细胞洗涤装置的制作方法

本发明涉及细胞洗涤装置，尤其涉及用于从血液、浓集细胞和包含细胞的类似流体中交换污染物的细胞洗涤装置。

背景技术

清洗流体中包含的细胞(如血液中的红细胞)的一种成熟方法是使用离心机。

在红细胞的情况下，血液(或红细胞浓缩物)在离心管中离心，红细胞在管的底部聚集形成颗粒。吸出或倒出含有不需要的物质的上清液。然后通过搅拌将红细胞重新悬浮在干净的液体中。

如果产生的不需要的物质的稀释浓度仍然太高，离心、制粒、抽吸和再悬浮过程被重复，并且可以被重复几次。

细胞清洗是制备输血过程的一部分，并有多种其他应用。例如，它用于处理自体输血的血液，并可用于在输血前清洗旧血液。

离心细胞洗涤的一个主要缺点是它是一个间歇过程，在再悬浮过程中的离心、抽吸和相应的搅拌会导致一些细胞破裂。这种细胞破裂将物质引入细胞洗涤过程试图去除的再悬浮液中。因此，它不仅减少了可用的完整红细胞，还降低了细胞洗涤过程的效率。

离心式细胞洗涤也是一个多步骤过程，过程中的每一步都为错误提供了额外的机会，这可能导致细胞的损坏或部分/全部损失。

离心细胞洗涤是一个间歇过程。因此，在至少一个批次循环完成之前，不能使用洗涤过的血液，随后洗涤过的血液可以成倍的批量供应。包括输血处理在内的许多应用可能需要任意数量的流体进行处理，并且血液可能需要非常短的准备时间。那么，离心式细胞洗涤呈现出许多不理想的特征：该过程的批处理性质是不灵活的；它会对正在被清洗的红细胞造成一些损伤

目前的细胞洗涤技术也很耗时，这使得它们不太适合需要快速或立即转向的应用，例如输血。

因此，希望提供一种细胞洗涤装置和技术，其克服了当前可用解决方案的缺点。

技术实现要素：

根据本发明的第一方面，提供了一种红细胞洗涤装置，其布置成交换含细胞的第一流体中的一种或多种可交换实体，该装置包括第一流体导管和第二流体导管，第二流体导管通过设置在其与第一流体导管之间的半透膜与第一流体导管分开；所述第一流体导管具有第一流体入口和第一流体出口，所述第一流体导管被布置成在第一流体入口和第一流体出口之间沿第一方向输送第一流体；第二流体导管被布置成容纳第二流体；其中半透膜包括多个孔，这些孔被布置成允许所述一种或多种可交换实体从第一流体传输到第二流体；其中所述一种或多种可交换实体包含游离血红蛋白和/或血浆；并且其中所述第一流体是从人体分离的全血或浓缩红细胞。

根据本发明的第二方面，提供了一种细胞洗涤装置，其布置成交换含细胞的第一流体中的一种或多种可交换实体，该装置包括，

第一流体导管和第二流体导管，第二流体导管通过设置在其与第一流体导管之间的半透膜与第一流体导管分开；

所述第一流体导管具有第一流体入口和第一流体出口，所述第一流体导管被布置成在第一流体入口和第一流体出口之间沿第一方向输送第一流体；第二流体导管被布置成容纳第二流体；其中半透膜包括多个孔，这些孔被布置成允许所述一种或多种可交换实体在第一流体和第二流体之间传输。

优选地，一种或多种可交换实体包括一种或多种污染物。本发明上下文中的术语“污染物”将被本领域技术人员理解为是指位于第一流体中的任何实体，其中期望从第一流体中去除所述实体。所述“污染物”可能对悬浮在含细胞的第一流体中的细胞有害，也可能对其无害。在优选实施例中，一种或多种污染物包括游离血红蛋白和/或血浆。

优选地，所述一种或多种可交换实体与存在于第二流体中的替换实体交换。优选地，所述替代实体是有益物质。优选地，所述交换通过反向扩散进行。在一些实施例中，替代实体可以是水。

半透膜包括多个孔，这些孔优选地被布置成允许第一流体和第二流体的反向扩散，使得存在于第一流体中的一种或多种可交换实体远离红细胞转移到第二流体中，并与存在于第二流体中的替换实体交换，从而基本上清洗细胞。第一种流体可以是血浆(与悬浮细胞一起构成全血)或溶液，如SAGM(saline-adenine-glucose-mannitol)，广泛用于输血的浓集细胞。第二流体可以是SAGM或不包含一种或多种可交换实体的其他流体。可交换实体可包括游离血红蛋白和/或铁和/或钾离子，和/或输血储存或处理过程中产生的其他污染物。在一些实施例中，一种或多种可交换实体可以是血浆。在这样的实施例中，可以发生第一流体和第二流体之间的完全流体转移，从而导致所述细胞在所述第二流体中的悬浮。在这样的实施例中，第二流体导管可以包括出口，该出口提供离开所述装置的血浆流。

优选地，半透膜还被设置成将一种或多种有益物质从“干净的”第二流体输送到第一流体。在这样的优选实施例中，第二流体优选是“干净的”，并且所述输送优选提供改进的悬浮细胞的第一流体。在本发明的上下文中，技术人员将理解术语“干净的”是指与第一流体相比，所述一种或多种可交换实体的浓度为零或更低。因此，在所述实施例中，细胞可以悬浮在干净且“增强”的第一流体中，所述干净且增强的第一流体包含更高浓度的有益物种。有益物种可以例如包括葡萄糖、腺嘌呤、甘露醇、盐、氨基酸、杀真菌剂或任何其他对细胞有益的合适物种，这将被熟练的读者理解。在有益物种是氨基酸的实施方案中，优选的氨基酸可以是必需氨基酸，例如左旋谷氨酰胺。

在一个示例性实施方案中，其中本发明的装置用于洗涤悬浮在SAGM(saline-adenine-glucose-mannitol；示例性的第一流体)中的浓集细胞，第二流体可以是“干净的”SAGM，使得含细胞SAGM内的污染物可以沿着浓度梯度从第一导管向下流到第二导管。在所述示例性实施例中，所述污染物可以用未污染的SAGM来代替，其在反扩散过程中从第二流体转移到第一流体。也有可能第一流体可以是全血，第二流体可以是SAGM。通过设置流体的相对流速，优选为逆流流动，作为全血供给到装置的第一导管的第一流体可以作为SAGM的浓集细胞从第一流体出口流出装置。在本发明的上下文中，术语“浓集细胞”将被本领域技术人员理解为浓缩细胞——即包含在流体中的浓度大于全血浓度的细胞。

优选地，第二流体导管包括第二流体入口和第二流体出口，第二流体导管布置成在第二流体入口和第二流体出口之间沿第二方向输送第二流体。在第二流体不移动的实施例中，可被处理的第一流体的体积受到静止的第二流体的容量的限制。因此，随着第一流体的处理继续，第二流体中的一种或多种可交换实体的浓度增加，直到没有足够的浓度梯度来从第一流体中去除更多的可交换实体。类似地，第二流体中所需物质的浓度降低，直到没有足够的浓度梯度来从第二流体中驱动所需物质。在这样的示例实施例中，预定体积的第二流体被布置成在预定持续时间内处理预定体积的第一流体和/或未知体积的第一流体。这样，可以控制第一流体暴露于静止的第二流体的程度，使得允许所述一种或多种可交换实体的最佳移除。

如果第二流体移动，将一种或多种可交换实体从含细胞的第一流体转移到第二流体中优选更有效。

优选地，第一方向和第二方向完全相反。优选地，当第一方向和第二方向基本上或至少近似完全相反(逆流流动)时，实现所述一个或多个可交换实体从第一流体到第二流体的最有效转移。术语“基本上完全相反”和“近似完全相反”将被本领域技术人员理解为意味着在优选实施例中第一流体和第二流体的“逆流流动”不旨在被限制为“准确地完全相反”。这样，在135°和180°之间具有方向差异的流动可以被认为是“近似完全相反的”或“逆流流动”。类似地，0°和45°之间的流动可以被认为是同向的，或“顺流流动”，而45°和135°之间的流动可以被认为是彼此正交的，或“横流流动(cross-current flow)”。可能存在这样的实施例，其中流动是顺流或横流，或者其中第一或第二流体可以是静止的。如果第一流体在洗涤过程中是静止的，则必须在清洗后将其从装置中排出。可能存在希望第二流体静止的实施例；例如，在第二流体没有立即方便的供给或排出的情况下。在实践中，已经确定，对于一些应用，静止的第二流体(和运动的第一流体)显示出优于运动的第二流体的优点。已经在例如小动物输血中看到了这样的优势。在任何情况下，通过在刚性的第二流体导管(固定体积的)中提供第二流体(提取剂，在一些实施例中可以是SAGM)，并使第一流体(在一些实施例中可以是血液或浓缩红细胞)通过第一导管(由一个或多个半透膜界定，半透膜可以是固定体积的)，第二流体不会净流入第一流体，或者第一流体不会净流入第二流体。因此，在最优选的实施例中，第一流体以与第一流体进入第一流体入口时完全相同的体积流速离开第一流体出口，但是污染物较少。

在替代实施例中，第一方向和第二方向相同(并流流动)。第一流体和第二流体的这种并流流动对于限制第一流体和/或第二流体的组成变化的程度可能是理想的。可选地，当强调易于构造时，流可以是横流的，并且在其他实施例中，流的相对方向可以改变。

优选地，所述一种或多种可交换实体从第一流体到第二流体的传输是通过简单扩散的方式。优选地，该装置以平衡反扩散方式操作，由此出口流与第一流体的入口流相同，出口流等于第二流体的入口流。在本发明的上下文中，技术人员将理解术语“简单扩散”是指物质沿浓度梯度向下扩散。将理解可选的实施例，其中第一导管或第二导管中的一个包括比另一个更高的压力，这优选地促进物质(需要扩散的物质)在一个方向或另一个方向上穿过半透膜的扩散。例如，如果希望相对于通过第一流体入口进入的细胞的浓度增加从第一流体出口排出的第一流体中的细胞的浓度，则第一流体的压力可能高于第二流体的压力。在这样的示例性实施例中，存在从第一流体到第二流体的液相净流。在控制两种流体的相对流速以获得所需细胞浓度的情况下，装置内的压力优选自动调节，而无需单独控制压力。有了足够大的转移面积和逆流流动中控制的液体流速，任一种或两种流体完全交换是可能的。因此，第一流体可以变成第二流体，反之亦然。这在一种或多种可交换实体包括血浆的例子中是优选的，并且其中期望从第一流体中去除所述血浆并用红细胞浓集介质(a red blood cell packing medium)替换血浆。

与基于离心的细胞洗涤方法相比，本发明优选在一个步骤中用未被污染的第二流体交换被污染的含细胞的第一流体，而不是连续地：在通过离心将其与细胞分离之后，通过倾析除去污染的第一流体；然后将细胞重新悬浮在干净的第二流体中。本发明也不同于基于过滤的细胞洗涤过程，该过程可以描述如下：用具有足够细的孔以保留细胞的过滤装置过滤含细胞的第一流体；然后从过滤装置中取出细胞，并使其重新悬浮在干净的流体中。过滤操作通常是两步工艺，其仅从污染的第一流体中分离细胞。第一流体成分保持不变。

本发明优选地解决了随着时间推移可能在含细胞流体中积累的有害物质的问题(例如，在储存期间输血中游离血红蛋白的积累)。

以前的解决方案提供了一种将细胞从第一污染流体转移到第二清洁流体的方法。多步操作过程中的过度处理，特别是那些涉及细胞“粗糙”处理的过程(如离心制粒后的再悬浮)，会导致含细胞流体中的细胞损坏和破裂。这种损坏和破裂可导致细胞内物质的释放，当暴露于细胞外时，细胞内物质会产生有害影响。

优选地，所述多个孔具有孔径，孔径选自0.2μm至5.0μm的范围。优选地，孔径从0.2μm至2.0μm的范围中选择，这对于处理含有红细胞的血液或流体是优选的。

哺乳动物红细胞(红细胞)是一种细胞核，具有双凹圆盘的形状，圆盘的直径通常为6μm至8μm。因此，分隔第一导管和第二导管的半透膜中的孔尺寸应该足够小以将红细胞保留在第一流体中，并且足够大以允许待交换的物质(一种或多种可交换实体)的扩散。本发明的半透膜的孔尺寸优选根据装置的具体应用来选择，并且可以在0.2μm至5.0μm的范围内。

优选地，第二流体导管延伸穿过第一流体导管，或者第一流体导管延伸穿过第二流体导管。优选地，第一流体导管和/或第二流体导管包括多个流体通道。在最优选的实施例中，第一导管的多个通道延伸穿过第二导管。在其他优选实施例中，第二导管的多个通道可以延伸穿过第一导管。在本发明的上下文中，术语“延伸穿过”将被理解为意味着第一或第二导管之一的至少一部分可以位于另一个导管内，使得导管的外表面与包含在另一个导管内的流体直接接触。作为一个例子，可以理解一个实施例，其中第一导管包括延伸穿过第二导管的多个通道，在多个通道和包含在第二导管内的第二流体之间提供直接的界面。在所述示例中，多个通道的壁包括半透膜，使得允许所述一种或多种可交换实体从包含在多个通道内的第一流体进入第二流体。多个通道优选地提供半透膜的高表面面积，用于所述一种或多种可交换实体的最佳扩散，以及可选地如上所述的反扩散中的一种或多种有益物质的最佳扩散。

优选地，第一流体包含悬浮在第一流体中的红细胞。在一些实施方案中，所述一种或多种可交换实体包括选自以下的至少一种:游离血红蛋白；游离血红素；游离铁；血浆；钾离子；乳酸。本发明的一个预期应用是当第一流体是全血、血浆或诸如SAGM的溶液时用于洗涤红细胞，该溶液广泛用于悬浮红细胞以构成用于输血的浓集细胞。在这种应用中，污染物可能包括游离血红蛋白；游离血红素；游离铁；和钾离子。本发明的其他预期应用可以例如包括从全血中去除血浆以产生浓缩红细胞悬浮液。在这样的例子中，一种或多种可交换实体包括血浆。本发明的其他预期应用可以例如包括从流体中去除一种或多种可交换实体(其可以是污染物)，所述流体包含在基于细胞培养的实验室环境中用于研究或临床目的的任何数量的生物细胞中的一种。这种细胞优选为哺乳动物的，可以包括原代细胞或细胞系。在这样的示例性实施例中，一种或多种可交换实体可以包括乳酸、工业上可应用的代谢物或物质(例如药物或抗生素)，或者任何数量的蛋白质和非蛋白质成分的有害分泌体的成分，例如脂质、微核糖核酸和信使核糖核酸，这将被知情的读者所理解。在这样的应用中，第一流体中的污染物或可交换实体可以是在第二流体中提取的有价值的产品；例如，抗生素。

在本装置的一个示例期望应用中，第二流体的优选入口组成优选取决于第一流体的期望输出组成。例如，在洗涤血液中，当第二流体中血红蛋白的入口浓度应该为零时，希望从第一流体中去除尽可能多的游离血红蛋白。类似地，钾离子的期望出口浓度接近血液中的正常浓度，在3.5mmol/升和5.0mmol/升之间。钾离子含量超过5.5mmol/升可能是有毒的。输血在储存过程中积累钾，浓度超过20.0mmol/升并不罕见。然后，希望第二流体包含足够低浓度的钾离子，以确保从第一流体转移到第二流体，但不足以将血液钾浓度降低到3.5mmol/升以下。例如，第二流体中钾的入口浓度可以是3.5mmol/升。如果需要在SAGM(氯化钠；腺嘌呤；葡萄糖；甘露醇)中制造或保持浓集细胞悬浮液，第二流体可能是SAGM。SAGM有多种替代方案，可根据需要采用这些替代方案。

优选地，第二流体是水溶液，其中所述一种或多种可交换实体的浓度低于第一流体。优选地，第二流体包含比第一流体更高浓度的一种或多种有益物质。优选地，第二流体包括SAGM。任何合适的第二流体都将被技术人员理解，并且可以例如包括新鲜的、未被污染的第一流体(没有细胞)。在一个示例性实施例中，其中第一流体包括含有培养细胞的细胞培养基，第二流体可以是新鲜的培养基或磷酸盐缓冲盐水。包含低浓度的所述一种或多种可交换实体(例如，钾离子)的潜在益处可以是防止第一流体中的所述可交换实体的浓度低于“健康的”较低阈值浓度(例如，在血液含钾的情况下，可能导致低钾血症)。在第二流体中包含低浓度的可交换实体的能力可意味着在本发明中不需要对流经该装置的第一流体的成分进行连续的密切检查和控制。因此，在一些这样的优选实施例中，本发明提供了一种独立的细胞洗涤装置，其不需要持续的监测或控制，并且优选地操作更快和更简单，并且可以成功地消除洗涤细胞的过程。例如，如果第二流体的体积以4∶1超过待处理的第一流体的体积，则第一流体中钾的任何入口浓度在3.5毫摩尔/升至20毫摩尔/升之间将导致第一流体的出口浓度在3.5毫摩尔/升至7毫摩尔/升之间，当用接受输血者体内的残余血液稀释时，该第一流体的出口浓度将落入安全范围内。

优选地，第一和第二流体都是重力供给的。

优选地，第一流体出口和/或第二流体出口各自包括具有一定尺寸的孔，其中该尺寸可以由用户自由调节。优选地，第一流体出口孔或第二流体出口孔的尺寸的所述调节分别调节第一流体和/或第二流体的流速。优选地，第一流体出口孔的尺寸的所述调节被设置成在离开第一流体出口孔的第一流体内提供期望的细胞浓度。

优选地，该装置包括至少一个流体泵，该至少一个流体泵布置成泵送第一流体和/或第二流体。优选地，泵是计量泵，所述计量泵被设置成提供包含在离开第一流体出口的第一流体中的细胞的精确浓度。优选地，计量泵位于第一流体流的入口和出口，以确保精确的出口细胞浓度。在这样的实施例中，本装置可用于在第一流体出口处提供浓缩的含细胞的第一流体，其细胞浓度高于在第一流体入口处提供的第一流体。

在一些实施例中，该装置包括温度控制构件，该温度控制构件被布置成调节该装置的温度。优选地，温度可由用户自由调节。在包括温度控制构件的实施例中，温度控制构件被布置成由用户控制，以便设定装置的期望温度。优选地，温度控制构件被布置成将所述温度施加到被布置成与所述第一流体和/或所述第二流体接触的装置的任何部分。优选地，温度控制构件被布置成提供适于最小化温度对包含在包含细胞的第一流体中的细胞的有害影响的温度。

在大多数应用中，没有必要控制本装置的温度，并且在许多示例实施例中，具有很少或没有辅助部件(如温度控制机构)的简单解决方案是最优选的。例如，贫血的输血很少需要温度控制，因为单位血液的供应时间超过30至60分钟，但如果失血过快，输血需要迅速，这可能会导致体温下降，需要加热血液。在几个实施例中，精确控制流速也是不必要的。例如，在输血点或输血点附近清洗输血时，在室温或室温附近提供血液(第一流体)袋和第二流体袋可能是合适的。然后，两种流体优选通过细胞洗涤装置进行滴流控制。我们注意到，接近第二流体相对于第一流体的无限流速，第一流体中的液体成分将渐近地接近第二流体的液体成分。很明显，如果第二流体的流速足够高，则不需要精确控制流速来实现第一流体的期望组成。当需要生产具有精确控制的红细胞浓度的浓集细胞悬浮液时，需要精确控制两种流体的入口和出口流速。当需要温度控制时，提供所需温度的第二流体就足够了。然后，细胞洗涤器的质量交换器也用作热交换器，使得在逆流流动中，第一流体在接近第二流体的温度下离开。

第一或第二方面的装置可以应用于血液收集、处理和应用循环中的任何点。它可以在献血时或献血后不久用于将全血转化为浓集细胞。它可以作为血液处理过程中离心的替代物或与之结合使用。它可在输血时或之前被应用，以清除储存过程中积累的有毒物质。在处理过程中应用时，可以串联使用一系列这样的装置，每个装置使用半透膜，每个半透膜具有不同的孔尺寸或孔尺寸范围，以便分离特定的所需血液制品。例如，白细胞比红细胞大得多(在12.0μm至15.0μm处)，可以用合适孔尺寸的膜从红细胞中分离出来。

优选地，血液入口不与人体接触。优选地，血液出口不与人体接触。本发明的优选实施例旨在与人体分开工作，并且优选不需要将流体直接转移到人体或从人体转移到本发明或从本发明转移。因此，在优选实施例中，第一流体入口与第一流体存储装置或第一流体储存器流体连通。在优选实施例中，第一流体出口与第一流体储存装置或第一流体储存器流体连通。在大多数这样的优选实施例中，第一流体入口与与第一流体出口流体连通的不同的第一流体储存装置或第一流体储存器流体连通。在第一流体是血液或浓缩红细胞的实施例中，第一流体存储装置或第一流体储存器优选包括血袋。其他合适的第一流体存储装置或储存器将被理解，并且可以取决于本发明使用的第一流体。

根据第一或第二方面，血液或含红细胞的第一流体通过半透膜(可以是中空纤维或平板的形式)的一侧，第二流体(可以是提取液)通过另一侧。不需要的物质，例如游离血红蛋白，通过膜扩散到第二流体中，并且包含在第二流体中的另外的物质可以穿过膜扩散到血流中。

本发明第一方面的技术特别集中于从输血中去除有毒物质，当提取液可以优选为广泛用于悬浮红细胞的SAGM(盐水、腺嘌呤、葡萄糖、甘露醇)时。逆流流动可以用来最大化穿过膜的转移速率。膜中的孔尺寸优选足够大，以促进游离血红蛋白(以及优选其他有害分子)的通过，但不促进红细胞的通过。

在替代实施方案中，例如当含细胞的第一流体是包含细胞的细胞培养基时，第二流体可以是例如新鲜的细胞培养基或磷酸盐缓冲盐水(PBS)。

根据本发明的第三方面，提供了一种调节储存的输血或储存的浓缩红细胞的方法，该方法包括以下步骤:

i.提供根据本发明第一或第二方面的装置；

ii.通过第一流体入口插入输血或浓缩红细胞，随后使所述插入的输血或浓缩红细胞通过第一流体导管；同时，

iii.使第二流体通过第二流体入口，随后通过第二流体导管；以及

iv.从第一流体出口取回输血或浓缩红细胞，取回的输血或浓缩红细胞包含与插入的输血或浓缩红细胞中存在的相比更低浓度的游离血红蛋白和其他潜在污染物。

根据本发明的第四方面，提供了一种洗涤细胞的方法，该方法包括以下步骤：

i.提供根据本发明第一或第二方面的装置；

ii.通过第一流体入口插入含细胞的第一流体，随后使所述插入的含细胞的第一流体通过第一流体导管；同时，

iii.使第二流体通过第二流体入口，随后通过第二流体导管；以及

iv.从第一流体出口取回含细胞的第一流体，取回的含细胞的第一流体包含与插入的含细胞的第一流体中存在的相比浓度更低的一种或多种可交换实体。

优选地，第三或第四方面的方法还包括步骤ii和iii之前或期间的步骤，该步骤包括：

-控制各自具有入口流和出口流的第一流体和/或第二流体的入口流速和/或出口流速，使得出口流可以不同于入口流。

术语“入口流”将在本发明的上下文中被理解为意味着第一或第二流体优选通过第一或第二流体入口进入装置。术语“出口流”将被理解为意味着第一或第二流体离开装置，优选通过第一或第二流体出口。术语“不同”将被理解为意味着组成上的差异，例如：与第二流体入口流相比，第二流体出口流中物质的浓度不同；或者与第一流体入口流相比，第一流体出口流中的细胞浓度不同。

所述控制优选地允许用户提供第一出口流体(第一流体出口流)中细胞的期望出口浓度或第二出口流体(第二流体出口流)中所述一种或多种可交换实体的期望浓度。因此，比入口流速较低的出口流速产生较高的细胞/可交换实体浓度，而较高的出口流速产生较低的细胞/污染物浓度。在一些实施例中，一种或多种可交换实体(其可以包括一种或多种“污染物”)可以包括由第一流体的细胞产生的期望物质，例如抗生素，因此在这些实施例中优选从第二出口流体收集所述抗生素。

在第一流体包括全血的实施例中，优选地，第三或第四方面的方法还包括步骤ii之前或步骤iv之后的附加步骤，该步骤包括：

-从第一流体中去除白细胞。

优选使用白细胞过滤装置，或者本发明第一或第二方面的装置来去除所述白细胞。在第一和第二方面的所述装置中，多个孔的尺寸可以允许红细胞从第一流体输送到第二流体，同时在第一流体中保持较大的白细胞。这种装置可以直接连接到第二装置，该第二装置设置成从所得的无白细胞的第二流体中提取一种或多种可交换实体，形成第二装置的含红细胞的第一流体。

本发明的第三和第四方面的实质是提供一种使用基于膜的技术而不是基于离心的技术来交换含细胞的第一流体(其可以例如包括血液)中的有害物质的方法。本方法使用基于膜的质量交换来将不需要的物质从第一流体中移除到第二流体中。该方法也可用于在交换期间将期望的物质从第二流体转移到第一流体中。本方法优选特别适用于从输血中除去游离血红蛋白。

游离血红蛋白有毒，储存时会在输血中积累。本发明优选地还去除了可以松散地附着在血红蛋白上的游离血红素。本发明的简单性优选地允许在输血前不久或立即处理输血，因此没有时间用于输血的进一步溶血或感染。

热力学表明，当两种可混溶的流体接触时，它们混合，得到的混合物具有均匀的组成。这种均匀性也适用于悬浮或溶解在流体中的材料。例如，血液是一种包含溶解和悬浮物质的含水混合物。溶解的物质包括钾离子，悬浮的物质包括红细胞。当血液接触另一种含水混合物时，这两种流体倾向于混合，产生均匀组成的混合物。当通过半透膜接触时，那些小到足以穿过膜的物质均匀混合，而那些大到不能穿过膜的物质保留在所述膜的一侧。在孔足够大以允许血红蛋白扩散的情况下，所述血红蛋白倾向于通过膜扩散，以在膜的两侧获得相等的浓度。通过使最初在膜的一侧具有零血红蛋白浓度的第二流体流动，游离血红蛋白(未保留在红细胞内)从膜的第一侧的血液扩散到流动的第二流体中。所述第二流体的流动将血红蛋白带走，使得进一步的血红蛋白扩散穿过膜，直到血液中的所述血红蛋白在沿着膜的第二侧流动的第二流体中接近零浓度。类似地，所有其它物质的浓度也从血液中耗尽，这些物质的分子大小适合穿过膜内的孔。如果带电物质保留在膜的一侧，这些流动可以通过电荷来调节，但是这些效应在阻碍血红蛋白和其他潜在有害物质的扩散方面并不显著。当第二流体含有血液中不存在或浓度较低的物质时，这些物质将从第二流体转移到血液中。以这种方式，可以确保例如对于SAGM悬浮浓集细胞输血，在红细胞悬浮液中获得或保持期望的SAGM浓度。本发明在血液和第二流体逆流的情况下操作最有效。因此，离开装置的血液(或第一流体)持续暴露于“新鲜”的第二流体。在优选实施例包括血液作为第一流体的情况下，第二流体包含零游离血红蛋白浓度。逆流流动的好处优选是一种流体的出口流与另一种流体的入口流交换，并且在给定足够大的装置的情况下，具有相同的组成。第二流体的出口流可以连续地暴露于血液的入口流，这使得能够从第二流体出口回收无细胞的第一流体(可以是血浆)。所得血浆可用作有医学价值产品的来源，包括凝血因子、白蛋白溶液和免疫球蛋白。

本发明还优选允许控制第一流体中的细胞浓度(例如，包装细胞输血中的红细胞)。通过保持相等的入口和出口第一流体流，第一流体中的细胞浓度在出口处保持与在入口处相同。较低的出口流产生较高的细胞浓度，而较高的出口流产生较低的细胞浓度。第一流体入口优选地包括第一流体入口孔，该第一流体入口孔被布置成允许第一流体流过并进入第一流体导管。第二流体入口优选地包括第二流体入口孔，该第二流体入口孔被布置成允许第二流体流过并进入第二流体导管。优选地，每个所述孔包括各自的直径。在本发明中，通过改变第一流体入口孔径、第一流体出口孔径、第二流体入口孔径和/或第二流体出口孔径，可以优选地控制第一流体和第二流体的入口流和出口流。

可以理解的实施例是，其中第一流体导管包括多个第一流体出口，并且其中所述多个第一流体出口被布置成将包含在所述第一流体中的细胞群分成两个或多个单独的细胞群。

优选地，本发明的细胞洗涤装置消除了对常规细胞洗涤技术的需求，例如离心，其步骤可能对细胞有损害。优选地，与更常规的技术相比，本发明的装置可以用于以显著降低细胞破裂程度的方式清洗细胞(例如输血中包含的红细胞)。在许多情况下，任何导致的细胞破裂通常会导致不需要的物质释放到周围含有细胞的流体中。因此，使用本发明的装置优选减少细胞破裂，优选减少所述不需要的物质释放到所述含细胞的流体中。继续输血中包含的红细胞的例子，这种不需要的物种可以例如包括游离血红蛋白。研究表明，游离血红蛋白会导致有害的影响。例如，它会使患者更容易患病，并导致肾脏损伤。

与更常规的细胞洗涤技术相比，本发明优选提供更简单的解决方案，其包括更少的步骤。本发明的优选实施方案提供了单步实时细胞洗涤，而不是常规分批技术所需的循环程序，如离心和再悬浮。

本发明的优选实施例不包括移动部件。所述优选实施例因此优选地是最佳紧凑的，并且因此优选地最大化空间经济性。因此，这样的实施例优选地有利于空间非常宝贵的应用，和/或其中移动部件和任何产生的振动会危及在非常接近的地方(例如在同一台工作台上)发生的任何脆弱或精密的技术或程序的应用。现有的包括运动部件的技术，例如离心，通常会导致振动，这可能会妨碍需要很少或不需要运动的技术。这种技术可以例如包括那些需要细胞粘附、单细胞膜片钳、单细胞转染或对技术人员来说显而易见的其他精细技术的技术。目前的解决方案包括在实验室设计中考虑这种振动，例如通过将包含离心机的表面与任何要执行精密程序的表面隔离。然而，在空间非常宝贵的环境中，这种解决方案是不可能的。

在本发明用于清洗输血中的红细胞的示例性实施例中，所述实施例优选地最大化空间经济性，并提供在患者附近进行细胞清洗的能力，从而消除了在传统解决方案中在运输待清洗的输血(例如通过离心)和向患者运输清洗过的血液时存在的任何延迟。

本发明优选提供一种允许使用较少步骤进行细胞洗涤的装置，最优选提供单步实时细胞洗涤。这些实施例有利于与时间受限的技术和程序一起使用。这种时间限制技术的例子可以包括多步骤协议，其中当使用常规技术时，细胞洗涤步骤通常是所述协议中最长的步骤。示例还可能包括时间紧迫的输血事件。

本发明的优选实施例提供了含细胞流体的连续流动，并且可以优选地清洗任意小或大体积的含细胞流体(例如输血样本)。相比之下，以前可用的技术通常对要洗涤的含细胞流体体积设置最大或最小限制。在离心的情况下，最大体积受到可用离心室的容量和数量的限制。对要离心的流体体积的最小限制也是通过产生要再悬浮的细胞团块(cell pellet)的要求来设定的。

例如，以前通过离心来清洗样品(如血液样品)的技术通常涉及任意体积，这可能会带来平衡所述离心机的额外问题/步骤。本发明优选地克服了洗涤任意体积的含细胞流体的附加步骤所涉及的问题。

以前的细胞清洗技术中的附加步骤为细胞或样品的部分或全部丢失、污染或损坏提供了额外的机会。本发明优选提供一种更简单的解决方案，其具有含细胞流体的单个连续流，而不是一系列操作，其在离心中包括交替浓缩和再悬浮细胞。

附图说明

现在将仅通过示例并参考附图来描述具体实施例，其中:

图1示出了根据本发明第一方面或第二方面的示例性细胞洗涤装置的剖视图；

图2示出了根据本发明第一或第二方面的第二示例性细胞洗涤装置的剖视图；

图3示出了图2所示的细胞洗涤装置的透视图；和

图4示出了根据本发明第一或第二方面的第三示例性细胞洗涤装置的剖视图；和

图5示出了根据第三或第四方面的方法的示例性实施例，该方法使用如图3所示的装置。

具体实施方式

参照图1，示出了根据本发明第一或第二方面的细胞洗涤装置10的简单示例实施例。在所示的实施例中，细胞洗涤装置10包括基本立方形的第一流体导管12，其形成基本平坦的片，具有以水平方向布置的纵轴，使得第一流体导管12的第一端固定到第一流体入口歧管14，第一流体入口歧管14具有允许含细胞的第一流体流入26第一流体导管12的空腔13的第一流体入口孔。第一流体导管12的第二端固定有第一流体出口歧管16，该歧管具有第一流体出口孔，该第一流体出口孔布置成允许含细胞的第一流体从第一流体导管12的空腔13流出30。

与第一流体导管12相邻并具有相同取向的是基本立方形的第二流体导管18，其形成第二基本平坦的片。第二流体导管18包括固定有第二流体入口歧管20的第一端，第二流体入口歧管20包括第二流体入口孔，第二流体入口孔被布置成允许第二流体流入32到第二流体导管18的空腔19中。在第二流体导管18的第二端并固定到其上的是第二流体出口歧管22，其具有第二流体出口孔，该第二流体出口孔布置成允许第二流体从第二流体导管18的空腔19流出36。

装置10还包括半透膜24，半透膜24位于第一流体导管腔13和第二流体导管腔19之间，并在其间提供半透性界面。半透膜24包括多个孔，这些孔布置成允许物质在第一流体导管腔13和第二流体导管腔19之间扩散。

在使用中，第一流体入口歧管14与位于装置10上方的第一流体容器(未示出)流体连通，并且定向成使得包含细胞的第一流体通过重力流出第一流体容器。第一流体出口歧管16与第一流体收集容器(未示出)流体连通，该第一流体收集容器被布置成从第一流体出口歧管16收集含细胞的第一流体。在重力的作用下，含细胞的第一流体离开第一流体容器26，并在水平的第一方向28上流经第一流体导管12，并流出30至第一流体收集容器。第一流体收集容器定位在第一流体出口歧管16下方，以仅通过重力来帮助第一流体的持续流动。

进一步在使用中，第二流体入口歧管20与第二流体的储存器(未示出)流体连通，储存器位于第二流体入口歧管20上方。泵(未示出)位于储存器和第二流体入口歧管20之间，该泵设置成泵送第二流体，使得第二流体从储存器32流向第二流体入口歧管20。第二流体随后在水平的第二方向34上流动，该方向与第一方向28完全相反，沿着第二流体导管18并从第二流体出口歧管22流出，到达废物容器(未示出)36，该废物容器位于第二流体出口歧管22的下方。在所示的实施例中，第二流体也可以仅通过重力从第二流体储存器流入和流出装置。

含细胞的第一流体26、28、30的流动和第二流体32、34、36的流动同时发生。在含细胞的第一流体和第二流体的逆流过程中，含细胞的第一流体和第二流体之间的物质转移通过半透膜24进行。立方形的第一导管12和第二导管18各自呈基本平坦的片形式，在第一流体导管12和第二流体导管18之间提供大的接触表面积。在所示实施例中，第一流体导管12和第二流体导管18之间的整个接触表面由半透膜24构成。

在所示的实施例中，含细胞的第一流体是储存在血袋中的含有红细胞的储存的输血。随着时间的推移，输血的处理和储存会导致红细胞降解，导致游离血红蛋白泄漏到周围的血液中。所述游离血红蛋白与输血后发病率有关。随着时间的推移，这种有毒物质的积累不仅在输血中常见，而且在任何含细胞的流体中也很常见。在实验室培养中生长的细胞会产生有毒的废物，需要定期从周围的细胞培养基中“清洗”这些废物。

在图1所示的示例实施例中，血袋位于装置10的上方，并且定向成使得血液通过重力向下流向第一流体入口歧管。所示示例的半透膜24的孔的尺寸最小为0.2μm，最大为2.0μm，因此其尺寸允许有毒代谢物和游离血红蛋白从第一流体进入第二流体，但也防止红细胞穿过膜24流出第一流体。

本发明的第一或第二方面的细胞洗涤装置40的更复杂的示例在图2中示出，图2示出了限定第一流体导管的大致圆柱形细长壳体，该第一流体导管具有限定第一入口腔43的最上面的第一入口部分41和限定第二出口腔44的最下面的第二出口部分42，其中第一入口腔43和第二出口腔44中的每一个都通过多个细长圆柱形通道45流体连通。细长壳体还包括位于第一流体导管的第一入口腔43和第二出口腔44之间的第二流体导管46。多个通道45延伸穿过第二流体导管46的空腔47，并且其中所述通道45在其任一端通过灌封55固定在第二流体导管空腔47内。

第一流体入口48从第一流体导管的最上面的第一入口腔43延伸，第一流体出口49从最下面的第二出口腔44延伸。第二流体入口50从第二流体导管46的最低部分延伸，第二流体出口52从第二流体导管46的最高部分延伸。第二流体出口52位于第二流体入口50上方，其各定向成使得它们完全相反。这样，在使用中，诸如上文所述的第二流体被布置成经由第二流体入口50流入51第二流体导管46。第二流体的流动随后在朝向第二流体出口52的向上方向上进行。第一流体流入第一流体入口48，并沿向下的方向流入第一流体入口腔43，通过细长通道45，并流向第一流体出口腔44，在第一流体出口腔44处，第一流体会聚并通过第一流体出口49离开56第一流体导管。

在所示的实施例中，细长通道45包括将细长通道与第二流体导管46分开的壁，其中壁包括半透膜，半透膜包括布置成允许物质在两种流体之间扩散的孔。

图3示出了图2中描述和示出的装置的透视图。

在图2和图3所示的示例实施例中，第一流体导管包括多个通道45，通道45布置成延伸穿过第二流体导管46的空腔47。将理解替代实施例，其中细长通道具有矩形横截面，而不是所示的圆柱形通道，以及其中入口和出口被成形为在通道之间给出更均匀的流体分布的实施例。圆柱形(中空纤维)膜也可以用平面(平板)膜代替。

图4示出了这样的实施例70，其结合了平板膜和入口和出口，其设计成在通道之间提供更均匀的流体流动。该图示出了平板膜，其中第二流体导管90布置成延伸穿过第一流体导管72。在图4的实施例70中，第二流体导管90的细长通道92由基本平坦的薄片形成。第一流体作为流94进入，并流入变窄的顶部空间74，以在通道90之间产生均匀的流动。流体作为流96流出，再次通过加宽空间82，以促进通道90之间的均匀流动分布。未示出分配流体在通道90内流动的第二流体入口和出口。在逆流流动中，第二流体从装置底部进入，从顶部排出。

所描述和示出的实施例处于垂直方向，但是根据本发明的装置在任何方向上都同样工作良好。在另一种表现形式中，该装置可以具有矩形横截面。在又一种表现形式中，第一流体可以通过入口和出口空间的侧面进入和离开，并且这些空间可以成角度，使得当第一流体流过通道的顶部时，第一流体的速度保持大致恒定(使得与第一流体入口和出口相对的深度为零)。类似地，底部的空间可以成角度，使得出口对面的深度为零。

图5示出了根据本发明第三或第四方面的方法，该方法包括以下步骤:

i.提供图3所示的装置100；

ii.通过第一流体入口插入输血，随后使所插入的输血通过第一流体导管；同时102，以及同时

iii.使第二流体通过第二流体入口，随后通过第二流体导管104；和

iv.从第一流体出口取回输血，取回的输血或浓缩红细胞包含与插入的输血中存在的相比更低浓度的游离血红蛋白106。

适用于本发明的膜包括可从3M/Membra获得的MicroPES。这种膜有中空纤维和平板两种形式。

任选地，为了获得非常低浓度的不需要的物质，可以串联使用本发明的几个装置。

应当理解，上述实施例仅作为示例给出，并且在不脱离所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对其进行各种修改。

还应当理解，尽管本发明是使用(人)血液作为第一流体来描述的。本发明可用于处理任何类型的含细胞的第一流体，其中所述流体包含一种或多种“污染物”，因此细胞需要“洗涤”。额外的第一流体可以例如包括哺乳动物或爬行动物的血液，或细胞培养基，以及本领域公知的其他物质。本发明也可以用于洗涤任何类型的生物细胞，例如那些可以在发酵和其他微生物过程中使用的生物细胞。在一个示例中，在实验室中培养的细胞在其细胞培养基中遭受有毒物质的积累，所述有毒物质可能包括代谢物(如乳酸)，或蛋白质和非蛋白质成分(如非蛋白质成分如脂质、微核糖核酸和信使核糖核酸)的有害分泌体。因此，所述培养基需要定期更换，以允许细胞的持续培养。使用本发明，所述有毒物质可以任选地运输出所述细胞培养基。在另一个例子中，生物细胞如酵母可用于生产工业上适用的物质或代谢物，如抗生素。在抗生素生产的例子中，随着时间的推移，抗生素的浓度可能对产生抗生素的细胞有毒，因此需要清洗细胞。本发明可优选用于从周围介质中去除所述抗生素和/或其他有毒物质。在使用酵母的例子中，根据菌株，酵母细胞的大小可以是3.0μm至4.0μm，最大30.0μm至40.0μm。为了处理不同大小的细胞，可能需要不同孔尺寸的膜。

参考以下段落可以进一步理解本发明：

一种红细胞洗涤装置，其被布置成用未被污染的第二流体交换包含红细胞的被污染的第一流体，使得红细胞现在被包含在未被污染的流体中，该装置包括，

第一流体导管和第二流体导管，第二流体导管通过设置在其与第一流体导管之间的半透膜与第一流体导管分开；

所述第一流体导管具有第一流体入口和第一流体出口，所述第一流体导管被布置成在第一流体入口和第一流体出口之间沿第一方向输送第一流体；

第二流体导管被布置成容纳第二流体；

其中半透膜包括多个孔，这些孔被布置成允许所述一种或多种可交换实体从第一流体传输到第二流体；

其中被污染的第一流体通过膜扩散，并且可以被通过膜反向扩散的未被污染的第二流体替代。第一流体可以是SAGM或其它用于悬浮浓集细胞中的红细胞的溶液。第二流体可以是SAGM或其他用于制造广泛用于输血的浓集细胞的溶液，并且可以包含期望的种类。

一种红细胞洗涤装置布置成用于从全血中分离血细胞，以产生浓集细胞和分离的血浆流。全血由悬浮在血浆(第一流体)中的血细胞构成，第二流体由SAGM或适合构成全血液相的另一种溶液构成。该装置包括：第一流体导管和第二流体导管，第二流体导管通过设置在它们之间的半透膜与第一流体导管分开；

所述第一流体导管具有第一流体入口和第一流体出口，所述第一流体导管被布置成在第一流体入口和第一流体出口之间沿第一方向输送第一流体；

第二流体导管被布置成容纳第二流体；

其中半透膜包括多个孔，这些孔被布置成允许所述一种或多种可交换实体从第一流体传输到第二流体；

其中来自全血的血浆通过膜扩散，并且可以被通过膜反向扩散的第二流体替代。该过程可以在一个以上的阶段中进行，以分离红细胞和白细胞。第一流体可以是血浆(使得混合物构成全血)，或者可以是SAGM或用于将红细胞悬浮在浓集细胞中的其他溶液。