WO2002020165A1 - Enceinte rotative pour la separation de composants du sang ou du plasma - Google Patents

Enceinte rotative pour la separation de composants du sang ou du plasma Download PDF

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WO2002020165A1
WO2002020165A1 PCT/IB2001/001571 IB0101571W WO0220165A1 WO 2002020165 A1 WO2002020165 A1 WO 2002020165A1 IB 0101571 W IB0101571 W IB 0101571W WO 0220165 A1 WO0220165 A1 WO 0220165A1
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plasma
separation
rotation
blood
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PCT/IB2001/001571
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Inventor
Jean-Denis Rochat
Original Assignee
Rochat Jean Denis
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B5/00—Other centrifuges
    • B04B5/04—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers
    • B04B5/0442—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers with means for adding or withdrawing liquid substances during the centrifugation, e.g. continuous centrifugation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
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    • B04B5/04—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers
    • B04B5/0442—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers with means for adding or withdrawing liquid substances during the centrifugation, e.g. continuous centrifugation
    • B04B2005/045—Radial chamber apparatus for separating predominantly liquid mixtures, e.g. butyrometers with means for adding or withdrawing liquid substances during the centrifugation, e.g. continuous centrifugation having annular separation channels

Definitions

  • the present invention relates to a rotary enclosure for the separation of components of specific masses and / or different sizes from blood or platelet-rich plasma, comprising a channel having a generally concave curvature with respect to the axis of rotation. of this enclosure, along which there is an opening for supplying blood or plasma and at least two openings for the evacuation of said separate components, means for applying a tangential force to blood or plasma to make it circulate from the 'feed opening to the discharge openings and means for driving this enclosure in rotation, in order to apply to the blood or plasma to be separated a radial force to sediment said solid particles against the external lateral wall of said channel.
  • the aim of the present invention is to improve the purity of the platelets obtained with a device of low volume, light enough to be transportable, relatively low cost both in terms of the machine itself and consumables and capable of processing blood at a relatively high rate.
  • the present invention has relates to a rotary enclosure for the continuous separation of components, of different sizes and / or specific masses, of blood or plasma rich in platelets, as defined by claim 1.
  • the separation enclosure according to the invention is shaped to take advantage of the difference in trajectory communicated to solid particles of specific masses, but above all of different sizes, resulting from the combination of radial centrifugal forces induced by the rotation unique to the separation enclosure and the tangent force tielle, communicated by the flow of platelet-rich plasma in the generally concave-shaped separation channel from the center of r otation of the separation enclosure.
  • the white blood cells with shorter trajectories than the platelets will be trapped while the platelets, with longer trajectories will pass, in their great majority, in front of the recesses or, in the most unfavorable cases, will pass from a recess to the 'other without being trapped or being trapped only in the last recesses.
  • the platelet-rich plasma considered here results from a first separation of whole blood (WB). During this separation, most of the white blood cells
  • WBC platelet-rich plasma
  • RBC red blood cells
  • PRP platelet-rich plasma
  • Figure 1 is a general diagram of a centrifuge designed for the rotary centrifuge chamber object of the invention
  • Figure 2 is a top view of a first embodiment
  • Figure 3 is an enlarged partial view to explain the ballistic effects on white blood cells, used in the context of the invention
  • FIG. 4 is a partial view, similar to FIG. 2, illustrating the ballistic effects on the platelets, used in the context of invention
  • Figure 5 is a top view of another embodiment using the principles of the invention
  • Figure 6 is a top view of another embodiment
  • Figure 7 is a top view of a final embodiment.
  • the centrifuge illustrated very schematically in FIG. 1 and on which the separation enclosure 1 according to the invention is used and which is a disposable enclosure, preferably made of a rigid transparent, hemocompatible plastic material, comprises a motor M for driving the separation enclosure rotating around its axis of rotation 2.
  • This separation enclosure is connected to the outside by at least three conduits 3, 4, 5, connected to the separation enclosure 1 in the vicinity of its axis of rotation 2.
  • One 3 of these conduits is intended to be connected to a donor by means of a peristaltic pump 6.
  • Another 4 of these conduits is intended to return to the donor the blood from which the platelets and the third 5 is intended to carry the platelets in a pocket which will be transfused to the recipient.
  • the circulation in the various conduits 3, 4, 5 is ensured by the single pump 6.
  • the three conduits 3, 4, 5, communicate respectively with three radial channels 7, 8 , 9 which terminate in a separation channel in the form of an annular chamber 10.
  • the section of this separation channel is rectangular, so that two opposite faces form the internal, respectively external lateral faces of the separation channel and are parallel to the axis of rotation 2 of the separation enclosure 1.
  • the radial channel 7 opens into this annular chamber 10 near its internal lateral face.
  • the radial channel 8 is adjacent to the radial channel 7 and opens near the external lateral face of the annular chamber 10.
  • the radial channel 9 is extended by a conduit 9a up to the proximity of the external lateral face of the annular chamber 10, a radial partition 12 extending the radial channel 8 in the annular chamber 10, separates the outlet of the red blood cells by the radial channel 8 from that plates through the radial channel 9.
  • This radial partition 12 also makes it possible to separate the two ends of the separation channel formed by the annular chamber 10, so that the right side of this partition (FIG. 2) corresponds to the end upstream of this separation channel, while the left side of this partition constitutes the downstream end of this separation channel.
  • a communication opening 13 adjacent to the internal lateral face of the annular chamber 10 is formed through the radial partition 12 to allow the evacuation of the plasma by the same radial channel 8 and therefore by the same conduit 5 as the red blood cells.
  • the annular chamber 10 forming the blood separation channel has two parts arranged one after the other.
  • the first part 14 extends over approximately the circumference from the arrival of blood through the radial channel 7.
  • This first part 14 serves to separate the densest particles, that is to say, the RBC red blood cells in whole and a large part of the WBC white blood cells of the plasma rich in platelets PRP, under the effect of the centrifugal force induced by the rotation of the separation chamber 1 around its axis of rotation 2. As as can be seen in FIG. 2, these particles are pushed against the external lateral face of this part 14 of the annular chamber 10 and exit through the radial channel 8 and the conduit 4.
  • This second part 15 which extends over approximately the H of the annular chamber 10, serves to separate the Plt platelets from the plasma. It is essentially to this second part that the present invention relates. As already explained, taking into account the appreciable difference in size between the white blood cells and the platelets and although the densities of these particles are close, their trajectories, under the combined effect of the radial force due to the force centrifugal and tangential force due to the speed of plasma flow, differ very significantly from each other.
  • the external side wall of the second part 15 of the annular chamber 10 comprises a succession of recesses 16 which, in this example, have the approximate shape of right triangles, one of the sides of the right angle is oriented radially with respect to the axis of rotation 2 of the separation enclosure 1 and the second side of the right angle forms the opening of the recess 16, while the hypotenuse connects the bottom of this recess 16 , that is to say the part radially furthest from the center of rotation 2 of the separation enclosure 1, on the radially oriented side of the next recess 16, considering the direction F of the flow of the rich plasma in PRP plates in the annular chamber 10.
  • FIG. 3 represents some recesses 16 in the part 15 of the annular chamber 10. This portion of the chamber is shown straight and not curved, which does not change anything for the ballistic explanation.
  • the arrow Fc represents the direction of the centrifugal force applied to the white blood cells WBC and Ft represents the direction of the tangential force applied to these same white blood cells.
  • FIG. 3 shows two extreme cases, one where the WBC particle is close to the internal lateral face of the annular chamber 10, the other where the WBC particle is close to the intersection between the radial face of a recess and the hypotenuse of the adjacent recess which constitutes the point on the external lateral face of the part 15 of the annular chamber 10 which is closest to the center of rotation 2.
  • the case where the WBC particles are closest to the face internal lateral side of the annular chamber 10 is the least favorable for trapping these particles in the recesses. In this case, the smaller the particle size, the lower the chances of trapping it.
  • the tangential force Ft is, in this case, higher than the centrifugal force Fc.
  • the WBC particle will move towards the intersection between the hypotenuse of the recess 16 on which it came into contact and the radial face of the next recess considering the direction of flow F of the plasma. Given the size of the particle, the difference between the two opposing forces can only be relatively small. As a result, as soon as this WBC particle leaves the ramp formed by the hypotenuse of the recess 16 it finds itself subject to the two forces Fc and Ft.
  • the centrifugal force Fc will modify the trajectory of this particle compared to the initial trajectory a, by shortening it for example according to the trajectory al or according to the trajectory a2.
  • the particle falls at a place of the hypotenuse of the recess along 16 where it is practically no longer under the influence of the plasma flow and is no longer subjected only to the centrifugal force which makes it "descend" towards the bottom of the recess 16.
  • this path is more influenced by the centrifugal force Fc, so that it is shorter and the particle falls on the hypotenuse of the recess 16 more near the bottom of this recess, so that it has every chance of being brought to the bottom of this recess 16 by centrifugal force.
  • FIG. 4 shows the different possible trajectories of two Plt plates entering the second part 15 of the annular separation chamber at two radial distances from the center of rotation 2 of the centrifugation chamber 1.
  • the Plt particle which enters with the lowest radial distance follows a trajectory c whose radial distance to the center of rotation 2 increases very slowly. This is the most favorable case.
  • the trajectory tends to shorten and this takes, for example, the appearance of the trajectory d which does not allow the particle Plt to cross the entire angular distance from the opening of the recess 16, so that it falls on the hypotenuse of the recess 16 in the shape of a right triangle. Since its size is smaller than that of the white blood cell along the trajectory a illustrated in Figure 3, the centrifugal force exerted on it is smaller and will less brake the movement of this particle under the influence of the force tangential Ft.
  • the trajectory dl will be longer than that al of the WBC particle of FIG. 3.
  • This particle Plt can thus, by a succession of relatively long trajectories, jump from one recess 16 to the next, until near the last recesses 16 of the part 15 of the annular chamber 10.
  • a separation is obtained between the WBC white blood cells and the Plt platelets, the white blood cells being trapped in the first recesses 16 while the platelets are trapped in the last recesses 16 by considering the direction of flow F of the plasma.
  • the first recesses 16 will be the first to fill with WBC white blood cells, so that when a recess is full, the excess white blood cells will be drawn to the next recess 16 and so on.
  • certain recesses 16 situated in the median zone of the second part 15 of the annular chamber 10 comprise both WBC white blood cells and Plt platelets. Given the difference in mass between the plates and the white blood cells, the latter will settle at the bottom causing the plates to “go up” or more precisely moving them more towards the center of rotation 2.
  • Some plates can arrive up to an evacuation compartment 17 of the separation chamber, the external lateral face of which is circular and concentric with the axis of rotation 2 of the separation enclosure 1, in the direction of which they are pushed. These plates then enter the conduit 9a opening near this external lateral face of the evacuation compartment 17.
  • the Plt plates which are trapped in recesses 16 of the second half • of the second part 15 of the annular chamber 10, protrude from these recesses when they are full and pass successively from one recess 16 to the next, until they reach the evacuation compartment 17.
  • the WBC white blood cells take the place of the Plt platelets in the recesses 16 where there are the two types of particles, so that the platelets are driven from the recess in the recess 16 into the evacuation compartment 17, where they are held by centrifugal force towards the external lateral wall of the evacuation compartment 17 and conducted by the flow of plasma in the opening of the conduit 9a extending the channel 9 to near the external lateral wall of the compartment 17 where the platelets find it concentrated.
  • the plasma of lower density than the platelets, it is evacuated through the communication opening 13 by the evacuation channel of the red blood cells. This arrangement has the non-negligible advantage of eliminating a conduit which is not necessary since all the constituents of the blood with the exception of platelets are returned to the donor.
  • the dimensioning of the recesses 16 must obey two criteria. One of these criteria is that the total volume of these recesses must be at least equal to the volume of white blood cells to be separated from the plasma after the separation of the red blood cells and the major part of the white blood cells in the first part 14 of the chamber.
  • annular 10. This volume for a platelet collection session from a donor is around 8 ml.
  • the second criterion is a function of the respective trajectories of WBC white blood cells and Plt platelets.
  • the separation systems of the prior art are based on a principle of static sedimentation, slow and weakly selective given the small difference in density between the particles to be separated, especially between white blood cells, platelets and plasma
  • the present invention uses the ballistics of the trajectories induced by the centrifugal force and by the tangential force due to the flow of the plasma and strongly dependent on the size of the particles, since the radius of the particles is squared in the sedimentation formula.
  • the size of the largest plates is.
  • FIG. 5 intended to be placed in a suitable centrifuge and which is formed from a rigid transparent plastic material, has an inlet 19 for the whole blood which flows in a first separation channel 20 which extends over 180 ° and the external and internal side walls of which have their respective radial distances from the center of rotation of the separation enclosure 18 which increase and decrease respectively towards the end of this channel 20 opposite the inlet 19.
  • a conduit 21 is used for the evacuation of red blood cells, while another conduit 22 connects the end of the internal lateral face of the first separation channel 20 to a second separation channel 23, as well as a plasma discharge conduit 26.
  • a series of recesses 24 intended for trapping white blood cells is disposed between the inlet of the channel 23 and an outlet opening 25 for the evacuation of the platelets, the remaining plasma being able to return to the evacuation conduit 26 by the second half 23a of the second separation channel 23.
  • the white blood cells which are not separated with the red blood cells can therefore be trapped in the recesses 24.
  • the variant illustrated in FIG. 6 relates to a separation channel 27 in the form of a progressive spiral intended to be driven around an axis of rotation 28.
  • An inlet 29 for whole blood is arranged along the separation 27, an outlet 30 is located at the end of the spiral channel 27 furthest radially from the center of rotation 28 and allows the red blood cells to be removed.
  • a second outlet 31 located between the inlet 29 and the end radially closest to the axis of rotation 28 is intended to evacuate the wafers.
  • a third outlet 32 located at the radially nearest end of the center of rotation 28 is used for the evacuation of the plasma.
  • a series of recesses 33 is provided on the external lateral face of the spiral channel 27.
  • These recesses 33 are for example of triangular shape, like those of the previous embodiments and also serve to trap the particles. to be separated according to the trajectories of these particles linked to their respective volumes, as explained above.
  • FIG. 7 illustrates a final embodiment in which recesses 34 are formed on the external lateral face of a channel 35 for separating the wafers.
  • the invention has been described in relation to separation chambers capable of separating platelets from whole blood, this invention also applies to the separation of platelets from plasma rich in platelets, the globules red being separated independently using a separate separator.
  • the separation enclosure according to the invention is more particularly, although not exclusively, intended for the continuous separation of leukoreduced platelets.

Landscapes

  • Centrifugal Separators (AREA)
  • External Artificial Organs (AREA)

Abstract

Un canal (10) suit une courbure générale concave par rapport à l'axe de rotation (2) de l'enceinte (1), le long duquel se situent une ouverture d'alimentation (7,) du sang et au moins deux ouvertures (8, 9) pour l'évacuation des composants séparés. La rotation de l'enceinte permet d'appliquer au sang à séparer des forces radiales pour faire sédimenter les particules solides contre la paroi latérale externe dudit canal (10). Cette paroi latérale est conformée pour ménager une pluralité d'évidements adjacents (16, 24 33) se succédant dans le sens (F) d'écoulement du sang à séparer, la paroi reliant le fond de chaque évidement (16, 24, 33) à son extrémité aval par rapport au sens (F) a une longueur angulaire déterminée par rapport à l'axe de rotation (2, 28) de l'enceinte rotative (1) et la distance entre cette paroi et cet axe de rotation (2, 28) diminue progressivement, du fond dudit évidement à son extrémité aval.

Description

ENCEINTE ROTATIVE POUR LA SEPARATION DE COMPOSANTS DU SANG
OU DU PLASMA.
La présente invention se rapporte à une enceinte rota- tive pour la séparation de composants de masses spécifiques et/ou de tailles différentes du sang ou du plasma riche en plaquettes, comprenant un canal suivant une courbure générale concave par rapport à l'axe de rotation de cette enceinte, le long duquel se situent une ouverture d'alimentation du sang ou du plasma et au moins deux ouvertures pour l'évacuation desdits composants séparés, des moyens pour appliquer au sang ou au plasma une force tangentielle pour le faire circuler de l'ouverture d'alimentation aux ouvertures d'évacuation et des moyens pour entraîner cette enceinte en rotation, afin d'appliquer au sang ou plasma à séparer une force radiale pour faire sédimenter lesdites particules solides contre la paroi latérale externe dudit canal.
Il existe un grand nombre de solutions proposées pour la séparation en continu du sang en vue d'en extraire les plaquettes pour les administrer à un malade, en retournant le plasma, les globules rouges et les globules blancs au donneur.
Les inconvénients des solutions proposées résident dans le fait que les machines obtenues sont volumineuses, coûteu- ses et lentes permettant d'obtenir une pureté des plaquettes séparées tout au plus acceptable.
On a proposé dans le EP 99810294.1 et dans le EP 99810295.8 des solutions destinées à réduire le volume des machines et d'augmenter la vitesse de séparation sans amé- liorer pour autant le degré de pureté des plaquettes ainsi séparées du sang.
Le but de la présente invention est d'améliorer la pureté des plaquettes obtenues avec un appareil de faible volume, suffisamment léger pour pouvoir être transporté, d'un coût relativement faible aussi bien en ce qui concerne la machine elle-même que les consommables et susceptible de traiter le sang à un débit relativement élevé.. A cet effet, la présente invention a pour objet une enceinte rotative pour la séparation en continu de composants, de tailles et/ou de masses spécifiques différentes, de sang ou de plasma riche en plaquettes, telle que définie par la revendication 1. L'enceinte de séparation selon l'invention est conformée pour mettre à profit la différence de trajectoire communiquée aux particules solides de masses spécifiques, mais surtout de tailles différentes, résultant de la combinaison de forces centrifuges radiales induite par la rotation com- uniquee à l'enceinte de séparation et de la force tangen- tielle, communiquée par l'écoulement du plasma riche en plaquettes dans le canal de séparation de forme générale concave par rapport au centre de rotation de l'enceinte de séparation. En effet, si les masses spécifiques respectives des plaquettes, des globules blancs et celle du plasma sont très voisines, respectivement 1,040 kg/dm3, 1,070 kg/dm3 et 1,029 kg/dm3, les tailles des plaquettes (PLT) et des globules blancs (WBC) varient sensiblement puisque leurs diamètres se situent respectivement entre 1-4 μm et 7-15 μm. Or, dans la formule relative à la vitesse de sédimentation de particules sphériques, le rayon des particules est élevé au carré. Par conséquent, compte tenu de la formule relative à la vitesse de sédimentation Vs, il est beaucoup plus avantageux de tirer parti de cette différence de tailles des particules que de leur densité:
Vs * Ppart _ Pliq) r ω2R où: ppart = densité des particules Pi±q = densité du plasma r = rayon des particules ω2R ≈ force centrifuge liée à la vitesse de rotation et au rayon du canal de centrifugation
Or, la vitesse de centrifugation étant combinée à une force tangentielle résultant de la vitesse d'écoulement du plasma dans le canal de centrifugation, les trajectoires respectives des particules de tailles sensiblement différentes seront elles aussi très différentes. Les plaquettes de petites tailles auront ainsi des trajectoires beaucoup plus longues, influencées par la composante tangentielle, alors que les globules blancs de taille sensiblement plus grande ont des trajectoires plus courtes, davantage influencées par la composante radiale.
Par conséquent, en formant une série d'évide ents successifs dans la paroi latérale externe du canal de séparation et en dimensionnant et en conformant ces évidements de manière appropriée, notamment en choisissant le pas angulaire de ces évidements en fonction des trajectoires respectives des particules à séparer, les globules blancs de trajectoires plus courtes que les plaquettes seront piégés alors que les plaquettes, de trajectoires plus longues passeront, dans leur très grande majorité, devant les évidements ou, dans les cas les plus défavorables, passeront d'un évidement à l'autre sans être piégées ou en étant piégées que dans les derniers évidements.
Le plasma riche en plaquettes considéré ici, résulte d'une première séparation du sang complet (WB) . Au cours de cette séparation, la plus grande partie des globules blancs
(WBC) est déjà séparée du sang avec les globules rouges (RBC) et seules les globules blancs les plus petits et les plus légers restent dans le plasma riche en plaquettes (PRP) . Compte tenu de cette observation et en sachant que le volume de globules blancs dans le sang complet est dix fois plus faible que celui des plaquettes à extraire du plasma riche en plaquettes, il est tout à fait possible de concevoir une enceinte de séparation selon la présente invention, dont le volume total des évidements successifs ménagés dans la paroi latérale externe du canal de séparation, est apte à stocker le faible volume de globules blancs restant dans le plasma riche en plaquettes pour le volume de sang à traiter, qui est fonction du volume de sang qui peut être retiré du donneur au cours d'un même prélèvement et qui correspond donc à un volume déterminé connu. Le dessin annexé illustre, schématiquement et à titre d'exemple, diverses formes d'exécution de l'enceinte rotative de centrifugation objet de la présente invention.
La figure 1 est un schéma général d'une centrifugeuse conçue pour l'enceinte rotative de centrifugation objet de l'invention, la figure 2 est une vue de dessus d'une première forme d' exécution, la figure 3 est une vue partielle agrandie pour expliquer les effets balistiques sur les globules blancs, utili- ses dans le cadre de l'invention, la figure 4 est une vue partielle, semblable à la figure 2, illustrant les effets balistiques sur les plaquettes, utilisés dans le cadre de l'invention, la figure 5 est une vue de dessus d'une autre forme d'exécution utilisant les principes de l'invention, la figure 6 est une vue de dessus d'une autre forme d' exécution, la figure 7 est une vue de dessus d'une dernière forme d' exécution.
La centrifugeuse, illustrée très schématique ent par la figure 1 et sur laquelle l'enceinte de séparation 1 selon l'invention est utilisée et qui est une enceinte jetable, de préférence en une matière plastique transparente rigide, hémocompatible, comporte un moteur M pour entraîner l'enceinte de séparation en rotation autour de son axe de rotation 2. Cette enceinte de séparation est reliée à l'exté- rieur par au moins trois conduits 3, 4, 5, connectés à l'enceinte de séparation 1 au voisinage de son axe de rotation 2. L'un 3 de ces conduits est destiné à être relié à un donneur par l'intermédiaire d'une pompe péristaltique 6. Un autre 4 de ces conduits est destiné à retourner au donneur le sang dont on aura retiré les plaquettes et le troisième 5 est destiné à conduire les plaquettes dans une poche qui sera transfusée au receveur. De préférence, la circulation dans les différents conduits 3, 4, 5 est assurée par la seule pompe 6. Comme on peut le constater sur la figure 2, les trois conduits 3, 4, 5, communiquent respectivement avec trois canaux radiaux 7, 8, 9 qui aboutissent dans un canal de séparation en forme de chambre annulaire 10. De préférence, la section de ce canal de séparation est rectangulaire, de manière que deux faces opposées forment les faces latérales interne, respectivement externe du canal de séparation et soient parallèles à l'axe de rotation 2 de l'enceinte de séparation 1. Le canal radial 7 débouche dans cette chambre annulaire 10 à proximité de sa face latérale interne. Un dé- flecteur 11, parallèle à cette face latérale interne, situé à la sortie du canal radial 7 dans la chambre annulaire 10 et s' étendant entre les deux autres faces parallèles, supérieure, respectivement inférieure du canal de séparation 10, sert à communiquer une vitesse tangentielle au sang complet entrant dans la chambre annulaire 10. Le canal radial 8 est adjacent au canal radial 7 et s'ouvre à proximité de la face latérale externe de la chambre annulaire 10. Enfin, le canal radial 9 est prolongé par un conduit 9a jusqu'à proximité de la face latérale externe de la chambre annulaire 10, une cloison radiale 12 prolongeant le canal radial 8 dans la chambre annulaire 10, sépare la sortie des globules rouges par le canal radial 8 de celle des pla- quettes par le canal radial 9. Cette cloison radiale 12 permet aussi de séparer les deux extrémités du canal de séparation formé par la chambre annulaire 10, de sorte que le côté droit de cette cloison (figure 2) correspond à l'extrémité amont de ce canal de séparation, tandis que le côté gauche de cette cloison constitue l'extrémité aval de ce canal de séparation. Une ouverture de communication 13 adjacente à la face latérale interne de la chambre annulaire 10 est ménagée à travers la cloison radiale 12 pour permettre l'évacuation du plasma par le même canal radial 8 et donc par le même conduit 5 que les globules rouges.
La chambre annulaire 10 formant le canal de séparation du sang comporte deux parties disposées à la suite l'une de l'autre. La première partie 14 s'étend sur environ de la circonférence à partir de l'arrivée du sang par le canal ra- dial 7. Cette première partie 14 sert à séparer les particules les plus denses, c'est-à-dire, les globules rouges RBC en totalité et une grande partie des globules blancs WBC du plasma riche en plaquettes PRP, sous l'effet de la force centrifuge induite par la rotation de l'enceinte de sépara- tion 1 autour de son axe de rotation 2. Comme on le voit sur la figure 2, ces particules sont poussées contre la face latérale externe de cette partie 14 de la chambre annulaire 10 et sortent par le canal radial 8 et le conduit 4. Ces parti- cules, les RBC et une partie des WBC s'écoulent donc dans le sens de la flèche Fi dans la partie 14 de la chambre annulaire 10 adjacente à la paroi latérale externe de cette chambre annulaire 10, alors que le plasma riche en plaquet- tes PRP s'écoule dans le sens opposé en direction de la seconde partie 15 de cette chambre annulaire 10.
Cette seconde partie 15, qui s'étend sur environ les H de la chambre annulaire 10, sert à séparer les plaquettes Plt du plasma. C'est essentiellement à cette seconde partie que se rapporte la présente invention. Comme on l'a déjà expliqué, compte tenu de la différence de taille sensible entre les globules blancs et les plaquettes et bien que les densités de ces particules soient voisines, leurs trajectoires, sous l'effet combiné de la force radiale due à la force centrifuge et de la force tangentielle due à la vitesse de l'écoulement du plasma, diffèrent très sensiblement l'une de l' autre.
Pour tirer parti de cette particularité, la paroi latérale externe de la seconde partie 15 de la chambre annulaire 10 comporte une succession d' évidements 16 qui ont, dans cet exemple, la forme approximative de triangles rectangles dont un des côtés de l'angle droit est orienté radialement par rapport à l'axe de rotation 2 de l'enceinte de séparation 1 et le second côté de l'angle droit forme l'ouverture de l' évidement 16, tandis que l'hypoténuse relie le fond de cet évidement 16, c'est-à-dire la partie la plus éloignée radialement du centre de rotation 2 de l'enceinte de séparation 1, au côté orienté radialement de l' évidement 16 suivant, en considérant le sens F de l'écoulement du plasma riche en plaquettes PRP dans la chambre annulaire 10. Par conséquent, la distance radiale entre le côté de l' évidement 16 reliant son fond au bord de l' évidement suivant, en considérant le sens d' écoulement F, décroît progressivement du fond de cet évidement 16 au bord de cet évidement suivant. On peut noter que l'hypoténuse du triangle rectangle formé par les évidements 16 présente une légère courbure concave.
Les figures 3 et 4 sont destinées à expliquer le prin- cipe balistique sur lequel l'invention se base pour permettre la séparation des globules blancs des plaquettes par piégeage successif des globules blancs et stockage de ces globules blancs qui resteront donc dans l'enceinte de séparation 1 une fois le processus de séparation terminé et qui seront éliminées avec cette enceinte de séparation jetable. La figure 3 représente quelques évidements 16 de la partie 15 de la chambre annulaire 10. Cette portion de chambre est représentée droite et non courbée, ce qui né change rien pour l'explication balistique. La flèche Fc représente la direction de la force centrifuge appliquée aux globules blancs WBC et Ft représente la direction de la force tangentielle appliquée à ces mêmes globules blancs.
Différents cas de trajectoires sont possibles suivant la distance radiale entre les particules WBC et le centre de rotation 2 de l'enceinte de séparation 1 d'une part et suivant la taille de ces particules d'autre part. En effet, pour une vitesse de rotation donnée et une masse de particule donnée, celles-ci sont soumises à un profil de vitesse parabolique dû au régime laminaire de l'écoulement principal et à l'effet de paroi où les vitesses sont pratiquement nulles. La figure 3 montre deux cas extrêmes, l'un où la particule WBC est proche de la face latérale interne de la chambre annulaire 10, l'autre où la particule WBC est proche de l'intersection entre la face radiale d'un évidement et l'hy- potenuse de l' évidement adjacent qui constitue le point de la face latérale extérieure de la partie 15 de la chambre annulaire 10 qui est le plus proche du centre de rotation 2. Le cas où les particules WBC sont le plus proche de la face latérale interne de la chambre annulaire 10 est le moins favorable pour le piégeage de ces particules dans les évidements. Dans ce cas, plus la taille de la particule est petite, moins les chances de la piéger son grandes. Deux trajectoires a et b sont représentées, la trajectoire a correspondant à la trajectoire de la plus petite des particules WBC, tandis que la trajectoire b correspond à la trajectoire de la plus grosse des particules WBC. On constate qu'avec la trajectoire a, la particule WBC tombe sur la face de l' évidement 16 correspondant à l'hypoténuse, à une distance relativement faible de l'intersection entre cette hypoténuse et la face radiale de l' évidement 16 suivant. En tombant à cet endroit, la particule WBC est soumises à deux forces opposées, la force centrifuge Fc qui tend à la faire descendre vers le fond de l' évidement 16 et la force tangentielle Ft qui lui est communiquée par l'écoulement du plasma dans lequel elle est en suspension.
Admettons que la force tangentielle Ft est, dans ce cas, plus élevée que la force centrifuge Fc. La particule WBC va se déplacer vers l'intersection entre l'hypoténuse de 1' évidement 16 sur laquelle elle est entrée en contact et la face radiale de l' évidement suivant en considérant le sens d'écoulement F du plasma. Etant donné la taille de la particule, la différence entre les deux forces antagonistes ne peut être que relativement faible. De ce fait, dès que cette particule WBC quitte la rampe formé par l'hypoténuse de 1' évidement 16 elle se retrouve soumise aux deux forces Fc et Ft. Or, étant donné qu'elle a perdu une bonne partie de son énergie cinétique au cours de sa "montée" le long -de l'hypoténuse, la force centrifuge Fc va modifier la trajectoire de cette particule par rapport à la trajectoire initiale a, en la raccourcissant par exemple selon la trajectoire al ou selon la trajectoire a2. Comme on peut alors le constater, dans un cas comme dans l'autre, la particule tombe à un endroit de l'hypoténuse de l' évidement suivant 16 où elle ne se trouve pratiquement plus sous l'influence de l'écoulement du plasma et n'est plus soumise qu'à la force centrifuge qui la fait "descendre" vers le fond de l' évidement 16.
Dans le cas d'une particule plus grosse, représentée par la trajectoire b, cette trajectoire est plus influencée par la force centrifuge Fc, de sorte qu'elle est plus courte et que la particule tombe sur l'hypoténuse de l' évidement 16 plus près du fond de cet évidement, de sorte qu'elle a toutes les chances d'être amenée au fond de cet évidement 16 par la force centrifuge.
La figure 4 montre les différentes trajectoires possi- blés de deux plaquettes Plt entrant dans la deuxième partie 15 de la chambre annulaire de séparation à deux distances radiales du centre de rotation 2 de l'enceinte de centrifugation 1. La particule Plt qui entre avec la plus faible distance radiale suit une trajectoire c dont la distance radiale au centre de rotation 2 augmente très lentement. Il s'agit là du cas le plus favorable.
Dans l'autre cas qui est le plus défavorable, en raison du profil de vitesse parabolique des particules, la trajectoire tend à se raccourcir et celle-ci prend, par exemple, l'allure de la trajectoire d qui ne permet pas à la particule Plt de franchir toute la distance angulaire de l'ouverture de l' évidement 16, de sorte qu'elle tombe sur l'hypoténuse de l' évidement 16 en forme de triangle rectangle. Etant donné que sa taille est plus faible que celle du globule blancs suivant la trajectoire a illustrée par la figure 3, la force centrifuge qui s'exerce sur elle est plus faible et freinera moins le déplacement de cette particule sous l'influence de la force tangentielle Ft. Par conséquent, en quittant l'extrémité de la rampe formée par l'hypoténuse de 1' évidement 16, adjacente à la face radiale de l' évidement suivant dans le sens F de l'écoulement du plasma, la trajectoire dl sera plus longue que celle al de la particule WBC de la figure 3. Cette particule Plt pourra ainsi, par une succession de trajectoires relativement longues, sauter d'un évidement 16 au suivant, jusqu'à proximité des derniers évidements 16 de la partie 15 de la chambre annulaire 10.
Ainsi, comme on peut le constater sur la figure 2, on obtient une séparation entre les globules blancs WBC et les plaquettes Plt, les globules blancs étant piégés dans les premiers évidements 16 tandis que les plaquettes sont piégées dans les derniers évidements 16 en considérant le sens d'écoulement F du plasma. Il est évident que les premiers évidements 16 seront les premiers à se remplir de globules blancs WBC, de sorte que lorsqu'un évidement sera plein, les globules blancs en surplus seront entraînées vers l' évidement 16 suivant et ainsi de suite. On peut constater que certains évidements 16 situé dans la zone médiane de la se- conde partie 15 de la chambre annulaire 10 comportent à la fois des globules blancs WBC et des plaquettes Plt. Etant donné la différence de masse entre les plaquette et les globules blancs, celles-ci se tasseront au fond faisant "remonter" les plaquettes ou plus exactement les déplaçant plus vers le centre de rotation 2.
Certaines plaquettes peuvent arriver jusqu'à un compartiment d'évacuation 17 de la chambre de séparation dont la face latérale externe est circulaire et concentrique à l'axe de rotation 2 de l'enceinte de séparation 1, en direction duquel elle sont poussées. Ces plaquettes entrent alors dans le conduit 9a s'ouvrant à proximité de cette face latérale externe du compartiment d'évacuation 17. Les plaquettes Plt qui sont piégées dans des évidements 16 de la seconde moitié •de la seconde partie 15 de la chambre annulaire 10, débordent de ces évidements lorsque ceux-ci sont pleins et passent successivement d'un évidement 16 au suivant, jusqu'à ce qu'ils atteignent le compartiment d'évacuation 17. De même, les globules blancs WBC prennent la place des plaquettes Plt dans les évidements 16 où on trouve les deux types de particules, de sorte que les plaquettes sont chassées d' évidement en évidement 16 jusque dans le compartiment d'évacuation 17, où elles sont maintenues par la force centrifuge vers la paroi latérale externe du compartiment d'évacuation 17 et conduites par l'écoulement du plasma dans l'ouverture du conduit 9a prolongeant le canal 9 jusqu'à proximité de la paroi latérale externe du compartiment 17 où les plaquettes se trouvent concentrée. Quant au plasma, de densité plus faible que les plaquettes, il est évacué à travers l'ouverture de communication 13 par le canal d'évacuation des globules rouges. Cette disposition présente l'avantage non négligeable de supprimer un conduit qui n' est pas nécessaire étant donné que tous les constituants du sang à l'exception des plaquettes sont restitués au donneur.
Le dimensionnement des évidements 16 doit obéir à deux critères. L'un de ces critère est que le volume total de ces évidements doit être au moins égal au volume de globule blancs à séparer du plasma après la séparation des globules rouges et de la majeur partie des globules blancs dans la première partie 14 de la chambre annulaire 10. Ce volume pour une séance de prélèvement de plaquettes à partir d'un donneur se situe aux environs de 8 ml. Le second critère est fonction des trajectoires respectives des globules blancs WBC et des plaquettes Plt. Ces trajectoires sont fonction de la force centrifuge Fc appliquée au liquide à séparer et de la force tangentielle Ft qui est fonction de la vitesse d'écoulement du liquide dans la chambre annulaire 10, elle- même fonction de la pression d' alimentation du sang par la pompe d'alimentation 6 et des pertes de charge dans les conduits. Lorsque ces paramètres ont été déterminés, on peut choisir la dimension angulaire de l'ouverture des évidements 16 ou celle de l'hypoténuse du triangle formé par 1' évidement 16 qui, dans ce cas, sont égales.
Comme on a pu le constater de la description précédente, alors que les systèmes de séparation de l'art antérieur sont basés sur un principe de sédimentation statique, lent et faiblement sélectif compte tenu de la faible différence de densité entre les particules à séparer, surtout entre les globules blancs, les plaquettes et le plasma, la présente invention utilise la balistique des trajectoires induites par la force centrifuge et par la force tangentielle due à l'écoulement du plasma et fortement dépendante de la taille des particules, puisque le rayon des particules est élevé au carré dans la formule de sédimentation. Or la taille des plus grosses plaquettes est de. 4 μm, tandis que celle des plus petits globules blancs est de 7 μm, de sorte qu'une fois élevés au carré les rayons de ces particules, le facteur multiplicateur entre eux est de 3, donnant donc des vitesses de centrifugation au moins trois fois plus élevées, alors que les différences de densités ne sont que de 0,03 kg/dm3.
Grâce au principe basé sur la balistique et au profil d'écoulement parabolique, "utilisés par la présente invention pour séparer les particules de tailles différentes, la vitesse et la sélectivité de séparation des particules sont sensiblement améliorées par rapport aux séparateurs basés sur des principes statiques. Dans la plupart des dispositifs de séparation connus, les particules à séparer se déplacent selon des trajectoires comparables à celles représentées par les figures 3 et 4, puisque le sang à séparer est soumis à la force centrifuge alors qu'il s'écoule dans un canal de forme concave par rapport au centre de rotation de ce canal. Par conséquent, les particules à séparer sont aussi soumises à une force tangentielle due à la vitesse de l'écoulement et leurs trajectoires respectives sont comparables à celle illustrées par les figures 3 et 4. Toutefois, en l'absence de pièges ménagés le long de la paroi latérale externe du canal de séparation, on ne peut pas tirer avantage des pro- priétés balistiques des particules soumises à ces forces, la séparation étant alors basée que sur les différences de densités .
Les figures 5-7 montrent comment on peut utiliser les caractéristiques principale de la présente invention dans des dispositifs de séparation connus. C'est ainsi que l'enceinte de séparation 18 illustrée par la figure 5, destinée à être placée dans une centrifugeuse appropriée et qui est formée d'une matière plastique transparente rigide, comporte une admission 19 pour le sang complet qui s'écoule dans un premier canal de séparation 20 qui s'étend sur 180° et dont les parois latérales externe et interne ont leurs distances radiales respectives par rapport au centre de rotation de l'enceinte de séparation 18 qui croissent, respectivement décroissent en allant vers l'extrémité de ce canal 20 oppo- sée à l'admission 19. Un conduit 21 sert à l'évacuation des globules rouges, tandis qu'un autre conduit 22 relie l'extrémité de la face latérale interne du premier canal de séparation 20 à un second canal de séparation 23, ainsi qu'à un conduit d'évacuation 26 du plasma. Une série d' évidements 24 destinés au piégeage des globules blancs est disposée entre l'entrée du canal 23 et une ouverture de sortie 25 pour l'évacuation des plaquettes, le plasma restant pouvant retourner vers le conduit d'évacuation 26 par la seconde moitié 23a du second canal de séparation 23. Les globules blancs non séparées avec les globules rouges pourront donc être piégées dans les évidement 24.
La variante illustrée par la figure 6 se rapporte, .à un canal de ' séparation 27 en forme de spirale progressive destinée à être entraînée autour d'un axe de rotation 28. Une entrée 29 pour le sang complet est disposée le long du canal de séparation 27, une sortie 30 est située à l'extrémité du canal en spirale 27 la plus éloignée radialement du centre de rotation 28 et permet d'évacuer les globules rouges. Une deuxième sortie 31 située entre l'entrée 29 et l'extrémité radialement la plus proche de l'axe de rotation 28 est destinée à évacuer les plaquettes. Enfin, une troisième sortie 32, située à l'extrémité radialement la plus proche du cen- tre de rotation 28 sert à l'évacuation du plasma.
Comme illustré par la figure 6 une série d' évidements 33 est ménagée sur la face latérale externe du canal en spirale 27. Ces évidements 33 sont par exemple de forme triangulaire, comme ceux des formes d'exécutions précédentes et servent également à piéger les particules à séparer en fonction des trajectoires de ces particules liées à leurs volumes respectifs, comme expliqué précédemment.
La figure 7 illustre une dernière forme d'exécution dans laquelle des évidements 34 sont ménagés sur la face la- térale externe d'un canal 35 de séparation des plaquettes. Ces différents exemples montrent que la présente invention est applicable avec toutes les enceintes de séparation du sang dans lesquelles le sang circule dans un canal de forme générale concave par rapport au centre de rotation de l'en- ceinte de séparation. Comme on a pu le voir, ce canal peut prendre des formes différentes, mais le principe de l'invention est applicable dans chacun des cas décrits. Il est éga- lement applicable avec d' autres enceintes de séparations basées sur des principes similaires à ceux décrits ici.
Bien que. l'invention ait été décrite en relation avec des enceintes de séparation susceptibles d'effectuer la sé- paration des plaquettes en partant de sang complet, cette invention s'applique également à la séparation des plaquettes à partir de plasma riche en plaquettes, les globules rouges étant séparée indépendamment à l'aide d'un séparateur distinct. L'enceinte de séparation selon l'invention est plus particulièrement, bien que non exclusivement, destinée à la séparation en continu de plaquettes déleucocytées.

Claims

REVENDICATIONS
1. Enceinte rotative pour la séparation de composants de masses spécifiques et/ou de tailles différentes du sang ou du plasma riche en plaquettes, comprenant un canal (10, 23, 27) suivant une courbure générale concave par rapport à l'axe de rotation (2, 28) de cette enceinte (1), le long duquel se situent une ouverture d'alimentation (7, 19, 29) du sang ou du plasma et au moins deux ouvertures (8, 9, 21, 25, 26, 30, 31, 32) pour l'évacuation desdits composants séparés, des moyens (P) pour appliquer au sang ou au plasma une force tangentielle pour le faire circuler de l'ouverture d'alimentation (7, 19, 29) aux ouvertures d'évacuation (8, 9, 21, 25, 26, 30, 31, 32) et des moyens (M) pour entraîner cette enceinte (1) en rotation, afin d'appliquer au sang ou plasma à séparer une force radiale pour faire sédimenter lesdites particules solides contre la paroi latérale externe dudit canal (10, 23, 27) , caractérisée en ce que cette paroi latérale externe comporte une pluralité d' évidements adja- cents (16, 24, 33, 34) se succédant dans le sens (F) d'écoulement du sang ou plasma à séparer et présentant chacun une longueur angulaire déterminée en fonction des trajectoires respectives desdits composants, la distance radiale entre la paroi latérale de chacun desdits évidements et cet axe de rotation .(2, 28) diminuant progressivement en direction de son extrémité aval.
2. Enceinte selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi reliant le fond de chaque évidement (16, 24, 33) à son extrémité amont présente une longueur angulaire par rapport audit axe de rotation voisine de zéro.
3. Enceinte selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit canal (10) est de forme circulaire.
4. Enceinte selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite ouverture d'alimentation (7) du liquide à séparer et l'ouverture d'évacuation des particules (8) les plus denses se situent à proximité de l'extrémité amont du- dit canal (10), tandis que les ouvertures (9a, 13) pour l'évacuation des particules les moins denses et du plasma se situent à l'extrémité aval dudit canal (10), respectivement à proximité des parois latérales externe et interne de ce canal (10) .
5. Enceinte selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'ouverture d'évacuation du plasma (13) communique avec ladite ouverture d'évacuation (8) des particules les plus denses.
6. Enceinte selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le volume total desdits évidements successifs (16, 24, 33) est choisi pour permettre de stocker au moins un volume correspondant à la fraction des globules blancs contenues dans le volume de sang à séparer correspondant aux globules blancs subsistant dans le plasma riche en plaquettes après la séparation des globules rouges.
7. Enceinte selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la section dudit canal de séparation (10) est rectangulaire ses deux faces latérales interne et externe étant parallèle audit axe de rotation {2 ) , un dé- flecteur radial (11) , parallèle à la face interne dudit canal de séparation (10) étant disposé vis-à-vis de l'ouverture d'alimentation (7) et s' étendant entre les deux autres faces parallèles dudit canal de séparation (10) .
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