작용은 축외 요동과 같은 랜덤한 궤도 운동에 의해 달성될 수 있거나, 또는 대안적으로 장치의 회전을 시동 및 정지시키거나 또는 장치의 회전 속도를 변경함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 장치는 지방 및 잔여 섬유 망으로부터 다능성 세포를 유리시키거나 조직 분량에 추가 유체를 혼입시키기 위해 낮은 주파수(예를 들면, 10 Hz 미만, 바람직하게는 대략 1 Hz)에서 진동 방식으로 회전할 수 있고 세포에 낮은 G 포스를 적용시킬 수 있다. 혼합 효과는 회전 챔버 내로 연장되는 핑거, 리브 또는 반경방향 핀과 같은 돌출부를 구비함으로써 향상될 수 있다. 이러한 돌출부는 혼합 특징부가 오목한 영역(250) 내로 연장되는 한, 쐐기(265), 스크린 요소(215)의 메시의 외표면, 원추형 측벽(134)의 내표면, 및 베이스(118) 중 하나 이상의 표면 상에 수직 요소, 나선형 요소, 또는 그 조합으로서 배치될 수 있다. 진동 운동은 작동에 있어서 종래의 세탁기의 작동과 매우 유사할 것이며, 원심 분리를 달성하기 위해 요구되는 속도보다 훨씬 낮은 속도에서의 교호적인 시동-정지 및 경우에 따라서 진동 운동은 모두, 생물학적 혼합물의 지방성 및 잔여 섬유상 재료와 기타 성분으로부터 세포를 기계적으로 분리시키는데 도움이 되는 이득을 제공하는 내내 세포 생존율의 상당한 감소를 초래하지 않아야 한다.

본 발명에 따라 구성된 처리 유닛(100F)의 다른 대체 실시예가 도 7에 도시되어 있다. 이 실시예를 사용하는 원심 분리기는 전술했듯이 롤러 요소(210)의 도움으로 재료를 제 1 스크린(215)을 통해서 이동시켜 조직을 소량화함으로써 조직 재료를 작은 단편으로 처리하도록 설계된다. 그러나, 이 실시예에서, 제 1 스크린(215)은 세포가 소량화된 조직 재료의 천연 구조 내에 수용 유지되도록 보장하기 위해, 재료를 작은 단편으로 소량화하도록 하지만 조직 재료의 구조로부터 세포를 분리하지 않도록 구성된다. 이 실시예에서, 이차 스크린(216)은 트랩(136) 진입구에 가까운 소형 밴드이며, 세포-함유 조직 재료를 유지하는 한편으로 액체 물질의 통과를 허용하는 개구를 특징으로 한다. 이런 식으로, 조직 재료의 수집을 위해 첨가되는 일체의 외생 유체(예를 들면, 생리 식염수, 에피네프린, 리도카인 등)는 제 2 스크린(216)을 통과할 수 있고 트랩(136)에 수집될 수 있으며, 세포는 조직 재료의 천연 구조 내에 유지될 것이다. 조직으로부터 액체의 분리가 달성되면, 세포-함유 조직 재료는 포트(138, 137)를 통해서 인도되는 캐뉼러 또는 기타 중공 관강 도구에 의한 흡입 등에 의해 내부 챔버(103)의 내부로부터 제거될 수 있다. 세포 함유 조직 재료가 이차 스크린(216)에 의해 제거된 유체의 대다수를 포함하고 따라서 전술한 흡입에 적합하지 않은 경우에, 조작자는 내부 챔버(103)의 내부에 접근하여 세포-함유 조직 재료를 수동으로 수집하기 위해 통상의 기술자에게 공지된 기술을 사용하여 장치를 간단히 개방할 수 있을 것으로 생각된다.

통상의 기술자라면 알아야 하듯이, 도 7의 실시예는 특정 임상 적용이 지지체 추가를 보장하는 경우에, 예를 들면 치료 부위에 팽화제를 제공할 필요가 있는 경우에(예를 들면, 플라스틱 수술, 미용 주름 제거 등) 유용해야 하거나; 또는 대안적으로 채취된 세포의 씻겨나감을 방지하는 것이 바람직한 수술에서, 예를 들어 생리 식염수에 의한 세정이 통상적으로 사용되는 관절경 수술에서는, 송출된 세포를 소망 부위에 유지하는 것이 유익할 것이다.

본 발명에 따라 구성된 처리 유닛(100G)의 다른 대체 실시예가 도 8에 도시되어 있다. 이 실시예의 원심 분리기는 조직을 소량화함으로써 조직 재료를 작은 단편으로 처리하도록 설계되며, 조직 재료는 전술한 방식으로 회전 환형 요소(215')에 기대어져 적소에서 롤링하도록 구성된 롤러 요소(210') 사이로 통과된다. 환형 요소(215')는 전술한 메시 스크린 재료일 수 있거나 또는 대안적으로 비투과성 표면을 특징으로 할 수 있을 것으로 생각된다. 바람직하게, 롤러(210')의 표면 또는 환형 요소(215')의 표면의 어느 하나 또는 양자는 불규칙한 지형을 특징으로 한다. 이것은 원통형 롤러(210')의 표면 상에 오목한 영역 및 돌출 영역을 제공함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 오목한 채널을 제공하고 채널 사이에 돌출 영역을 남겨둠으로써, 와플 구이틀의 표면과 유사한 표면이 제공된다. 대안적으로, 롤러(210') 또는 환형 요소(215')의 불규칙한 지형은 돌출 너브(nub) 또는 범프, 또는 오목한 딤플을 특징으로 할 수 있다. 추구되는 것은 롤러 요소(210')와 환형 요소(215') 사이에서 압착되는 조직이 돌출면으로 인해 고도의 파열을 겪고, 따라서 조직이 롤러를 통과할 때 조직의 일부에 집중된 전단력을 생성하는 것이다. 이들 전단력은 소량화된 슬러리를 제공할 것으로 믿어지며, 여기에서 다능성 세포는 섬유상 재료의 봉쇄로부터 자유로워진다. 이들 실시예에서, 처리된 조직 재료의 전부는 이후 수집될 것이고 임상 적용에 예를 들어 치료 부위에 송출되는 팽화제로서 사용되거나, 도 7과 관련하여 전술했듯이 채취된 세포가 씻겨나가는 것을 방지하는 것이 바람직한 처치에 사용될 것으로 생각된다. 환형 요소(215')가 메시 스크린인 경우에, 소량화된 조직은 전술했듯이 포트(137, 138)를 통해서 수립되는 접근 경로를 거쳐서, 오목한 영역(250)으로부터 수집될 것이다. 그러나, 환형 요소(215')가 비투과성 표면인 경우에, 소량화된 조직은 처리 후에 환형 요소(215')의 내부에 잔류할 것이며, 이후 고정 튜브를 통해서 삽입된 캐뉼러 또는 바늘에 의해 수집될 수 있다.

본 발명에 따라 구성된 처리 유닛(100H)의 다른 대체 실시예가 도 9a에 도시되어 있다. 이 실시예를 사용하는 원심 분리기는 먼저 재료 분량을 비회전 코어 와이어(236) 주위로 회전 가능한 크기조정 나선(305)을 수용하는 고정 튜브(235)를 통해서 이동시켜 조직을 크기조정함으로써 조직 재료를 작은 단편으로 처리하도록 설계된다. 코어 와이어는 고정 튜브의 단부에 부착된다. 고정 튜브(235)는 회전 가능한 챔버(103) 내로 연장되고 회전 가능한 튜브(315) 내로 연장된다. 이 실시예에서, 고정 튜브(235)는 통상의 기술자에게 공지된 기술을 통해서 단부-캡(106)에 임시로 고정된다. 예를 들어, 분할(split) 링 클램프가 단부 캡의 칼라에 통합될 수 있으며, 고정 튜브(235)는 단부 캡을 통과하고, 따라서 클램프는 고정 튜브를 단부-캡에 대해 해제 가능하게 고정할 수 있다. 생물학적 혼합물, 예를 들어 지방 재료의 분량은 이후 진입 포트(295)를 통해서 인도될 수 있으며, 송출 포트(320)를 통해서 빠져나가 챔버 내에 진입하기 위해 고정 튜브의 내부를 통해서 이동될 수 있다. 송출 튜브를 처리될 생물학적 혼합물을 수용하는 용기(도시되지 않음), 통상적으로 주사기에 확고하게 연결하기 위해 고정 튜브의 상부 근처에 선택적 이음쇠(290)(예를 들면, 루어 커넥터)가 제공될 수 있다. 생물학적 혼합물은, 예를 들어 크기조정 나선(305)이 회전하는 동안 주사기의 플런저를 전진시켜, 생물학적 혼합물을 진입 포트(295)를 통해서 고정 튜브(295)의 내부로 추진함으로써, 이음쇠(290)에 적어도 임시적으로 부착된 용기를 거쳐서 도입된다. 진입 포트(205)의 에지는 절삭날을 형성하도록 날카로울 수 있으며, 따라서 크기조정 나선의 회전은 진입 포트의 절삭날에 기대어진 생물학적 혼합물 내의 조직을 절단할 수 있고, 추가로, 고정 튜브(235) 내의 크기조정 나선(305)의 회전은 생물학적 혼합물의 특정 크기를 소정 범위로 감소시키도록 작용한다. 조직 재료의 경우에, 고정 튜브 내의 나선의 회전 작용은 조직을 작은 단편으로 절단하여 균일한 재료를 생성하도록 작용하며, 추가로 조직이 회전 가능한 챔버(103)의 내부에 도달하기 위해 고정 튜브의 내부를 통과하도록 압박될 때 조직을 바람직한 입자 크기로 크기조정한다. 크기조정 나선(305)에 의해 고정 튜브(235)를 통해서 처리되는 재료는 미용 용도에 사용되는 좁은 게이지 바늘에 적합한 일관성으로 크기조정된 균질 슬러리인 것으로 관찰되며, 지방 전달 용도에 사용하기에 적합한 것으로 기대된다. 출원인은 재이식을 위한 소량화된 조직의 이상적인 입자 크기가 이식된 조직의 보다 나은 생존율로 이어질 것으로 믿는데 그 이유는 입자에 대한 이러한 표면적 대 체적 비율의 크기가 이식된 조직의 혈관재생에 기여할 것이고 이식된 조직의 전체에 걸쳐서 세포 성장을 지원하기 위해 적절한 영양소 유동을 추가로 제공할 것이기 때문이다.

고정 튜브 내의 나선의 작동에 의한 것이든 또는 조직 재료를 메시 스크린 요소를 통해서 이동시킴에 의한 것이든, 본 명세서에 기재된, 조직을 소량화하는 고유한 방법으로 인해, 처리되는 조직 재료는 재이식에 적합한 입자 크기로 감소될 것으로 예상되지만, 조직을 너무 작은 입자 크기로 과도-처리함으로써 발생할 수 있는 것과 같은, 세포 성분 및 조직 구조물에 대한 손상을 초래할 것으로는 예상되지 않는다. 적절한 입자 크기로 처리되는 조직을 제공함으로써 재료는 적절한 조직 구조물을 이식된 후 세척이나 상당한 체적 손실에 영향받지 않도록 유지하는 한편으로, 세포 생존율을 보존할 것으로 예상된다.

크기조정 나선(305)을 갖는 실시예의 전체에 있어서, 구동 유닛(20)은 도 2에 도시하듯이 회전 가능한 챔버(103)의 회전을 실현하기 위해 커플링(126)을 거쳐서 부착될 수 있을 것으로 생각된다. 이어서, 일 방향으로 회전할 때의 회전 챔버는 구동 유닛(20)이 작동될 때 크기조정 나선(305)의 회전을 구동할 것이다. 도 9b의 확대도를 참조하면, 크기조정 나선(305)은 이하와 같이 회전 가능한 튜브(315)에 결합된다. 회전 가능한 튜브(315)는 관련 기술 분야에 공지된 솔더, 용접 또는 에폭시 조인트, 또는 기타 고정 기술의 형태일 수 있는 연결부(335)에서 크기조정 나선(305)의 단부에 부착되는 삽입체(310)에 부착된다. 회전 가능한 튜브(315)의 회전은 도 9b에 도시된 연결부(335)를 통해서 크기조정 나선의 회전을 구동할 것이다.

도 9a를 다시 참조하면, 회전 가능한 튜브(315)는 회전 가능한 튜브(315)와 회전 가능한 챔버(103)의 상단부 사이에 설치된 일방 클러치 및 롤러 베어링(285)을 통해서, 일방향으로만 회전할 때 회전 가능한 챔버(103)와 협력하여 회전하도록 구성된다. 이 일방 클러치와 롤러 베어링은 회전력이 일방향으로 적용될 때 로크될 것이며, 따라서 크기조정 나선(305)을 구동하기 위해 챔버(103)로부터의 회전력을 회전 가능한 튜브(315)에 전달할 것이다. 그러나, 회전 가능한 챔버가 제 2 (반대) 방향으로 회전될 때, 일방 롤러 클러치와 롤러 베어링(285)은 프리휠링할 것이며, 챔버(103)의 회전을 회전 가능한 튜브(315)로부터 격리시키도록 작용하고, 따라서 크기조정 나선은 이후 회전 가능한 챔버가 회전하고 있을 때 고정 상태로 유지될 것이다. 도 9b에서 알 수 있듯이, 삽입체(310)와 플랫폼(330) 사이에 설치되는 플랫폼 베어링(325)은 회전 가능한 챔버(103)가 제 2 방향으로 회전하고 있을 때만 회전가능한 고정 튜브(315)를 격리시킬 것이다. 플랫폼(330)의 레그는 베이스(118)에 부착되고, 따라서 플랫폼은 회전 가능한 챔버(103)와 함께 회전한다. 플랫폼(330)은 플랫폼 아래에서의 유체 유동이 가능하도록 플랫폼 레그 사이에 개구를 제공하며, 다리 세 개 달린 의자와 유사할 수 있다.

크기조정 나선(305)을 갖는 모든 실시예에서, 사용 시에 생물학적 혼합물은 챔버(103), 크기조정 나선(305) 및 회전 가능한 유닛(315)이 제 1 방향으로 회전하고 있는 동안 장치 내로 도입되어야 한다. 생물학적 혼합물은 고정 튜브(235)를 통과하며, 크기조정 나선은 고정 튜브 내에서 코어 와이어(236) 주위로 회전하여 생물학적 혼합물을 휘젓는 작용을 하고, 생물학적 혼합물을 장치 내에 배치되기 전에, 생물학적 혼합물의 초기 평균 입자 크기보다 작은 바람직한 입자 크기로 크기조정한다. 처리될 생물학적 혼합물의 전체 샘플이 챔버(103) 내에 있으면, 회전 방향은 이후 역전되어 크기조정 나선(305)의 회전을 중지시킬 수 있고, 챔버(103)는 이후 전술했듯이 비중에 의한 생물학적 혼합물의 분리를 실현하기 위해 회전될 수 있다.

도 9a의 예시적 실시예에서 알 수 있듯이, 생물학적 혼합물은 고정 튜브(235)를 통해서 챔버(103)에 도입된다. 챔버는 이후 전술했듯이 생물학적 혼합물을 비중에 의해 분리하기 위해 회전된다. 생물학적 혼합물이 적어도 지방 조직, 혈액과 경우에 따라서 생리 식염수, 물, 팽창성 용액을 포함하는 경우에, 생물학적 혼합물이 분리되면, 최고 비중을 갖는 적혈구는 최외층에 축적될 것이고, 존재할 경우 지방, 혈장 및 물은 최저 비중을 갖는 최내층에 축적될 것이다. 최외측 분획의 적어도 일부, 예를 들어 적혈구는 제 1 포트(275)용 밸브를 개방함으로써 배출될 수 있으며, 이후 제 1 포트는 적혈구와 다능성 줄기 세포를 갖는 분획 사이의 컬러 계면을 관찰함으로써 결정되는, 제 1 분획의 적정량이 배출된 후 폐쇄된다. 계면이 적혈구용 출구에 근접할 때 조작자가 밸브를 폐쇄할 수 있도록 조작자는 투명 측벽을 통해서 계면의 위치를 모니터링할 수 있다. 이어서, 최내측 분획의 적어도 일부, 예를 들어 혈장과 지방, 및 임의의 물 또는 팽창액은 제 2 포트(280)용 밸브를 개방하고, 공기 코어가 제 2 포트에 도달한 후 제 2 포트를 폐쇄함으로써 배출될 수 있다. 이후 회전이 정지될 수 있으며, 그 결과 챔버 내에 잔류하는 생물학적 혼합물의 부분은 챔버의 바닥에 수집될 것이며, 챔버 내에 캐뉼러를 삽입함으로써 제거될 수 있다. 이 나머지 분획은 대개 다능성 줄기 세포와 다혈소판 혈장으로 구성될 것이다.

본 발명에 따라 구성된 처리 유닛(100M)의 다른 대체 실시예가 도 10에 도시되어 있다. 도 10의 실시예는 내부 챔버(103) 내에 위치하고 중심 종축(125)(즉, 회전축) 주위에서 동심적으로 연장되는 환형 스크린 요소(215)가 제공되는 차이를 제외하고, 도 9에 도시된 실시예와 유사하다. 생물학적 혼합물은 전술했듯이 크기조정 나선을 통과함으로써 크기조정될 수 있다. 그러나, 크기조정된 재료가 송출 포트(320)를 통해서 회전 가능한 튜브(315)를 빠져나가면, 이 재료는 환형 스크린 요소(215) 내에 있을 것이다. 스크린 요소(215)는 각 단부에서 회전 가능한 튜브(315)에 부착되며, 따라서 스크린 요소(215)의 고리 내의 영역으로부터 스크린 요소의 외부로 이동하는 재료는 스크린 요소에 제공된 개구를 반드시 통과해야 한다. 스크린 요소는 금속 또는 폴리머 와이어 재료일 수 있는 메시형 부재이거나, 또는 대안적으로 유체 재료는 통과시키지만 섬유상 재료의 대부분은 보유하도록 크기조정된 개구를 제공하는 천공 시트이다. 개구는 0.002 내지 0.040인치(0.00508 내지 0.1016 cm)로 균일하게 또는 불균일하게 크기조정될 것으로 생각된다. 따라서 스크린 요소(215)는 생물학적 혼합 재료를 추가로 크기조정하도록 작용할 수 있으며, 추가로 파괴된 조직으로부터 섬유상 요소를 포획하기 위해 체로서 작용할 수 있다.

도 10의 예시적 실시예에서 알 수 있듯이, 생물학적 혼합물은 전술했듯이 고정 튜브(235)를 통과함으로써 챔버(103)에 도입되며, 크기조정 나선(305)에 의해 크기조정된다. 챔버 회전은 이후 나선 회전을 중지시키기 위해 또한 재료를 스크린 요소(215)에 통과시키기 위해 역전될 수 있다. 이후에, 챔버의 지속적인 회전은 전술했듯이 생물학적 혼합물을 비중에 의해 분리시킬 것이다. 생물학적 혼합물이 적어도 지방 조직, 혈액과 경우에 따라서 생리 식염수, 물, 팽창성 용액을 포함하는 경우에, 생물학적 혼합물이 비중에 의해 분리되면, 최고 비중을 갖는 적혈구는 최외층에 축적될 것이고, 존재할 경우 지방, 혈장 및 물은 최저 비중을 갖는 최내층에 축적될 것이다. 최외측 분획의 적어도 일부, 예를 들어 적혈구는 제 1 포트(275)용 밸브를 개방함으로써 배출될 수 있으며, 이후 제 1 포트는 적혈구와 다능성 줄기 세포를 갖는 분획 사이의 컬러 계면을 관찰함으로써 결정되는, 제 1 분획의 적정량이 배출된 후 폐쇄된다. 계면이 적혈구용 출구에 근접할 때 조작자가 밸브를 폐쇄할 수 있도록 조작자는 투명 측벽을 통해서 계면의 위치를 모니터링할 수 있다. 이어서, 최내측 분획의 적어도 일부, 예를 들어 혈장과 지방은 제 2 포트(280)용 밸브를 개방하고, 공기 코어가 제 2 포트에 도달한 후 제 2 포트를 폐쇄함으로써 배출될 수 있다. 이후 회전이 정지될 수 있으며, 그 결과 챔버 내에 잔류하는 생물학적 혼합물의 부분은 챔버의 바닥에 수집될 것이며, 챔버 내에 캐뉼러를 삽입함으로써 제거될 수 있다. 이 나머지 분획은 대개 다능성 줄기 세포와 다혈소판 혈장으로 구성될 것이다.

본 발명에 따라 구성된 처리 유닛(100J)의 다른 대체 실시예가 도 11에 도시되어 있다. 도 11의 실시예는 도 4에서의 쐐기(265), 트랩(136), 제 1 포트(275)가 도 11에 없다는 차이를 제외하고, 도 4에 도시된 실시예와 유사하다. 또한 베이스(118)는 이제 쐐기 요소를 형성하기 보다는, 테이퍼 내의 측벽(134)의 내표면으로 직접 연장된다.

도 11의 예시적 실시예에서 알 수 있듯이, 생물학적 혼합물은 도 4를 참조하여 설명했듯이 스크린 요소(215)를 통과함으로써 챔버(103)에 도입되며 크기조정된다. 챔버(103)가 회전하면, 재료는 전술했듯이 롤러 요소(210)에 의해 스크린 요소(215)를 통과하도록 압박될 것이다. 스크린을 통과하는 동작은 구조에서 다능성 줄기 세포를 해방시키기 위해 조직 재료의 구조를 파괴시킬 수 있다. 챔버(103)의 지속적인 회전은 전술했듯이 생물학적 혼합물을 비중에 의해 분리시킬 것이다. 생물학적 혼합물이 지방과 물 또는 팽창성 용액을 포함하는 경우에, 분리되면, 지방이나 물보다 높은 비중을 갖는 다능성 줄기 세포는 회전 챔버 내의 최외층에 축적될 것이다. 최내측 분획의 적어도 일부는 포트(280)용 밸브를 개방함으로써 배출될 수 있다. 지방 및 물 성분은 이후 공기 코어가 포트(280) 진입구와 마주쳐 배출을 중지시킬 때까지 챔버(103)로부터 포트(280)를 통해서 배출될 것으로 생각된다. 챔버 내에 남아있는 생물학적 혼합물의 분획은 이제 생물학적 혼합물로부터 지방과 물을 제거함으로써 농축된 다능성 줄기 세포를 구비할 것으로 생각된다. 챔버의 회전이 중지되면, 나머지 분획은 수집을 위해 챔버의 중심에 모일 것이다.

본 발명에 따라 구성된 처리 유닛(100K)의 다른 대체 실시예가 도 12에 도시되어 있다. 도 12의 실시예는 도 10에서의 쐐기(265), 트랩(136), 제 1 포트(275)가 도 12에 없다는 차이를 제외하고, 도 10에 도시된 실시예와 유사하다. 또한 베이스(118)는 이제 쐐기 요소를 형성하기 보다는, 테이퍼 내의 측벽(134)의 내표면으로 직접 연장된다.

도 12의 예시적 실시예에서 알 수 있듯이, 생물학적 혼합물은 전술했듯이 고정 튜브(235)를 통과함으로써 챔버(103)에 도입되며, 크기조정 나선(305)에 의해 크기조정된다. 챔버 회전은 이후, 나선 회전을 중지시키기 위해 또한 전술했듯이 재료가 스크린 요소(215)를 통과하게 만들기 위해 역전될 수 있다. 이후 챔버의 지속적인 회전은 전술했듯이 생물학적 혼합물을 비중에 의해 분리시킬 것이다. 생물학적 혼합물이 지방과 물 또는 팽창성 용액을 포함하는 경우에, 분리되면, 지방이나 물보다 높은 비중을 갖는 다능성 줄기 세포는 회전 챔버 내의 최외층에 축적될 것이다. 최내측 분획의 적어도 일부는 포트(280)용 밸브를 개방함으로써 배출될 수 있다. 최저 비중을 갖는 지방 및 물 성분은 이후 공기 코어가 포트(280) 진입구와 마주쳐 배출을 중지시킬 때까지 챔버(103)로부터 포트(280)를 통해서 배출될 것으로 생각된다. 챔버 내에 남아있는 생물학적 혼합물의 분획은 이제 생물학적 혼합물로부터 지방과 물을 제거함으로써 농축된 다능성 줄기 세포를 구비할 것으로 생각된다. 챔버의 회전이 중지되면, 나머지 분획은 수집을 위해 챔버의 중심에 모일 것이다.

본 발명에 따라 구성된 처리 유닛(100L)의 다른 대체 실시예가 도 13에 도시되어 있다. 도 13의 실시예는 도 13의 실시예에 도 12의 환형 스크린 요소가 없다는 차이를 제외하고, 도 12에 도시된 실시예와 유사하다. 도 12에서와 같이, 베이스(118)는 이제 쐐기 요소를 형성하기 보다는, 테이퍼 내의 측벽(134)의 내표면으로 직접 연장된다.

도 13의 예시적 실시예에서 알 수 있듯이, 생물학적 혼합물은 전술했듯이 고정 튜브(235)를 통과함으로써 챔버(103)에 도입되며, 크기조정 나선(305)에 의해 크기조정된다. 챔버 회전은 이후 나선 회전을 중지시키기 위해 역전될 수 있다. 챔버의 지속적인 회전은 전술했듯이 생물학적 혼합물을 비중에 의해 분리시킬 것이다. 생물학적 혼합물이 지방과 물 또는 팽창성 용액을 포함하는 경우에, 분리되면, 지방이나 물보다 높은 비중을 갖는 다능성 줄기 세포는 회전 챔버 내의 최외층에 축적될 것이다. 최내측 분획의 적어도 일부는 포트(280)용 밸브를 개방함으로써 배출될 수 있다. 최저 비중을 갖는 지방 및 물 성분은 이후 공기 코어가 포트(280) 진입구와 마주쳐 배출을 중지시킬 때까지 챔버(103)로부터 포트(280)를 통해서 배출될 것으로 생각된다. 챔버 내에 남아있는 생물학적 혼합물의 분획은 이제 생물학적 혼합물로부터 지방과 물을 제거함으로써 농축된 다능성 줄기 세포를 구비할 것으로 생각된다. 챔버의 회전이 중지되면, 나머지 분획은 수집을 위해 챔버의 중심에 모일 것이다.

상기 예시적 실시예 중 임의의 것(또는 본 발명의 교시에 따라 구성된 임의의 다른 실시예)은 생물의 치료 부위에 이식될 수 있는 합성 또는 천연 지지체 또는 구조물과 유용하게 조합(예를 들면, 수화, 혼합, 반죽되거나, 그 안에 저장소로서 제공되거나, 그것 상에 층형성)될 수 있는 농축된 세포 분획을 생성할 것임을 알아야 한다. 세포 분획과 지지체의 이러한 조합은 다양한 방식으로 이루어질 수 있으며, 예를 들면 지지체를 세포 분획으로 수화시키고, 세포 분획을 지지체 재료와 혼합하며, 지지체 재료와 세포 분획을 함께 반죽하고, 세포 분획을 지지체 재료 내에 함유된 저장소로서 제공하며, 지지체를 세포 분획으로 코팅하고, 세포 분획을 지지체 재료 곁에 층으로서 적용하며, 순차적으로 세포 분획을 표적 부위에 추가한 후 지지체 재료를 표적 부위에 배치함으로써 달성될 수 있거나 또는 반대의 경우도 마찬가지이다. 지지체를 세포 분획과 조합하기 위한 다양한 다른 방법이 통상의 기술자에게 주지되어 있을 수 있으며, 이는 본 명세서에 기재된 바와 같이 생성된 세포 분획에 사용하기에 적합할 수 있다.

더욱이, 전술한 실시예는 다능성 세포의 농축에 대해 초점을 두고 있지만, 임의의 실시예에서는, 지방세포뿐 아니라 전구 지방세포, 섬유아세포, 혈관 내피 세포 및 다양한 면역 세포(예를 들면, 지방 조직 대식세포 등)를 포함하는 세포의 간질 혈관 분획(SVF)을 포함할 수 있는 다양한 세포가 다능성 세포와 함께 또는 이를 대신하여 농축될 수 있음을 알아야 한다. 출구 포트(275, 280)의 위치를 조작함으로써, 수집될 비중의 범위가 제어될 수 있으며, 따라서 본 명세서에 기재된 다양한 실시예의 사용을 통해서 샘플 전부 또는 샘플 내의 세포 성분의 선택된 부분만 격리될 수 있을 것으로 생각된다.

상기 실시예는 원심 분리 장치 및 사용 지침과 보관 및 살균 보존에 적합한 포장을 포함하는 상기 장치의 작동에 필요한 액세서리를 포함하는 키트 형태로 이용 가능하게 될 수 있다. 일부 경우에, 키트는 원심 분리 장치(단일 유닛 또는 개별 부품으로서)와 함께 지침을 제공할 수 있으며, 경우에 따라서, 바늘, 주사기, 캐뉼러, 리도카인, 에피네프린, 팽창성 용액, 지방흡입 키트, 및 사용 지침의 일부 또는 전부와 같은 액세서리를 포함한다.

이상으로부터 통상의 기술자가 알아야 하듯이, 본 발명의 장치와 방법은 세포 채취를 위한 고통스러운 장골릉 천자를 필요로 하지 않으면서 동일 체적의 골수 농축 천자액에 비견되거나 그보다 양호한 다량의 다능성 세포를 갖는 주입 가능한 농축물을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 필요할 경우 임시 치료실에서의 장비 사용이 가능하도록 사용가능한 다능성 세포 샘플의 조달 과정 시간을 수 분으로 단축시킬 수 있다. 더 추가로 본 발명은, 환자에게 재주입되기 전에 샘플에서 세정될 필요가 여전히 있는, 처리를 위해 샘플에 추가될 효소 또는 화학물의 사용 필요성을 없애준다. 따라서, 본 발명은 통상적으로 낮은 세포 수율로 이어지는, 효소 치료의 비효율성을 해소한다.

상기 실시예들 중 임의의 실시예에서는, 생물학적 혼합물을 대기 온도보다 높은 온도로 유지하기 위해 가열 소스를 선택적으로 구비하는 것이 고려된다. 이것은 생물학적 혼합물이 지방 조직을 구비하는 경우에 유용할 수 있으며, 온도의 증가, 바람직하게 체온(37℃)까지의 증가는 지방 조직의 점성을 감소시키도록 작용할 것이다. 이런 식으로, 조직이 처리되면, 세포 생존율은 세포, 예를 들어 다능성 줄기 세포가 처리 중에 낮은 레벨의 전단 응력에 노출되므로, 향상될 수 있다. 대조적으로, 처리가 낮은 온도에서 이루어지는 경우, 지방 조직의 점성은 증가할 것이며, 본 명세서에 기재된 실시예들 중 임의의 것에 의해 처리될 때 발생하게 될 전단 응력의 증가로 인해 잠재적으로 세포 생존율에 해로울 것이다.

따라서 본 발명의 방법과 본 명세서에 기재된 방법은 그 보편적 특징의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서, 그 일부가 제시되어 있는 추가 단계 또는 기타 특정 형태에 의해 구체화될 수 있기 때문에, 본 명세서에 기재된 실시예는 모든 점에서 예시적이고 비제한적인 것으로 간주되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기 설명보다는 청구범위에 의해 제시되어야 하며, 청구범위의 등가물의 의미와 범위에 포함되는 모든 변경은 그 안에 망라되도록 의도된다.

Claims

생물학적 혼합물을 처리하고 생물학적 혼합물의 성분을 선택적으로 농축하기 위한 원심 분리기로서, 상기 성분은 상이한 비중을 가지며, 상기 원심 분리기에 의해 생성되는 원심력 장에서 성층될 수 있는, 원심 분리기에 있어서,
(a) 처리 조립체로서,
(i) 생물학적 혼합물을 수용하도록 구성되고 중심 종축을 갖는 내부 챔버로서, 상기 중심 종축 주위로 상기 내부 챔버가 회전되도록 구성되며, 상기 내부 챔버는 측벽과 베이스를 갖는 테이퍼진 튜브형 부재를 포함하고, 상기 테이퍼진 튜브형 부재는 중심 종축을 따라서 제 1 위치에 제공되고 반경방향으로 관통 연장되는 하나 이상의 압출 구멍을 갖는, 내부 챔버;
(ⅱ) 상기 내부 챔버로부터 생물학적 혼합물을 수용하도록 구성된 외부 챔버로서, 상기 외부 챔버는 상기 내부 챔버의 상기 중심 종축 상에 및 상기 내부 챔버 주위에 동축적으로 배치되고, 상기 외부 챔버는 측벽과 접시를 가지며 상기 중심 종축 주위로 회전하도록 구성되는, 외부 챔버; 및
(ⅲ) 상기 내부 챔버의 일부와 상기 외부 챔버 사이에 배치되고 상기 내부 및 외부 챔버의 회전에 대해 고정 상태로 유지되도록 구성되는 하나 이상의 절단 요소를 포함하는, 처리 조립체; 및
(b) 상기 내부 챔버와 외부 챔버를 상기 중심 종축 주위로 회전시키기 위한 회전 소스를 포함하는
원심 분리기.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 절단 요소는 상기 내부 챔버와 상기 외부 챔버 사이에서 상기 내부 챔버에 인접하여 배치되는 정적 요소를 통해서 반경방향으로 연장되는 하나 이상의 출구 구멍을 포함하는
원심 분리기.
제 1 항에 있어서,
상기 하나 이상의 절단 요소는 상기 내부 챔버의 일부 주위에 배치된 슬리브에 출구 구멍을 포함하고, 상기 하나 이상의 압출 구멍은 상기 내부 챔버의 회전에 의해 상기 출구 구멍과 반경방향으로 정렬되도록 구성되며, 상기 중심 종축 주위로의 상기 내부 및 외부 챔버의 상기 회전은 원심력 장을 생성하여 상기 내부 챔버 내의 생물학적 혼합물이 상기 내부 챔버로부터 상기 외부 챔버로 자동 방출되게 하고, 상기 자동 방출은 상기 압출 구멍이 상기 슬리브의 상기 하나 이상의 출구 구멍과 반경방향으로 정렬될 때 상기 내부 챔버의 상기 하나 이상의 압출 구멍을 통해서 이루어져 소량화된 생물학적 혼합물을 생성하고 상기 소량화된 생물학적 혼합물을 상기 외부 챔버에 도입하며, 따라서 상기 외부 챔버의 회전은 상기 소량화된 생물학적 혼합물이 상기 외부 챔버 내에서 두 개 이상의 동심 성층된 성분 층으로 성층화되게 하는
원심 분리기.
제 1 항에 있어서,
상기 처리 조립체는,
(ⅳ) 상기 하나 이상의 절단 요소와 상기 외부 챔버 사이에 추가로 개재되고 그 안에 일련의 개구를 제공하는 스크린을 추가로 포함하는
원심 분리기.
제 4 항에 있어서,
상기 스크린은 약 0.002 인치 내지 약 0.040 인치(약 0.00508 cm 내지 약 0.1016 cm) 범위의 복수의 개구를 포함하는
원심 분리기.
제 1 항에 있어서,
상기 측벽에 인접하여 상기 외부 챔버 내에 배치되는 트랩을 추가로 포함하는
원심 분리기.
제 6 항에 있어서,
상기 트랩은 상기 측벽과 상기 접시의 일부 사이에 배치되는
원심 분리기.
제 1 항에 있어서,
상기 처리 조립체는 상기 내부 및 외부 챔버가 그 안에 배치되는 고정 하우징을 추가로 포함하는
원심 분리기.
제 1 항에 있어서,
상기 원심 분리기는 상기 내부 챔버를 생물학적 혼합물이 그 안에 배치될 때 제 1 회전 속도로 회전시키고 상기 외부 챔버를 생물학적 혼합물이 그 안에 배치될 때 제 2 회전 속도로 회전시키도록 구성되는
원심 분리기.
제 3 항에 있어서,
상기 원심 분리기는 길이가 1 mm 미만인 단편을 갖는 소량화된 생물학적 혼합물을 생성하도록 구성되는
원심 분리기.
제 1 항에 있어서,
상기 처리 조립체가 그 회전을 실현하기 위해 상기 회전 소스에 의해 선택적으로 결합될 수 있게 하기 위한 해제 가능한 커플링을 추가로 포함하는
원심 분리기.
제 1 항에 있어서,
상기 접시는, 상기 접시로부터 상기 외부 챔버의 내부로 연장되고 상기 중심 종축으로부터 제 1 반경방향 거리에 쐐기 단부를 구비하여 상기 접시를 제 1 구역과 제 2 구역으로 분할하는 쐐기를 포함하는
원심 분리기.
제 12 항에 있어서,
상기 외부 챔버의 상기 측벽은 만곡부를 포함하며, 상기 만곡부는 상기 중심 종축으로부터 제 2 반경방향 거리에 위치하고, 상기 제 2 반경방향 거리는 상기 제 1 반경방향 거리 이하인
원심 분리기.
생물학적 혼합물을 처리하고 생물학적 혼합물의 성분을 선택적으로 농축하기 위한 원심 분리기로서, 상기 성분은 상이한 비중을 가지며, 상기 원심 분리기에 의해 생성되는 원심력 장에서 성층될 수 있는, 원심 분리기에 있어서,
(a) 처리 조립체로서,
(i) 생물학적 혼합물을 수용하도록 구성되고 중심 종축을 갖는 회전 가능한 챔버를 포함하며, 상기 중심 종축 주위로 상기 챔버가 회전되도록 구성되며, 상기 챔버는 측벽, 베이스, 회전 가능한 튜브, 및 회전 가능한 크기조정 나선을 갖는 테이퍼진 튜브형 부재를 포함하고, 상기 크기조정 나선은 상기 회전 가능한 튜브 내의 상기 내부 챔버 내로 연장되며,
(ⅱ) 생물학적 혼합물은 상기 회전 가능한 튜브의 내부를 통해서 상기 챔버 내에 도입되고, 생물학적 혼합물을 크기조정하기 위해 상기 나선의 회전을 겪는, 처리 조립체; 및
(b) 상기 내부 및 외부 챔버와 결합되는 회전 소스를 포함하는
원심 분리기.
제 14 항에 있어서,
상기 챔버의 회전은 상기 크기조정된 생물학적 혼합물이 상기 챔버 내에서 두 개 이상의 동심 성층된 성분 층으로 성층화되게 하는
원심 분리기.
생물학적 혼합물의 하나 이상의 성분을 선택적으로 농축하기 위한 원심 분리기로서, 상기 성분은 상이한 비중을 가지며, 상기 원심 분리기에 의해 생성되는 원심력 장에서 성층될 수 있는, 원심 분리기에 있어서,
상기 원심 분리기는 생물학적 혼합물을 수용하도록 구성되고 중심 종축을 갖는 내부 챔버를 포함하고, 상기 중심 종축 주위로 상기 내부 챔버가 회전되도록 구성되며, 상기 내부 챔버는 테이퍼진 내표면을 갖는 측벽, 베이스, 환형 스크린, 및 상기 종축으로부터 제 2 반경방향 거리에 입구를 갖는 제 1 포트를 포함하고, 상기 환형 스크린은 내표면을 가지며 상기 중심 종축으로부터 제 1 반경방향 거리에 위치하고, 상기 환형 스크린은 상기 베이스로부터 멀리 돌출하는
원심 분리기.
제 16 항에 있어서,
상기 베이스는 상기 베이스로부터 챔버의 내부로 연장되고 상기 중심 종축으로부터 제 3 반경방향 거리에 쐐기 단부를 갖는 쐐기 요소를 추가로 포함하는
원심 분리기.
제 17 항에 있어서,
상기 내부 챔버는 트랩을 추가로 포함하며, 상기 트랩은 상기 내부 챔버에서 상기 측벽의 상기 내표면에 인접하여 배치되고, 상기 내부 챔버는 상기 종축으로부터 제 4 반경방향 거리에 입구를 갖는 제 2 포트를 추가로 포함하며, 상기 제 2 포트용 상기 입구는 상기 트랩 내에 배치되는
원심 분리기.
제 18 항에 있어서,
상기 제 4 반경방향 거리는 상기 제 3 반경방향 거리보다 크고, 상기 제 3 반경방향 거리는 상기 제 2 반경방향 거리보다 크며, 상기 제 2 반경방향 거리는 상기 제 1 반경방향 거리보다 큰
원심 분리기.
제 16 항에 있어서,
상기 내부 챔버는 상기 생물학적 혼합물의 적어도 일부를 상기 스크린을 통해서 상기 중심 종축으로부터 멀리 그리고 상기 테이퍼진 측벽을 향해서 추진하기 위해 상기 스크린의 상기 내표면 주위에서 효과적으로 롤링하도록 구성된 하나 이상의 롤러를 추가로 포함하는
원심 분리기.
제 19 항에 있어서,
상기 내부 챔버는 상기 중심 종축에 평행하게 연장되는 하나 이상의 롤러 차축을 추가로 포함하며, 상기 하나 이상의 롤러는 상기 스크린의 상기 내표면 주위로 롤링하기 위해 상기 하나 이상의 롤러 차축 주위로 스핀 회전하도록 구성되는
원심 분리기.
제 20 항에 있어서,
상기 하나 이상의 롤러 차축은 상기 내부 챔버에 대해 고정 상태로 유지되는
원심 분리기.
제 16 항에 있어서,
상기 내부 챔버의 상기 회전은, 제 1 성분 층이 상기 측벽의 상기 내표면의 주위의 일부에 기대어져 배치되도록, 생물학적 혼합물의 성분이 상이한 성분 비중의 함수로서 동심 성층된 성분 층으로 성층화되게 하는
원심 분리기.
제 16 항에 있어서,
상기 환형 스크린은 와이어 메시 스크린, 폴리머 메시 스크린, 천공 금속 튜브 및 천공 폴리머 튜브로 구성되는 그룹에서 선택되는 천공 재료인
원심 분리기.
제 16 항에 있어서,
상기 트랩으로부터 상기 성분 층의 하나 이상의 적어도 일부를 선택적으로 방출하기 위해 하나 이상의 포트 및 밸브를 추가로 포함하는
원심 분리기.
제 16 항에 있어서,
상기 스크린은 약 0.002 인치 내지 약 0.040 인치(약 0.00508 cm 내지 약 0.1016 cm) 범위의 복수의 개구를 포함하는
원심 분리기.
생물학적 혼합물을 처리하고 생물학적 혼합물의 성분을 선택적으로 농축하기 위한 방법으로서, 상기 성분은 상이한 비중을 가지며 원심력 장에서 성층될 수 있는, 방법에 있어서,
(a) 생물학적 혼합물을 원심 분리기의 내부 챔버에 도입하는 단계로서, 상기 내부 챔버는 테이퍼진 내표면을 갖는 측벽, 베이스, 내표면을 갖는 환형 스크린 및 제 1 포트를 포함하는, 도입하는 단계;
(b) 상기 생물학적 혼합물의 적어도 일부가 상기 스크린을 통과하여 생물학적 혼합물이 크기조정되도록 상기 내부 챔버를 축 주위로 회전시키는 단계; 및
(c) 상기 크기조정된 생물학적 혼합물이 상기 챔버 내에서 두 개 이상의 동심 성층된 성분 층으로 성층화되게 하도록 상기 챔버를 축 주위로 회전시키는 단계를 포함하는
방법.
제 27 항에 있어서,
상기 생물학적 혼합물은 지방 조직과 수성 액체를 포함하는
방법.
제 27 항에 있어서,
상기 두 개 이상의 동심 성층된 성분 층 중 하나는 다능성 세포를 포함하는
방법.
제 29 항에 있어서,
상기 원심 분리기로부터 상기 다능성 세포를 채취하는 단계를 추가로 포함하는
방법.