DE69618453T2

DE69618453T2 - Verfahren zur teilchentrennung

Info

Publication number: DE69618453T2
Application number: DE69618453T
Authority: DE
Inventors: Frank Corbin; Dennis Hlavinka; Robert Langley; A Taylor; C Walker
Original assignee: Gambro Inc
Current assignee: Terumo BCT Inc
Priority date: 1995-04-18
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2016-04-19
Also published as: US5939319A; DE69618453D1; DE69634860T2; DE69634860D1; EP1847283A2; EP1847283A3; BR9608031A; DE69637310T2; JP4304264B2; EP0824380B1; AU702151B2; EP1555069A1; EP1000664B1; JPH11503966A; EP1847283B1; AU5560896A; DE69638219D1; EP1000664A1; DE69637310D1; EP1555069B1

Description

Beschreibung der Erfindung

Die gesamten Offenlegungen der USA-Patentschriften mit den laufenden Nummern 08/423 578 und 08/423 583 sind in dieser Patentschrift durch Verweis einbezogen.

Der Erfindung zugrundeliegender allgemeiner Stand der Technik

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Methode zur Trennung erster Partikel von zweiten Partikeln. Die Erfindung hat besondere Vorteile im Zusammenhang mit der Trennung von Blutbestandteilen.

Beschreibung des Standes der Technik

In vielen unterschiedlichen Bereichen müssen Flüssigkeiten, in denen sich Partikel befinden, gefiltert oder verarbeitet werden, um eine gereinigte Flüssigkeit oder gereinigte Teilchen als Endprodukt zu erhalten. Im allgemeinsten Sinne ist ein Filter ein Gerät, welches in der Lage ist, Teilchen aus einer Substanz zu entfernen oder zu trennen. Daher beschränkt sich die Bezeichnung "Filter" in dieser Patentschrift nicht auf ein poröses Material, sondern umfasst zahlreiche unterschiedliche Arten von Prozessen, bei denen Teilchen entweder voneinander oder von der Flüssigkeit getrennt werden.
Im medizinischen Bereich ist es häufig erforderlich, Blut zu filtern. Vollblut besteht aus verschiedenen flüssigen Bestandteilen und Partikelbestandteilen. Gelegentlich werden die Partikelbestandteile als "geformte Elemente" bezeichnet. Der flüssige Teil des Blutes besteht im Wesentlichen aus Plasma, und die Partikelbestandteile beinhalten rote Blutzellen (Erythrozyten), weiße Blutzellen (Leukozyten) und Plättchen (Thrombozyten). Obwohl diese Bestandteile ähnliche Dichten haben, ist ihr durchschnittliches Dichteverhältnis in absteigender Anordnung wie folgt: rote Blutzellen, weiße Blutzellen, Plättchen und Plasma. Ferner stehen die Partikelbestandteile nach ihrer Größe in absteigender Anordnung in folgender Beziehung zueinander: weiße Blutzellen, rote Blutzellen und Plättchen. Die Größe der roten Blutzellen kann jedoch unterschiedlich sein, weil rote Blutzellen ihre Größe je nach der Hypotonizität oder Hypertonizität einer Flüssigkeit, zum Beispiel Plasma, in der die roten Blutzellen verteilt sind, osmotisch verändern. Erhöht sich die Hypotonizität des Plasmas, werden die roten Blutzellen osmotisch größer. Im umgekehrten Falle werden die roten Blutzellen osmotisch kleiner, wenn sich die Hypertonizität des Plasmas erhöht. Die modernsten Reinigungsgeräte benutzen zur Trennung und/oder Filterung der Blutbestandteil Unterschiede von Dichte und Größe oder Merkmale der Oberflächenchemie.
Zahlreiche therapeutische Behandlungen erfordern das Entfernen von Partikelgruppen aus dem Vollblut, bevor Flüssigkeit oder Partikelbestandteile am Patienten infundiert werden können. Zum Beispiel sind bei Krebspatienten häufig Plättchentransfusionen nach ablativer, chemischer oder Strahlenbehandlung erforderlich. Bei diesem Verfahren wird Spendervollblut verarbeitet, um die Plättchen zu entfernen, und diese Plättchen werden danach dem Patienten als Infusion zugeführt. Erhält ein Patient jedoch eine zu große Zahl fremder weißer Blutzellen als Verunreinigung in einer Plättchentransfusion, kann der Körper des Patienten die Plättchentransfusion abweisen, was zu einer Vielzahl schwerer Gesundheitsrisiken führt.
Typischerweise werden Spenderplättchen mit Hilfe einer Zentrifuge aus von den übrigen Blutbestandteilen getrennt oder geerntet. In der Zentrifuge rotiert ein Blutbehälter zur Trennung der Bestandteile im Behälter mittels Zentrifugalkraft. In der Praxis gelangt das Blut in den Behälter, während dieser mit sehr hoher Geschwindigkeit rotiert und die Zentrifugalkraft führt zu einer Schichtung der Blutbestandteile, so dass bestimmte Bestandteile einzeln getrennt werden können. Zentrifugen sind wirksam bei der Trennung von Plättchen aus Vollblut, sie sind jedoch typischerweise nicht in der Lage, die gesamten weißen Blutzellen von den Plättchen zu trennen. Historisch betrachtet, sind Geräte zur Bluttrennung und Zentrifugierung typischerweise nicht in der Lage, kontinuierlich (99% der Zeit) Plättchenprodukt zu erzeugen, das der "Leukopoor"-Norm von weniger als 5 · 10&sup6; weißen Blutzellen bei mindestens 3 · 10¹¹ erfassten Plättchen entspricht.
Weil typische Verfahren zur Plättchenerfassung durch Zentrifugen nicht in der Lage sind, kontinuierlich und befriedigend weiße Blutzellen von Plättchen zu trennen, wurden andere Prozesse zur Verbesserung der Ergebnisse entwickelt. Bei einem Verfahren werden die Plättchen nach der Zentrifugierung durch einen gewebten oder nichtgewebten porösen Medienfilter geleitet, der eine modifizierte Oberfläche haben kann, um die weißen Blutzellen zurückzuhalten. Jedoch sind mit der Verwendung des Porenfilters neue Probleme verbunden. Herkömmliche Porenfilter können unwirksam sein, weil sie 5-20% der Plättchen permanent zurückhalten oder einfangen. Diese herkömmlichen Filter können auch die "Lebensfähigkeit der Plättchen" verringern, was bedeutet, dass ein bestimmter prozentualer Anteil der Plättchen nach dem Passieren des Filters nicht mehr wie vorgesehen funktioniert und teilweise oder vollständig aktiviert wird. Ferner können Porenfilter zur Freisetzung von Bradykinin führen, was zu vorübergehenden Hypotensionszuständen beim Patienten führen kann. Porenfilter sind zudem teuer und erfordern häufig zusätzliche zeitaufwändige manuelle Arbeit zur Durchführung der Filtration.
Obwohl Porenfilter zur Abtrennung einer beträchtlichen Zahl von weißen Blutzellen wirksam sind, besitzen sie Nachteile. Zum Beispiel muss nach dem Zentrifugieren und vor dem Porenfiltern eine bestimmte Zeit vergehen, um den aktivierten Plättchen Zeit zu geben, in den deaktivierten Zustand zu wechseln. Andernfalls besteht die Wahrscheinlichkeit, dass die aktivierten Plättchen den Filter verstopfen. Daher ist die Benutzung von Porenfiltern bei Online-Prozessen nicht günstig.
Ein weiterer Trennvorgang ist die so genannte zentrifugale Abschlämmung. Bei diesem Prozess werden Zellen, die sich in einem flüssigen Medium in Suspension befinden, ohne Einsatz eines Membranfilters abgetrennt. Bei einer häufigen Form der Abschlämmung wird eine Zellencharge in einen Strom flüssigen Schlämmpuffers gegeben. Die Flüssigkeit, die die Zellencharge in Suspension enthält, wird dann in eine trichterförmige Kammer in einer rotierenden Zentrifuge gegeben. Während weitere flüssige Pufferlösung durch die Kammer fließt, lenkt die Flüssigkeit kleinere, langsamer sedimentierende Zellen zur Schlämmgrenzschicht in der Kammer ab. Größere, rascher sedimentierende Zellen wandern in den Bereich der Kammer, in dem die größte Zentrifugalkraft herrscht.
Wenn sich die Zentrifugalkraft und die durch den Flüssigkeitsstrom erzeugte Kraft im Gleichgewicht befinden, wird der Flüssigkeitsstrom verstärkt, um die langsamer sedimentierenden Zellen durch eine Auslassöffnung in der Kammer abzuführen, während die rascher sedimentierenden Zellen in der Kammer verbleiben.
Wird der Durchfluss durch die Kammer erhöht, können zunehmend größere, schneller sedimentierende Zellen aus der Kammer abgezogen werden.
Auf diese Weise werden durch das zentrifugale Abschlämmen Partikel mit unterschiedlicher Sedimentationsgeschwindigkeit getrennt. Das Stokes-Gesetz beschreibt die Sedimentationsgeschwindigkeit (SG) eines kugelförmigen Partikels wie folgt:
mit r = Radius des Partikels, pp = Dichte des Partikels, pm = Dichte des flüssigen Mediums, η = Geschwindigkeit des Mediums und g = Erdbeschleunigung bzw. Zentrifugalbeschleunigung. Da nach der Stokeschen Gleichung der Radius des Partikels in die zweite Potenz erhoben ist und die Partikeldichte nicht, beeinflusst nicht die Dichte sondern die Größe der Zelle ihre Sedimentationsgeschwindigkeit erheblich. Das erklärt, weshalb größere Partikel generell bei der zentrifugalen Schlämmung in einer Kammer verbleiben, kleinere Partikel dagegen die Kammer verlassen, wenn die Dichte der Partikel ähnlich ist.
Wie in der USA-Patentschrift 3 825 175 von Sartory beschrieben, hat die Zentrifugalschlämmung eine Reihe von begrenzenden Faktoren. Bei den meisten dieser Prozesse müssen Partikel als getrennte, diskontinuierliche Chargen in einen flüssigen Medienstrom aufgegeben werden, um eine ausreichende Trennung der Partikel zu erreichen. Damit ermöglichen bestimmte Abschlämmvorgänge nur die Trennung von Partikelchargen und erfordern ein zusätzliches flüssiges Medium zum Transport von Partikeln. Ferner müssen die Strömungskräfte exakt mit der Zentrifugalkraft im Gleichgewicht sein, damit die vorgesehene Trennung der Partikel erfolgt.
Dazu wirkt eine ablenkende Coriolis-Kraft, wenn Partikel von einem starken Gravitationsfeld in ein schwächeres Gravitationsfeld in eine Schlämmkammer fließen. Die Flüssigkeit und die Partikel kollidieren turbulent mit einer Innenwand der Kammer entsprechend der Drehrichtung der Zentrifuge. Durch diese Erscheinung kommt es zum Vermischen der Partikel in der Kammer und zur Verringerung der Wirksamkeit des Trennvorgangs. Ferner wird durch die Strömung infolge der Coriolos-Kraft vom Zulauf entlang der Innenwand direkt zum Ablauf gerichtet. Damit bewegen sich Partikel um das Schlämmfeld und verunreinigen des Endprodukt.
Partikelvermischung durch Umkehr der Partikeldichte ist ein weiteres Problem, das bei einigen Abschlämmprozessen des bisherigen Standes der Technik auftritt. Die in der Schlämmkammer strömende Flüssigkeit verringert ihre Strömungsgeschwindigkeit in zentripedaler Richtung von der Zulauföffnung in Richtung eines vergrößerten Querschnitts der Kammer. Da es in einer strömenden Flüssigkeit in Bereichen niedrigerer Strömungsgeschwindigkeit und nicht in Bereichen hoher Strömungsgeschwindigkeit zu einer Konzentration von Partikeln kommt, konzentrieren sich Partikel in der Nähe des vergrößerten Querschnitts der Kammer. Weil die Strömungsgeschwindigkeit an der Zulauföffnung am größten ist, kommt es folglich in diesem Bereich zu einer Verringerung der Partikelkonzentration. Dichteumkehr der Partikel tritt auf, wenn die Zentrifugalkraft die Partikel vom Bereich mit hoher Partikelkonzentration in den Teil mit vergrößertem Querschnitt zur Zulauföffnung hin zwingt. Dieser Partikelumschlag verringert die Wirksamkeit der Partikeltrennung durch Abschlämmung.
Ferner sind im Blut des Menschen außer roten und weißen Blutzellen, Plasma und Plättchen noch weitere Partikelbestandteile enthalten, zum Beispiel T-Zellen, Stammzellen und in manchen Fällen Tumorzellen. Diese Zellen besitzen eine im Wesentlichen ähnliche Dichte, jedoch unterschiedliche Sedimentationsgeschwindigkeiten und Größen. Generell sind Stammzellen größer als T-Zellen und kleiner als Tumorzellen. Manche Tumorzellen (etwa 30%) sind jedoch kleiner als Stammzellen.
Die vorhandenen Reinigungsgeräte sind in der Lage, peripheres Blut zu reinigen und dabei die so genannte periphere Zellsammlung für Transfusions- oder Reinfusionszwecke zu isolieren. Die periphere Zellsammlung beinhaltet typischerweise hauptsächlich Plasma, rote Blutzellen, Stammzellen und T-Zellen und kann auch Tumorzellen beinhalten, wenn diese Zellen im Spenderblut enthalten sind. Obwohl Transfusion einer peripheren Zellsammlung eine häufige medizinische Behandlung darstellt, kann die Transfusion einer großen Zahl von T-Zellen oder Tumorzellen auf einen Patienten nachteilige Folgen haben. Abtrennung von T-Zellen und Tumorzellen aus einer peripheren Zellsammlung oder aus Vollblut vor der Transfusion ist jedoch extrem schwierig.
Nach einer therapeutischen Behandlung, zum Beispiel einer Chemotherapie oder Bestrahlungsbehandlung zur Beseitigung der Krebstumorzellen, erhalten Krebspatienten häufig eine periphere Zellen- oder Knochenmarktransfusion als Ersatz für die als Nebenwirkung der Behandlung zerstörten Stammzellen. Zur Verminderung der mit der Infusion von Blutbestandteilen eines fremden Spenders verbundenen Gefahren sind manche dieser Transfusionen autolog, wobei vom Patienten gewonnene Blutbestandteile später dem Patienten reinfundiert werden. Ursprünglich von Krebspatienten gewonnene Blutbestandteile können Krebstumorzellen enthalten, die dann bei der Reinfusion wieder in den Körper des Patienten gelangen. Diese Reinfusion von Krebszellen kann die Wirksamkeit der zur Reduzierung der Krebstumore in Körper des Patienten erfolgenden therapeutischen Behandlungen mindern.
Eine andere Art der Transfusion, die so genannte allogene Transfusion, beinhaltet die Erfassung der Blutbestandteile von einem Spender und danach Infusion der erfassten Blutbestandteile bei einem Empfänger, der nicht der Spender ist. In manchen Fällen zeigt sich bei einer allogenen Transfusion eine Krankheit, die allgemein als Graft-versus-Host-Reaktion bezeichnet wird. Bei der Graft-versus-Host- Reaktion werden T-Zellen, die in den Blutbestandteilen enthalten sein können, dem Empfänger infundiert und "erkennen", dass der Empfängerkörper dem des Spenders "fremd" ist. Diese T-Zellen greifen gesunde Zellen im Körper des Empfängers an und erfüllen nicht ihre normale immunologische Schutzfunktion.
Versuche nach dem bisherigen Stand der Technik zur Trennung von Stammzellen und Tumorzellen oder zur Trennung von Stammzellen und T-Zellen vor der Reinfusion haben nur begrenzten Erfolg gebracht. Bei einem Trennverfahren wird eine selektiver Antikörper in eine Probe von Blutbestandteilen eingebracht. Der selektive Antikörper greift die Stammzellen in der Sammlung chemisch an und "markiert" sie. Zur Trennung der markierten Stammzellen von den übrigen Blutbestandteilen werden diese zwischen ruhenden Perlen hindurchgeführt, die mit einem Stoff beschichtet sind, der eine chemische Bindung mit dem selektiven Antikörper eingeht. Diese chemischen Bindungen halten die markierten Stammzellen an den Perlen zurück und filtern sie auf diesem Wege aus den übrigen Blutbestandteilen heraus. Zur Ablösung der markierten Stammzellen von den Perlen werden diese mit einer chemischen Lösung gespült, um die chemische Bindung zwischen dem Stoff und dem selektiven Antikörper aufzubrechen. Dieser Trennvorgang ist jedoch extrem kostenaufwändig, mühsam und zeitintensiv. Zentrifugale Abschlämmung wurde auch zur Trennung von Tumorzellen von Stammzellen oder zur Trennung von T-Zellen von Stammzellen eingesetzt. Mit den vorhandenen Schlämmgeräten ist dieser Vorgang jedoch zeitaufwändig, schwierig und von begrenzter Wirksamkeit.
Aus diesem und aus anderen Gründen besteht eine Notwendigkeit zur Verbesserung der Partikeltrennung.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet Methoden, die eine oder mehrere der Beschränkungen und Nachteile des bisherigen Standes der Technik wesentlich aufheben.
Zur Realisierung dieses und weiterer Vorteile sowie entsprechend dem Ziel der Erfindung in der hier ausgeführten und allgemein beschriebenen Form wird eine Methode der Trennung erster Partikel von zweiten Partikeln bereitgestellt, wobei sich erste und zweite Partikel voneinander unterscheiden, die Methode umfassend die Schritte:
Rotieren eines Zentrifugenrotors um eine Drehachse mit einer zugeordneten und damit drehbaren Wirbelkammer mit Zulauf und Auslauf;
Steuern der Rotation des Rotors;
Ausbilden einer Wirbelschicht in der Wirbelkammer; und
Einströmen von Flüssigkeit in den Zulauf der Wirbelkammer bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Wirbelschicht in der Wirbelkammer und im Wesentlichen Fließen der Flüssigkeit und eines Teils der ersten Partikel zum Auslauf ermöglichend; gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Eintritts einer Menge der ersten Partikel in den Zulauf der rotierenden Wirbelkammer und dadurch, dass
die in dem Bildungsschritt entstandene Wirbelschicht eine in den ersten Partikeln gebildete gesättigte Wirbelschicht ist;
die in den Wirbelkammerzulauf einströmende Flüssigkeit mindestens eine Menge der zweiten Partikel in Dispersion enthält; und
die Wirbelschicht im Wesentlichen den Abfluss der zweiten Partikel aus dem Wirbelkammerzulauf in den Wirbelkammerauslauf verhindert, während im Wesentlichen der Abfluss der Flüssigkeit und eines Teils der ersten Partikel zu Auslauf ermöglicht wird.
Wenn die erfindungsgemäße Methode im Zusammenhang mit dem Filtern von Blut angewendet wird, kann die Flüssigkeit Plasma beinhalten, und die ersten Partikel können weiße Blutzellen sein, die zweiten Partikel können Plättchen oder rote Zellen sein. Damit kann die Wirbelschicht die weißen Blutzellen am Durchlauf hindern. Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Methode zur Trennung erster Partikel von zweiten Partikeln, die Methode umfassend die Schritte des Rotierens einer Wirbelkammer um eine Drehachse;
Einströmens von Flüssigkeit in die Wirbelkammer;
Eintretens dritter Partikel in die Wirbelkammer, wobei sich die ersten, zweiten und dritten Partikel voneinander unterscheiden;
Ausbildens einer Wirbelschicht von dritten Partikeln in der Wirbelkammer; und
Behinderns der Abwanderns zweiter Partikel aus der Wirbelkammer mit der Wirbelschicht dritter Partikel, wohingegen die Flüssigkeit und die ersten Partikel aus der Wirbelkammer austreten können; gekennzeichnet dadurch, dass
die Flüssigkeit in die Wirbelkammer eintritt und dabei mindestens die ersten und zweiten Partikel mitführt; sowie dadurch dass
die Wirbelschicht gesättigt ist.
Es sollte klar sein, dass die vorstehende allgemeine Beschreibung und die folgende ausführliche Beschreibung Beispielcharakter tragen und der weiteren Erläuterung der beanspruchten Erfindung dienen. Die beigefügten Zeichnungen dienen dem weiteren Verständnis der Erfindung und bilden einen Teil dieser Schrift. Die Zeichnungen sowie die Beschreibung dienen der Erläuterung der Grundsätze der Erfindung.

Kurze Zusammenfassung der Zeichnungen

Abb. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Zentrifugengeräts entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung.
Abb. 2 ist eine auseinandergezogene Seitenansicht einer in Abb. 1 gezeigten Wirbelkammer.
Abb. 3 ist eine schematische Teilansicht des Gerätes in Abb. 1 mit einer Detaildarstellung der Komponenten des Gerätes.
Abb. 4 zeigt einen Teil einer Schlauchvorrichtung entsprechend der Erfindung.
Abb. 5 ist eine schematische Darstellung einer in einer Wirbelkammer gebildeten gesättigten Wirbelschicht, wobei die Wirbelkammer eine an dem Zentrifugengerät in Abb. 1 montierte Komponente der Schlauchvorrichtung in Abb. 4 ist.
Abb. 6 ist die Schnittdarstellung einer ersten alternativen Ausführungsform der Wirbelkammer in Abb. 2.
Abb. 7 ist die Schnittdarstellung einer zweiten alternativen Ausführungsform der Wirbelkammer in Abb. 2.
Abb. 8 ist die Schnittdarstellung einer dritten alternativen Ausführungsform der Wirbelkammer in Abb. 2.
Abb. 9 ist die Schnittdarstellung einer vierten alternativen Ausführungsform der Wirbelkammer in Abb. 2.
Abb. 10 ist eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines Zentrifugengeräts der Erfindung.
Abb. 11 ist eine schematischer Schnitt einer alternativen Ausführungsform eines Zentrifugengeräts der Erfindung.
Abb. 12 ist eine perspektivische Teilansicht des Zentrifugengeräts in Abb. 11. Abb. 13 zeigt eine Trennkammer und Wirbelkammer bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Abb. 14 ist eine Teilansicht eines Zentrifugengeräts, einschließlich einer Trennkammer und mehreren Wirbelkammern bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
Abb. 15 ist eine schematische Darstellung der Schlauchvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung, einschließlich des in Abb. 4 dargestellten Teils.
Abb. 16 ist eine Schnittdarstellung einer fünften alternativen Ausführungsform der Wirbelkammer in Abb. 2.
Abb. 17 ist eine Schnittdarstellung einer sechsten alternativen Ausführungsform der Wirbelkammer in Abb. 2.
Abb. 18 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, einschließlich einer an einen primären Substanzbehälter und Zusatzmittelbehältern angeschlossenen Flüssigkeitszuführungsleitung.
Abb. 19 ist eine schematische Teildarstellung eines Zentrifugengeräts, einschließlich einer Wirbelkammer und einer Ergänzungswirbelkammer entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung.
Abb. 20 ist eine schematische Teildarstellung eines Zentrifugengeräts, einschließlich einer Wirbelkammer und eines Trennkanals entsprechend der Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Im Folgenden werden die jetzt bevorzugten Ausführungsformen der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Erfindung beschrieben.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird unter Verweis auf ihre Anwendung bei einer zweistufigen dichtungslosen Blutzentrifuge COBE® SPECTRATM aus der Produktion des Zessionars der Erfindung beschrieben. Die Zentrifuge COBE® SPECTRATM beinhaltet einen dichtungslosen Ein-Omega/Zwei-Omega Schlauchanschluss entsprechend der Offenbarung in der USA-Patentschrift 4 425 112 von Ito, deren gesamte Offenbarung hiermit durch Verweis einbezogen wird. Die Zentrifuge COBE® SPECTRATM beinhaltet auch einen zweistufigen Blutkomponententrennkanal entsprechend Offenbarung in USA-Patentschrift 4 708 712 von Mulzet, deren gesamte Offenbarung hiermit ebenfalls durch Verweis einbezogen wird. Obwohl die Ausführungsform der Erfindung in Kombination mit der Zentrifuge COBE® SPECTRATM beschrieben wird, soll die Beschreibung die Erfindung in keiner Weise einschränken.
Fachleute werden verstehen, dass die vorliegende Erfindung vorteilhaft auf eine Reihe von Zentrifugengeräten anwendbar ist, die allgemein zur Trennung von Blut in seine Bestandteile verwendet werden. Insbesondere kann die vorliegende Erfindung mit einem Zentrifugengerät angewendet werden, das eine Sammelleitung für Blutbestandteile, zum Beispiel eine Sammelleitung für Plättchen oder eine mit Plättchen angereicherte Plasmaleitung benutzt, wobei es unerheblich ist, ob das Gerät einen Zweistufenkanal oder einen dichtungslose Ein-Omega/Zwei-Omega Schlauchanschluss besitzt.
Erfindungsgemäß wird ein Gerät zur Filterung erster Partikel aus einer Flüssigkeit bereitgestellt, beinhaltend einen mit einem Motor gekoppelten Zentrifugenrotor zur Rotation des Zentrifugenrotors um eine Drehachse. Entsprechend der Ausführungsform und Darstellung in Abb. 1 beinhaltet Zentrifuge 10 einen Rotor 12. Der Rotor 12 hat eine Ringnut oder Durchlauf 14 mit einer offenen oberen Fläche zur Aufnahme einer Leitung oder eines Kanals 44 einer Schlauchvorrichtung 70 entsprechend Darstellung in Abb. 4. Der Durchlauf 14 läuft vollständig um die Drehachse 13 des Rotors und wird durch Wand 15 auf einer oberen Fläche 17 von Rotor 12 an einer Innenfläche begrenzt. Ein Motor 16 ist zum Rotieren des Rotors 12 um die Drehachse 13 mit dem Rotor 12 gekoppelt. Diese Kopplung erfolgt direkt oder indirekt über eine Welle 18 mit Arm 19, der an Rotor 12 befestigt ist. Alternativ kann die Welle 18 an den Motor 16 über ein (nicht dargestelltes) Getriebe gekoppelt sein. Eine Abdeckung 20 wird zum Schutz des Motors 16 und der Welle 18 um den Rotor 12 angeordnet.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird eine Halterung zur Aufnahme einer Wirbelkammer am Rotor bereitgestellt. Die Wirbelkammer besitzt einen Ablauf in größerer Nähe zur Drehachse als ein Zulauf zur Wirbelkammer. Entsprechend der Ausführungsform sowie der Darstellung in Abb. 1 kann die Halterung eine Aufnahme 24 zur Befestigung einer Wirbelkammer 22 an Rotor 12 mit einem Ablauf 32 beinhalten, der generell in größerer Nähe zur Drehachse 13 als ein Zulauf 28 liegt. Die Wirbelkammer 22 ist in der in der Aufnahme 24 entsprechend Abb. 1 angeordnet. Die Wirbelkammer 22 kann auch am Rotor 12 an anderen Punkten befestigt werden, zum Beispiel unterhalb Durchlauf 14. Die Wirbelkammer kann aus einem durchsichtigen oder durchscheinenden Copolyester-Plastik, beispielsweise PETG, hergestellt sein, damit der Inhalt im Kammerinnern mit Hilfe eines (nicht dargestellten) optionalen Strobe während der Zentrifugierung beobachtet werden kann.
Entsprechend Darstellung in Abb. 2 wird die Wirbelkammer 22 durch Verbinden einer ersten Kammersektion 26 mit Zulauf 28 in eine zweite Kammersektion 30 mit Ablauf 32 gebildet. Der Zulauf 28 und der Ablauf 32 liegen auf einer Längsachse A-A. In einer Ausführungsform der Erfindung hat die Wirbelkammer 22 ein Innenvolumen von etwa 14,5 ml, obwohl dieser Wert je nach der vorliegenden Anwendung größer oder kleiner sein kann. Das Innere der ersten Kammersektion 26 hat eine stumpfkegelige Form mit einem Kegelwinkel 34a von etwa 30 Grad. Das Innere der zweiten Kammersektion 30 hat ebenfalls eine stumpfkegelige Form mit einem Kegelwinkel 34b von etwa 120 Grad. Diese Winkel sind variierbar. Zum Beispiel kann der Kegelwinkel 34b zwischen etwa 90 und 120 Grad und der Kegelwinkel 34a kann zwischen etwa 30 und 90 Grad betragen.
Das Volumen der Wirbelkammer 22 sollte wenigstens so groß sein, dass ausreichend Plättchen darin Platz finden, um in einem bestimmten Durchflussbereich, bei bestimmten Partikelgrößen und Drehzahlen des Zentrifugenrotors 12 eine (unten beschriebene) gesättigte Wirbelschicht zu bilden. Vorzugsweise hat das Innere der Wirbelkammer eine maximale Querschnittsfläche 33 an einer Stelle zwischen Zulauf 28 und Ablauf 32, wo Sektionen 26, 30 zusammenkommen. Die Querschnittsfläche des Innern der Wirbelkammer verkleinert oder verschmälert sich von der maximalen Querschnittsfläche 33 in beiden Richtungen entlang der Achse A-A. Obwohl die Wirbelkammer 22 mit zwei Sektionen 26, 30 dargestellt ist, deren Inneres die Form eines Stumpfkegels besitzt, können die Innenformen auch paraboloid sein oder eine beliebige andere Form mit einer Hauptquerschnittsfläche größer als die Zulauf- oder Ablauffläche haben. Die Wirbelkammer 22 kann aus einem monolithischen Plastteil oder aus getrennten Sektionen hergestellt sein.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird auch Mittel zur Zuleitung einer Substanz zum Zulauf in die Wirbelkammer bereitgestellt. Entsprechend der Ausführungsform und der schematischen Darstellung in Abb. 3 ist eine Pumpe 36 über Ablaufschlauch 38 flüssig mit der Wirbelkammer 22 verbunden. Die Pumpe 36 fördert Flüssigkeit und Partikel aus dem Ablauf 32 der Wirbelkammer 22. Die Pumpe 36 ist vorzugsweise eine Peristaltikpumpe oder Laufradpumpe, die so beschaffen ist, dass wesentliche Beschädigungen der Blutbestandteile vermieden werden; doch es kann jede beliebige Flüssigkeitspumpe oder Fördergerät vorgesehen werden. In einer (nicht dargestellten) alternativen Ausführungsform kann die Pumpe 36 mit dem Zulauf der Wirbelkammer 22 flüssig verbunden sein, um die Substanz direkt in und durch die Wirbelkammer 22 zu fördern. Die Pumpe 36 kann an jeder beliebigen günstigen Stelle angeordnet werden.
Entsprechend der Erfindung wird ferner Mittel zur Steuerung des Motors und/oder der Versorgung zur Aufrechterhaltung einer gesättigten Wirbelschicht zweiter Partikel innerhalb der Wirbelkammer und zur Rückhaltung erster Partikel in der Kammer bereitgestellt. Entsprechend der Ausführungsform und der schematischen Darstellung in Abb. 3 kann die Steuerung einen Regler 40 beinhalten, der an den Zentrifugenmotor 16 und die Pumpe 36 angeschlossen ist. Wie unten ausführlich dargelegt, sorgt der Regler 40 bei der Zentrifugierung zur Trennung der Partikel für die Aufrechterhaltung einer gesättigten Partikelwirbelschicht in Wirbelkammer 22. Regler 40 kann einen Rechner mit programmierten Befehlen beinhalten, die von einer ROM oder einem RAM bereitgestellt werden, wie es dem Stand der Technik entspricht.
Der Regler 40 kann die Drehzahl des Zentrifugenrotors 12 durch Regelung von Frequenz, Strom oder Spannung der an Motor 16 angelegten Elektrizität ändern. Alternativ kann die Rotordrehzahl durch Schalten eines (nicht dargestellten) Getriebes, wie zum Beispiel durch Schalten von Gängen zur Änderung einer Drehkopplung zwischen dem Motor 16 und dem Rotor 12 verändert werden. Der Regler 40 kann einen Eingang von einem (nicht dargestellten) Drehzahlgeber erhalten, der die Rotordrehzahl kontinuierlich überwacht.
Der Regler 40 kann auch die Pumpe 36 steuern, um den Volumenstrom der Substanz zu regeln, die in die Wirbelkammer 22 gefördert wird. Zum Beispiel kann der Regler 40 die Elektrizität zu Pumpe 36 verändern. Alternativ kann der Regler 40 den Volumenstrom zu Kammer 22 durch Regeln einer (nicht dargestellten) Ventilstruktur entweder in dem an Zulauf 28 angeschlossenen Zulaufschlauch 42 oder in Ablaufschlauch 38 ändern. Der Regler 40 kann einen Eingang von einer (nicht dargestellten) Strömungssonde in Zulaufschlauch 42 zur Überwachung des Volumenstroms der in die Wirbelkammer 22 eintretenden Substanzen erhalten. Obwohl eine einzelner Regler 40 mit Mehrfachfunktionen in der Ausführungsform in Abb. 3 schematisch dargestellt ist, kann der Regler entsprechend der Erfindung eine beliebige Zahl von Einzelreglern enthalten, von denen jeder eine Einzelfunktion oder mehrere Funktionen ausführt. Wie den Fachleuten bekannt ist, kann der Regler 40 Volumenströme auf vielfach andere Weise regeln.
Wie vorbeschrieben, besitzt der Rotor 12 einen Durchlauf 14, der wie in Abb. 1 dargestellt, an einer oberen Fläche offen ist. Zweck dieses Durchlaufs 14 ist die Aufnahme eines Kanals 44 der Schlauchvorrichtung 70, wie in Abb. 5 teilweise dargestellt. Wie am deutlichsten in Abb. 4 gezeigt, beinhaltet Schlauchvorrichtung 70 eine in Kanal 44 ausgebildete halbstarre Leitung mit einem generell rechteckigen Querschnitt. Ein Verbinder 71 verbindet Enden des Kanals 44 in Form eines Rings oder einer Schleife innerhalb von Durchlauf 14. Über eine Zulaufleitung 78 gelangt Vollblut zu einem Zulauf des halbstarren Kanals 44, während ein Schlauchsegment 42, Ablaufleitungen 72, 74 und eine Steuerleitung 76 den Abtransport der Blutbestandteile während eines Zentrifugiervorgangs und die Steuerung in Kanal 44 ermöglichen. Weitere Ausführungen zum generellen Zentrifugieren und Funktionieren von Kanals 44, Schlauchsegment 42 und Leitungen 72, 74, 76 und 78 werden in der USA-Patentschrift 4 708 712 beschrieben.
Eine Schutzhülle umgibt die Leitungen 72, 74, 76, 78 und den Ablaufschlauch 38. Wenn der Kanal 44 der Schlauchvorrichtung 70 ausbaubar in Durchlauf 14 angeordnet wird, verlaufen die Leitungen 72, 74, 76 und 78 durch Öffnungen 82, 84 bzw. 86 in Wand 15, wohingegen der Zulaufschlauch 42 in einer von Durchlauf 14 gebildeten Öffnung 88 liegt. (Siehe Abb. 1 und 5).
Abb. 15 ist eine vollständigere Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Schlauchvorrichtung 70. Die Schlauchvorrichtung 70 kann weiter mehrere zusätzliche Elemente zur Erfassung von Blutbestandteilen enthalten, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf eine oder mehrere Spenderleitungen 902, Probevorrichtungen 904, Spikes 906, (nicht dargestellte) gefüllte Lösungsbeutel für die Versorgung der Schlauchvorrichtung 70 mit Flüssigkeiten, Abfallbeutel 908, Sammelbeutel 910, Blutbestandteilbeutel 912, Pumppatronen 914 zum Zwischenschalten verschiedener Flüssigkeitspumpen, wie zum Bespiel Pumpe 36, Luftkammern 916, Schnittstellen 918 für Überwachungsgeräte, Verbindungsschläuche und Armaturen 920 sowie verschiedene andere Elemente und Zubehör.
Wie in Abb. 3 und 5 gezeigt, befindet sich in einem Strömungsdurchgang des Kanals 44 einer Trennkammer 46. Partikel werden anfangs in der Trennkammer 46 nach Dichte und/oder Sedimentationsgeschwindigkeit als Reaktion auf die Schwerkraft getrennt. Die Trennkammer 46 beinhaltet einen Steg 48 an einer Außenwand des Durchlaufs 14 zur Formänderung eines Teils des Kanals 44 zur Ausbildung eines Damms 50 in Kanal 44. Alternativ kann der Damm 50 durch eine permanente Konstruktion im Strömungsdurchlauf von Kanal 44 gebildet werden. Obwohl nur eine einzelne Trennkammer 46 und Damm 50 in den Abbildungen dargestellt sind, kann der Strömungsdurchlauf je nach beabsichtigtem Einsatz mehrere Trennkammern oder Dämme besitzen.
Wenn Kanal 44 in Durchlauf 14 angeordnet ist, bildet sich eine Sammelsenke 54 in Kanal 44 bei Damm 50. Ein Schlauchsegment 42, welches einen Ablauf 56 der Senke 54 mit dem Zulauf 28 der Wirbelkammer 22 verbindet, ermöglicht die Überführung der in der Sammelsenke 54 getrennten Substanzen in die Wirbelkammer 22.
Obwohl die in Abb. 3-5 dargestellte Ausführungsform ein Schlauchsegment 42 beinhaltet, kann jede Flüssigkeitsverbindung zwischen der Trennkammer 46 und Wirbelkammer 22 eingesetzt werden. Zum Beispiel kann der Zulauf 28 von Wirbelkammer 22 direkt mit Kanal 44 verbunden sein.
Eine Methode zum Trennen von Partikeln des Blutes wird nachfolgend mit Verweis auf die Abb. 3 und 5 besprochen. Obwohl die Erfindung im Zusammenhang mit dem Trennungsprozess von Bestandteilen des Blutes beschrieben wird, ist klar, dass die Erfindung im weitesten Sinne nicht darauf beschränkt ist. Die Erfindung kann zum Trennen mehrerer unterschiedlicher Partikel angewendet werden. Ferner ist die Erfindung auf Einzelnadel- und Doppelnadel-Blutreinigungs- oder Filtrationsapplikationen anwendbar. Zum Beispiel kann die Erfindung der vorliegenden Anwendung mit dem EINZELNADEL-REZIRKULATIONSSYSTEM ZUM ERNTEN VON BLUTKOMPONENTEN nach der USA-Patentschrift 5 437 624 vom 01. 08. 1995, deren Offenbarung hiermit durch Verweis einbezogen wird, eingesetzt werden.
Vorzugsweise wird die Wirbelkammer 22 anfänglich mit einem flüssigen Medium geringer Dichte, wie zum Beispiel Luft, Salzlösung oder Plasma mit einer Dichte von weniger oder gleich der Dichte von flüssigem Plasma angefahren. Mit Hilfe dieser Anfahrflüssigkeit kann wirksam ein gesättigtes Wirbelbett von Plättchen in der Wirbelkammer 22 aufgebaut werden. Wenn eine Salzlösung eingesetzt wird, gelangt diese Lösung über die Zulaufleitung 78 in den Kanal 44. Danach fließt die Salzlösung in den Ablauf 56 und durch Kammer 22, wenn Regler 40 Pumpe 36 aktiviert. Regler 40 steuert auch das Einschalten von Motor 16 zur Rotation von Zentrifugenrotor 12 und Wirbelkammer 22 in Richtung von Pfeil "B" in Abb. 3. Bei der Rotation wird ein Verdrehen von Flüssigleitungen 72, 74, 76, 78 und Ablaufschlauch 38, die an dem Zentrifugenrotor 12 und der Wirbelkammer 22 angeschlossen sind, durch einen dichtungslosen Ein-Omega/Zwei-Omega-Schlauchanschluss, wie er im Fach bekannt und in USA-Patentschrift 4 425 112 beschrieben ist, verhindert.
Nach dem Anfahren der Apparatur wird mit Rotieren der Zentrifuge Vollblut oder Blutbestandteile über Zulaufleitung 78 in den halbstarren Kanal 44 eingeleitet. Wenn Vollblut verarbeitet wird, kann das Vollblut in den halbstarren Kanal 44 durch Überführung des Bluts direkt von einem Spender über Zulaufleitung 78 übernommen werden. Bei der Alternative kann das Blut aus einem Behältnis, zum Beispiel einem Blutbeutel, in die Zulaufleitung 78 gelangen.
Auf das Blut in Kanal 44 wirkt bei weiterer Rotation der Zentrifuge um Rotor 12 in Richtung von Pfeil "B" in Abb. 3 eine Zentrifugalkraft. Diese Zentrifugalkraft wirkt in einer radialen Richtung von der Drehachse 13 des Rotors 12 weg, wie dies durch Pfeil "C" verdeutlicht in Abb. 3 werden soll.
Die Blutbestandteile erfahren in Kanal 44 eine erste Trennung. Die Bestandteile des Vollbluts ordnen sich schichtweise in absteigender Dichte wie folgt: 1. rote Blutzellen, 2. weiße Blutzellen, 3. Plättchen und 4. Plasma. Der Regler 40 regelt die Drehzahl des Zentrifugenrotors 12, damit diese Teilchenschichtung stattfinden kann. Die Blutpartikel bilden einen Leukozytenfilm 58 und einen äußeren Film 60 an der äußeren Wandfläche von Kanal 44 in der Trennkammer 46. Der äußere Film 60 beinhaltet Partikel, deren Dichte größer ist als die der Partikel in Leukozytenfilm 58. Typischerweise beinhaltet der äußere Film 60 rote Blutzellen und weiße Blutzellen, während der Leukozytenfilm 58 Plättchen und weiße Blutzellen enthält.
Plasma, der Blutbestandteil mit der geringsten Dichte, fließt in Kanal 44 an der Oberfläche des Leukozytenfilms 58. Nähert sich die Höhe des Leukozytenfilms 58 der Oberkante von Damm 50, spült das strömende Plasma die Plättchen und einige weiße Blutzellen des Leukozytenfilms 58 über den Damm 50. Nachdem diese Partikel über den Damm 50 gespült sind, gelangen sie in die Sammelsenke 54. Einige Plättchen können auch an der Sammelsenke 54 vorbeifließen, kehren ihre Fließrichtung um und gelangen in die Sammelsenke 54, wie es in USA-Patentschrift 08/422 598 mit dem Titel ERFASSEN VON ÜBERLAUF AN VEREINZELTEN BESTANDTEILEN WIE EINKERNIGEN BEATANDTEILEN VON VOLLBLUT mit Einreichungsdatum vom 24. 04. 1995, deren Offenbarung hiermit durch Verweis einbezogen wird, beschrieben ist.
Die weißen Blutzellen und roten Blutzellen im äußeren Film 60 werden über Ablaufleitung 74 abgeführt, während plättchenarmes Plasma über Ablaufleitung 72 abgeführt wird. Wie im Fachgebiet bekannt, kann der Regler 40 optional (nicht dargestellte), mit Leitungen 72, 74 oder 76 verbundene Pumpen zur Abführung dieser Blutbestandteile steuern. Nachdem die roten Blutzellen, weißen Blutzellen und Plasma auf diesem Wege abgeführt wurden, werden sie gesammelt und mit anderen Blutbestandteilen rekombiniert oder weiter getrennt. Alternativ können diese abgeführten Blutbestandteile einem Spender wieder infundiert werden.
Plasma transportiert Plättchen und weiße Blutzellen aus der Sammelsenke 54 in die mit Anfahrflüssigkeit gefüllte Wirbelkammer 22, so das eine gesättigte Partikel- Wirbelschicht aufgebaut werden kann. Zum Aufbau dieser gesättigten Wirbelschicht regelt der Regler 40 die Drehzahl von Rotor 12 in einen vorbestimmten Drehzahlbereich. Ferner steuert der Regler 40 die Pumpe 36 zur Förderung von Plasma, Plättchen und weißen Blutzellen mit einem vorbestimmten Volumenstrom durch das Schlauchsegment 42 und in den Zulauf 28 der Wirbelkammer 22. Diese einströmenden Blutbestandteile verdrängen die Anfahrflüssigkeit aus der Wirbelkammer 22.
Wenn die Plättchen und weißen Blutzellen in die Wirbelkammer 22 eintreten, wirken auf sie zwei entgegengesetzte Kräfte. Plasma, das mit Hilfe der Pumpe 36 durch die Wirbelkammer fließt, bildet eine erste hydrodynamische Widerstandskraft, wenn es beim Strömen durch die Wirbelkammer 22 die Partikel zu Ablauf 32 in der Richtung "D" in Abb. 3 drängt. Eine zweite Zentrifugalkraft entsteht durch Rotation von Rotor 12 und Wirbelkammer 22 und wirkt in Richtung "C", so dass die Partikel zu Zulauf 28 gedrängt werden.
Der Regler 40 regelt die Drehzahl des Rotors 12 und den Volumenstrom der Pumpe 36 zum Erfassen von Plättchen und weißen Blutzellen in der Wirbelkammer 22. Wenn Plasma durch die Wirbelkammer 22 strömt, verringert sich die Strömungsgeschwindigkeit des Plasma, wenn dieses sich der größten Querschnittsfläche 33 nähert. Das Plasma erreicht an dieser größten Querschnittsfläche seine geringste Strömungsgeschwindigkeit. Da der rotierende Zentrifugenrotor 12 in der Wirbelkammer 22 ein ausreichend hohes Schwerefeld erzeugt, sammeln sich die Plättchen in der Nähe des größten Querschnitts 33 und treten nicht mit dem Plasmastrom aus der Wirbelkammer 22 aus. Die weißen Blutzellen sammeln sich etwas unterhalb der größten Querschnittsfläche 33. Durch Dichteumkehr kommt es jedoch zu einem leichten Vermischen beider Bestandteile bei diesem ersten Aufbau einer gesättigten Partikelwirbelschicht.
Die größeren weißen Blutzellen sammeln sich wegen der unterschiedlichen Sedimentationsgeschwindigkeit in größerer Nähe von Zulauf 28 als die kleineren Plättchenzellen. Vorzugsweise werden Drehzahl und Volumenstrom so geregelt, dass sehr wenige Plättchen und weiße Blutzellen beim Aufbau der gesättigten Partikelwirbelschicht aus der Wirbelkammer 22 austreten.
Die Plättchen und weißen Blutzellen sammeln sich weiter in der Wirbelkammer 22, während Plasma durch die Wirbelkammer 22 hindurch fließt. Mit steigender Konzentration von Plättchen verkleinern sich die Zwischenräume zwischen den Teilchen, und allmählich erhöht sich die hydrodynamische Widerstandskraft durch den Plasmastrom. Schließlich wird die Plättchenschicht mit Teilchen in der Wirbelschicht in der Wirbelkammer 22 gesättigt. Da die Schicht nun mit Plättchen gesättigt ist, muss für jedes Plättchen, das neu in die gesättigte Schicht in der Wirbelkammer 22 eintritt, ein Einzelplättchen die Schicht verlassen. Damit hat die Schicht einen stabilen Zustand erreicht, bei dem ebenso viele Plättchen aus der Schicht austreten wie Plättchen zusätzlich über den Zulauf 28 in die Schicht gelangen. Das Fließbett ist schematisch in Abb. 5 dargestellt, in der der Buchstabe "X" für Plättchen und der Buchstabe "O" für weiße Blutzellen steht. Wie nachstehend erläutert und in Abb. 5 gezeigt, verhindert oder behindert die gesättigte Partikelwirbelschicht nachhaltig den Durchlauf weißer Blutzellen "O" durch die Wirbelkammer 22.
Die gesättigte Wirbelschicht bildet sich automatisch und unabhängig von der Konzentration der Partikel im Zulauf der Wirbelkammer 22 aus. In die Wirbelkammer eintretendes Plasma passiert die Plättchenschicht sowohl vor als auch nach Erreichen des Plättchensättigungspunktes.
In Abhängigkeit von Volumenstrom und Schwerefeld besitzt die gesättigte Plättchenschicht ein veränderliches Volumen in der Nähe des maximalen Querschnitts 33 in der Wirbelkammer 22. Die Zahl der Plättchen in der gesättigten Schicht hängt von mehreren Faktoren ab, wie dem in die Wirbelkammer 22 eintretenden Volumenstrom, dem Volumen der Wirbelkammer 22 und der Drehzahl. Bleiben diese Veränderlichen konstant, bleibt auch die. Zahl der Plättchen in der gesättigten Schicht weitgehend konstant. Ändert sich der Volumenstrom der Blutbestandteile in die Wirbelkammer 22, passt sich die Schicht selbst an, indem sie entweder überschüssige Plättchen freisetzt oder zusätzliche Plättchen aus dem in die Wirbelkammer 22 eintretenden Volumenstrom aufnimmt. Wenn sich zum Beispiel der Plasmavolumenstrom in die Wirbelkammer 22 erhöht, spült dieses Plasma überzählige Plättchen aus der jetzt übersättigten Schicht, und die Schicht stellt den Sättigungszustand bei verstärktem Volumenstrom erneut her. Damit ist die Plättchenkonzentration in der Schicht durch Abgabe von Plättchen aus der Schicht geringer.
Nach Bildung der gesättigten Partikelwirbelschicht trägt der Plasmastrom zusätzliche Plättchen in die Wirbelkammer 22 und in die Wirbelschicht. Diese zusätzlichen Plättchen vergrößern die Schicht und verstärken die hydrodynamische Widerstandskraft des Plasmastroms durch die Schicht. An einem bestimmten Punkt ist die hydrodynamische Widerstandskraft so groß, dass Plättchen im Bereich des größten Querschnitts 33 aus der gesättigten Wirbelschicht und aus der Wirbelkammer 22 austreten. Wenn daher die Drehzahl und der Volumenstrom in die Wirbelkammer 22 konstant bleiben, sind Anzahl und Konzentration der Plättchen, die in die gesättigte Plättchenwirbelschicht eintreten, im Wesentlichen gleich der Zahl und Konzentration von Plättchen, die aus der Schicht austreten. Dies steht im ausgeprägten Gegensatz zum bisherigen Stand der Technik.
Obwohl die Wirbelschicht mit Plättchen gesättigt ist, kann eine geringe Zahl weißer Blutzellen in der Plättchenschicht vorhanden sein. Wegen ihrer höheren Sedimentationsgeschwindigkeit "fallen" diese weißen Blutzellen aus der Plättchenschicht in Richtung auf den Zulauf 28 heraus. Wie in Abb. 5 gezeigt und nachfolgend beschrieben, sammelt sich die Mehrzahl der weißen Blutzellen generell innerhalb der Wirbelkammer 22 zwischen der gesättigten Plättchenschicht und dem Zulauf 28.
Die gesättigte Wirbelschicht mit Plättchenpartikeln wirkt als Filter oder Barriere für weiße Blutzellen, die in die Wirbelkammer 22 gelangen. Wenn Blutbestandteile in die Wirbelkammer 22 eintreten, überwindet das Plasma ungehindert die Wirbelschicht. Die gesättigte Plättchenschicht stellt für weiße Blutzellen, die in die Wirbelkammer 22 gelangen, ein großes Hindernis dar. Diese weißen Blutzellen werden in der Wirbelkammer 22 zurückgehalten. Auf diese Weise filtert die Schicht wirksam weiße Blutzellen aus den ständig in die Wirbelkammer 22 eintretenden Blutbestandteilen, Plasma dagegen und aus der Schicht austretende Plättchen können die Kammer 22 ungehindert verlassen. Diese Ergänzung und Freisetzung von Plättchen wird als Fähigkeit der Wirbelschicht zur Autoselektion bezeichnet. Im Wesentlichen alle herausgefilterten weißen Blutzellen konzentrieren sich in der Wirbelkammer 22 zwischen der gesättigten Plättchen-Wirbelschicht und Zulauf 28.
Die Teilchentrennung oder Filtration der Teilchen in der gesättigten Wirbelschicht hebt eine Reihe von Beschränkungen bisheriger Geräte auf. Zum Beispiel können Teilchen in einem kontinuierlichen eingeschwungenen Zustand ohne diskontinuierliche Aufgabe getrennt oder gefiltert werden. Ferner können nach erfolgter Sättigung der Wirbelschicht mit Teilchen die Volumenströme in einem breiten Bereich geregelt werden, ohne dass sich die Größe der aus der Wirbelkammer 22 austretenden Partikel ändert. Im Gegensatz zu bisherigen Geräten bietet die vorliegende Erfindung eine gesättigte Teilchenschicht, bestehend aus zahlenmäßig dominierenden Teilchen. Die Schicht lässt automatisch die dominierenden Partikel passieren, während größere Partikel zurückgewiesen werden.
Das Geräte und die Methode der Erfindung trennen im Wesentlichen alle weiße Blutzellen von dem Partikel- und Plasmastrom in der Wirbelkammer 22. Die Barriere für weiße Blutzellen entsteht mindestens zum Teil dadurch, dass die weißen Blutzellen größer sind und eine höhere Sedimentationsgeschwindigkeit als die Partikel haben, aus denen die gesättigte Wirbelschicht besteht. Somit werden Partikel ähnlicher Dichte nach unterschiedlicher Größe und Sedimentationsgeschwindigkeit getrennt.
Da bei der ersten Trennung an Damm 50 sowie durch die gesättigte Wirbelschicht die Mehrzahl der roten Blutzellen und weißen Blutzellen getrennt wird, besteht die aus der Wirbelkammer 22 austretende Flüssigkeit hauptsächlich aus Plasma und Plättchen. Ein Gerät entsprechend dieser Beschreibung wurde 30 Mal mit Vollblut vom Menschen benutzt. In jedem Fall wurde ein Leukopoor-Produkt mit weniger als 3 · 10&sup6; weißen Blutzellen je 3 · 10¹¹ Plättchen erhalten. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wird davon ausgegangen, dass aus der Wirbelkammer 22 austretendes Plättchenprodukt konstant (mindestens für 99% der Zeit) die Leukopoor-Norm von weniger als 5 · 10&sup6; weißen Blutzellen bei Austritt von mindestens 3 · 10¹¹ Plättchen aus der Wirbelkammer 22 erfüllt.
Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Porenfilter, bei dem die gefilterten weißen Blutzellen im Filter zurückgehalten werden, gestattet die vorliegende Erfindung die Gewinnung einer großen Fraktion weißer Blutzellen und deren Rückführung an den Spender.
Vorzugsweise 80% bis 99% der anfangs in den Kanal 44 gelangenden Plättchen können in funktionsfähigem Zustand zurückgewonnen werden. Besonders vorzugsweise werden mindestens 95% oder mindestens 98% der anfangs in den Kanal 44 gelangenden Plättchen aus dem Kanal 44 und der Wirbelkammer 22 zurückgewonnen.
Wenn die Blutbestandteile anfänglich mit der Trennkammer 46 getrennt werden, kann eine erhebliche Anzahl von Plättchen leicht aktiviert werden. Die gesättigte Plättchenwirbelschicht ermöglicht trotz dieser geringfügigen Aktivierung das Filtern von weißen Blutzellen aus Plasma und Plättchen. Damit ist bei der vorliegenden Erfindung keine Wartezeit für das Filtern weißer Blutzellen nach der ersten Trennung der Blutbestandteile in einer Trennkammer 46 erforderlich. Das steht im Gegensatz zu Methoden mit herkömmlichen Filtern
Nach der Trennung werden aus der Wirbelkammer 22 austretende Plättchen und Plasma in entsprechenden Behältnissen erfasst und zum späteren Gebrauch gelagert. Die aus dem halbstarren Kanal 44 entnommenen roten Blutzellen und weißen Blutzellen können zusammen mit dem restlichen Plasma zur Reinfusion beim Sender oder zur Lagerung erfasst werden. Alternativ können diese Bestandteile mit Gerät 10 weiter verarbeitet werden.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung regelt der Regler 40 die Drehzahl des Rotors 12 in einem bevorzugten Bereich von 1800 bis 2400 min&supmin;¹. Vorzugsweise erfolgt die Regelung bei 2400 min&supmin;¹, so dass in der Wirbelkammer 22 ein Schwerefeld von etwa 800 G an Zulauf 28 und etwa 5000 G an Ablauf 32 entsteht. Der Regler 40 regelt den Volumenstrom in die Wirbelkammer 22 im Bereich von 1 ml/min bis 15 ml/min. Der bevorzugte Volumenstrom liegt im Bereich von 2 ml/min bis 8 ml/min. Der konkrete Volumenstrom wird unter anderem entsprechend der Ausgangszählung der Plättchen und des Gesamtvolumens des zu verarbeitenden Vollbluts festgelegt.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann das Filtern bei dem gleichen Volumenstrom erfolgen wie der zur Ausbildung der gesättigten Wirbelschicht benutzte. Optional kann der Volumenstrom beim Filtern größer sein als der zur Ausbildung der Wirbelschicht, um die Partikelfilterleistung zu erhöhen. Bei dieser optionalen Ausführungsform kann der Regler 40 den Volumenstrom der in die Wirbelkammer 22 geleiteten Blutbestandteile erhöhen und die gesättigte Wirbelschicht aufrecht erhalten. Der Regler 40 erhöht von Volumenstrom durch Erhöhung der Förderleistung von Pumpe 36.
Solange Blutbestandteile in die Wirbelkammer 22 gelangen, hält der Regler 40 die gesättigte Wirbelschicht für die gesamte Dauer des Filtervorgangs aufrecht. Durch Regelung der Zufuhr von Flüssigkeit und Rotation des Zentrifugenrotors 12 sichert der Regler 40 einen kontinuierlichen und gleichmäßigen Strom durch die Wirbelkammer 22. Mit dieser Regelung werden die Kräfte in der Wirbelkammer 22 zur Aufrechterhaltung der gesättigten Wirbelschicht wirksam ausgeglichen. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben, kann der Regler 40 den in die Wirbelkammer 22 gelangenden Volumenstrom erhöhen und dabei die gesättigte Wirbelschicht Aufrecht erhalten.
Zum Abschluss eines Vorgangs der Trennung von Blutbestandteilen kann der Regler 40 Plättchen sowohl aus dem Leukozytenfilm 58 von Kanal 44 als auch AUS der gesättigten Wirbelschicht der Wirbelkammer 22 zurückgewinnen. Die Rückgewinnung von Plättchen aus dem Leukozytenfilm 58 durch den Regler 40 erfolgt entweder durch Reduzierung der Drehzahl von Rotor 12 oder durch Erhöhung des aus dem Kanal 44 austretenden Plasmavolumens. Zum Beispiel wird bei einer bevorzugten Form der Rückgewinnung von Plättchen aus dem Leukozytenfilm die Rotordrehzahl plötzlich von 2400 min&supmin;¹ auf 1800 min&supmin;¹ reduziert und danach wieder auf 2400 min&supmin;¹ erhöht. Dadurch werden Plättchen und weiße Blutzellen aus dem Leukozytenfilm 58 über den Damm 50 und in die Wirbelkammer 22 gespült. In der Wirbelkammer 22 blockiert die gesättigte Plättchenwirbelschicht den Weg der weißen Blutzellen aus dem Leukozytenfilm 58, während Plättchen aus dem Leukozytenfilm 58 gleichzeitig die Schicht ergänzen und Plättchen aus der gesättigten Schicht freigesetzt werden. Auf diese Weise kann das Gerät im Wesentlichen alle weißen Blutzellen aus dem Leukozytenfilm 58 filtern. Damit wird die Plättchenausbeute wesentlich erhöht.
Der Leukozytenfilm 58 überspült den Damm in der in der vorgenannten USA- Patentschrift 08/422 598 beschriebenen Weise. Das ist besonders wirksam bei Methoden zur Erfassung einkerniger Zellen, da mit der Wirbelkammer 22 rote Blutzellen von einkernigen Zellen getrennt werden können.
Ferner werden Plättchen in der gesättigten Wirbelschicht geerntet, um eine wesentliche Anzahl Plättchen aus der Wirbelkammer 22 zu gewinnen. Während der Ernte aus der Wirbelschicht erhöht der Regler 40 zur Freisetzung der Teilchen aus der Schicht den Volumenstrom und/oder reduziert die Drehzahl des Zentrifugenrotors 12. Dadurch wird die Mehrzahl aller Plättchen aus der gesättigten Wirbelschicht in der Wirbelkammer 22 ausgespült, wodurch der Plättchenertrag wesentlich verbessert wird. Die Ernte wird fortgesetzt, bis im wesentlichen alle Plättchen ausgespült sind und unmittelbar bevor eine nicht tolerierbare Anzahl weißer Blutzellen aus der Wirbelkammer 22 auszutreten beginnt.
Die geernteten Plättchen aus der Wirbelschicht können mit den zuvor erfassten Plättchen zusammengeführt werden. Ferner kann der verbleibende Inhalt der Wirbelkammer 22, der eine hohe Konzentration weißer Blutzellen enthält, getrennt zum späteren Gebrauch erfasst oder mit den aus Kanal 44 gewonnenen Blutbestandteilen zusammengefasst und einem Spender reinfundiert werden. Die Erfindung ermöglicht insbesondere die Trennung von Spuren- oder kontaminierenden ersten Partikeln aus einer Flüssigkeit mit einer größeren Anzahl zweiter Partikel. Vorzugsweise liegen die zu filternden ersten Partikel in einer nicht für den Aufbau einer gesättigten Partikelwirbelschicht ausreichenden Konzentration vor. Jedoch gilt die Erfindung in ihrer breitesten Anwendung für die Trennung erster Partikel aus Flüssigkeit oder für die Trennung erster von zweiten Partikeln ungeachtet bestimmter Partikelkonzentrationen.
Obwohl die Beschreibung von erfindungsgemäßem Gerät und Methode für die Entfernung weißer Blutzellen und Erfassen von Plättchen erfolgt, darf diese Beschreibung nicht als Beschränkung des Bereiches der Erfindung ausgelegt werden. Die Erfindung kann zur Trennung beliebiger Partikelbestandteile von Blut angewendet werden. Zum Beispiel kann die gesättigte Wirbelschicht aus roten Blutzellen gebildet werden, um den Durchgang weißer Blutzellen durch die Wirbelkammer 22 zu verhindern, solange die roten Blutzellen nicht roullieren (agglutinieren). Alternativ kann die Trägerflüssigkeit für die Partikel Salzlösung oder ein anderer Ersatz für Plasma sein. Ferner kann die Erfindung zur Entfernung weißer Blutzellen und anderer Bestandteile von Vollblut aus einer Nabelschnur angewendet werden, um damit Stammzellen zu gewinnen. Weiter könnte die Erfindung zum Filtern und Trennen von Partikeln aus Flüssigkeiten angewendet werden, die mit Blut oder biologisch ähnlichen Substanzen in keinem Zusammenhang stehen.
Gerät und Methode entsprechend der Erfindung können durch Ausbildung einer gesättigten Partikelwirbelschicht von Stammzellen weiße Blutzellen, einschließlich Stammzellen, und Tumorzellen, trennen, um den Durchgang von Tumorzellen durch die Wirbelkammer 22 im Wesentlichen zu verhindern. Als Alternative können die Tumorzellen eine gesättigte Partikelwirbelschicht bilden und den Weg von Stammzellen durch die Wirbelkammer 22 im Wesentlichen verhindern.
Bei einem anderen Aspekt der Erfindung können kleinere erste Partikel, zum Beispiel Tumorzellen, von größeren zweiten Partikeln, zum Beispiel Stammzellen, getrennt werden, indem eine gesättigte Partikelwirbelschicht aus dritten Partikeln einer Zwischengröße gebildet wird. Anfänglich werden dritte Zwischengrößenpartikel in eine Flüssigkeit gegeben, die erste und zweite Partikel enthält. Vorzugsweise liegt die Konzentration der hinzugegebenen dritten Partikel höher als die sowohl der ersten und auch zweiten Partikel. Diese dritten Partikel sind vorzugsweise magnetische Mirkoperlen oder eine andere leicht von den anderen Partikeln zu trennende Substanz.
Die Flüssigkeit mit den ersten, zweiten und dritten Partikeln wird dann in die Wirbelkammer 22 überführt. Schließlich bilden die dritten Partikel eine gesättigte Partikelwirbelschicht in der gleichen Weise wie vorbeschrieben. Mit weiterem Eintritt von Flüssigkeit und Partikeln in die Wirbelkammer 22 überwinden die Flüssigkeit und die kleineren ersten Partikel die gesättigte Wirbelschicht dritter Partikel, während die Schicht und das Partikelsedimentationsverhalten den Durchgang der zweiten Partikel durch die Schicht versperren. Damit werden die ersten und zweiten Partikel in der Wirbelkammer 22 getrennt.
Aus der gesättigten Wirbelschicht können bei weiterem Eintritt dritter Partikel in die Schicht oder bei Änderung des Volumenstroms in die Wirbelkammer 22 dritte Partikel freigesetzt werden. Diese dritten Partikel können aus der aus der Wirbelkammer 22 austretenden Flüssigkeit und ersten Partikeln getrennt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden magnetische dritte Partikel von einem (nicht dargestellten) Partikeltrenner angezogen und dritte Partikel so aus der Flüssigkeit entfernt. Auf diese Weise erhält man eine im Wesentlichen gereinigte Konzentration erster Partikel.
Diese alternative Methode ist günstig für die Trennung erster und zweiter Partikel, die beide in geringen Konzentrationen vorliegen und ähnliche Dichte, aber unterschiedliche Größe haben. Obwohl die dritten Partikel zu Ausbildung der Wirbelschicht vorzugsweise mit den ersten und zweiten Partikeln zugegeben werden, können sie in die Wirbelkammer 22 auch in getrennten Schritten eingebracht werden. Dieser Aspekt der Erfindung kann bei der Trennung von Tumorzellen von Stammzellen oder anderen Blutbestandteilen, wie vorbeschrieben, besonders vorteilhaft sein. Alternativ könne die ersten Partikel T-Zellen und die zweiten Partikel Stammzellen sein. Jedoch kann diese Variante der Erfindung zur Trennung zahlreicher unterschiedlicher Arten von Partikeln angewendet werden. Zum Beispiel können T-Zellen von Stammzellen getrennt werden, um die Graft-versus-Host- Reaktion nach Stammzellentransfusion zu vermeiden.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden beschrieben, bei denen gleiche oder ungleiche Elemente in den Zeichnungen durch unterschiedliche Kennzeichnung mit identischen zwei Endstellen bezeichnet sind.
Wie in Abb. 6 gezeigt, beinhaltet eine weitere Ausführungsform der Erfindung eine Wirbelkammer 122 mit einem Zulauf 128 und einem Ablauf 132. Eine Nut 190 wird an einer inneren Fläche der Wirbelkammer 122 an einer Stelle der größten Querschnittsfläche 133 gebildet. Oberer und unterer Teil 191, 192, im Wesentlichen lotrecht zu einer Längsachse A-A der Wirbelkammer 22 angeordnet, sind durch eine Seite 193 miteinander verbunden. Vorzugsweise liegt die Seite 193 parallel zu Achse A-A und umgibt diese Achse im Wesentlichen in Form einer Ringnut 190.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist das Maß der Seite 193 2,54 mm, die Maße des oberen und unteren Teils 191, 192 jeweils 2,03 mm. Die Nut kann ohne Abweichung von der Erfindung von unterschiedlicher Gestalt sein.
Die Nut 190 hilft bei der Verteilung der Coriolis-Kraft in der Wirbelkammer 122. Damit verbessert Nut 190 die Wirksamkeit der gesättigten Partikelwirbelschicht als Partikelsperre. Plötzliche Steigerungen des Volumenstroms der Flüssigkeit während des Partikeltrennungsvorgangs kann die Fähigkeit der gesättigten Partikelwirbelschicht zur Verhinderung des Partikeldurchgangs mindern. Auf in die Wirbelkammer 22 eintretende Flüssigkeit wirkt die Coriolos-Kraft. Die dadurch erzeugte Ablenkung mindert die Wirksamkeit der Filtration der gesättigten Wirbelschichtpartikel, da Flüssigkeit und Partikel zwischen der gesättigten Partikelwirbelschicht und einer Innenwandfläche der Wirbelkammer 22 statt durch die Schicht selbst hindurch gelangen kann. Die Wirbelkammer 122, einschließlich Nut 190, wirken diesen Erscheinungen entgegen, indem sie den durch die Coriolis-Kraft abgelenkten Strom in eine Umfangsrichtung teilweise um die Achse A-A der Wirbelkammer 122 lenken. Damit verbessert die Nut 190 die Wirkung der Wirbelschicht als Partikelsperre, besonders wenn die Volumenströme erhöht werden. Abb. 16 und 17 zeigen Wirbelkammern 1022 bzw. 1022' mit alternativen Ausführungen der Nuten 1090 bzw. 1090'. Wie in Abb. 16 dargestellt, beinhaltet die Wirbelkammer 1022 eine Nut 1090 mit einer Seite 1093 sowie unterem und oberen Teil 1091 und 1092 an der Innenfläche von Wirbelkammer 1022, an einer Stelle der größten Querschnittsfläche 1033 umlaufend. Der obere und untere Teil 1091 und 1092 können lotrecht zu einer Längsachse A-A liegen, während die Seite 1093 parallel zu der Achse A-A angeordnet sein kann und im Wesentlichen eine Ringnut 1090 bildet.
Wie in Abb. 16 gezeigt, ragt eine näher als Seite 1093 zu Achse A-A liegende Umfangslippe 1094 über den oberen Teil 1091 hinaus. Der untere Teil 1092 und die Lippe 1094 bilden einen Nuteingang 1096. Wie in Abb. 16 gezeigt, kann dieser Nuteingang 1096 die Achse A-A vollständig umgeben.
Alternativ kann der Nuteingang, wie in Abb. 17 dargestellt, mehrere schlitzartige Eingänge 1095' besitzen, die am Umfang der Wirbelkammer 1022' an der Stelle der größten Querschnittsfläche 1033' verteilt sind. Bei dieser Ausführungsform reicht die Lippe 1094' bis zum Bodenteil 1092' und bildet eine innere Nutwand 1097' zwischen den schlitzartigen Eingängen 1095.
Vorzugsweise kann ein erster Eingang 1095' an einer Stelle entsprechend dem Ort der Coriolis-Ablenkung und ein (nicht dargestellter) zweiter Eingang an einer diametral entgegengesetzten Stelle vorhanden sein. Der hydrodynamisch abgelenkte Volumenstrom gelangt an einem ersten schlitzartigen Eingang 1095' in Nut 1090', läuft im Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigersinn durch Umfangsnut 1090' und tritt danach an einer anderen schlitzartigen Öffnung aus.
Es wird davon ausgegangen, dass die Anordnungen in Abb. 16 und 17 die Richtung der hydrodynamischen Ablenkung durch die Coriolis-Kraft und damit die Leistung verbessern. Die Nutgestaltung in Abb. 16 und 17 kann optional mit anderen Ausführungsformen der hier beschriebenen Wirbelkammer eingesetzt werden.
Abb. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Wirbelkammer 222. An einer Innenfläche der Wirbelkammer 222 sind mehrere Stufen 294 zwischen der Stelle mit der größter Querschnittsfläche 233 und Zulauf 228 ausgebildet. Obwohl nur vier Stufen 294 dargestellt sind, kann in der Wirbelkammer 222 jede beliebige Zahl von Stufen 294 vorhanden sein.
Jede Stufe 294 hat eine Basisfläche 295, die im Wesentlichen lotrecht zu einer Längsachse A-A der Wirbelkammer angeordnet ist. Ferner ist orthogonal zur Basisfläche 295 eine Seitenfläche 296 vorhanden. Obwohl in Abb. 7 eine Ecke dargestellt ist, in der sich Seitenfläche 295 und Basisfläche 295 schneiden, kann anstelle dieser Ecke eine konkav geformte Nut vorhanden sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform läuft jede Stufe 294 um die Achse A-A und beschreibt eine zylindrisch geformte Fläche. Ferner beinhaltet die Wirbelkammer 222 optional eine Nut 290.
Das Maß der Basisfläche 295 ist in der bevorzugten Ausführungsform 1,27 mm, das der Seitenfläche 0,51 mm. Jedoch können die Maße der Flächen und Anordnungen der einzelnen Stufen 294 ohne Verletzung von Geist und Inhalt der Erfindung verändert werden.
Die Ergänzung der Wirbelkammer 222 durch Stufen 294 verbessert auch das Partikelrückhaltevermögen der gesättigten Partikelwirbelschicht, besonders während der Erhöhung des Volumenstroms. Mit den Stufen 294 wird diese Verbesserung durch Erzeugung eines Ablenkungsmoments und Ablenkflächen erreicht, die die Coriolis-Wirkung in der Wirbelkammer 222 mildern. Bei Eintreten der hydrodynamischen Ablenkung werden Flüssigkeit und Partikel des Stroms in der Innenfläche der Wirbelkammer 222 entgegen der Richtung der Zentrifugenrotation geführt. Damit kann der Partikelstrom zwischen der Innenfläche der Wirbelkammer und entweder einer gesättigten Partikelwirbelschicht oder einem Abschlämmfeld in der Wirbelkammer 222 hindurchtreten. Somit können Teilchen im Volumenstrom ohne Trennung aus der Wirbelkammer 222 austreten.
Stufen 294 lenken oder ändern das Moment der auf den Strom von Flüssigkeit und Partikeln wirkenden Coriolis-Kraft generell in eine Umfangsrichtung um Achse A-A. Damit muss eine erhebliche Anzahl ursprünglich im Strom enthaltener Partikel in die gesättigte Wirbelschicht oder das Schlämmfeld eintreten und wird getrennt.
Wie in Abb. 7 gezeigt, kann die Wirbelkammer 222 weitere Stufen 225 ähnlicher Gestalt wie Stufen 294 beinhalten. Die weiteren Stufen 225 befinden sich zwischen der Stelle mit der größten Querschnittsfläche 233 und einem Ablauf 232 der Wirbelkammer. In einer der vorbeschriebenen ähnlichen Weise leiten diese Stufen 225 den Volumenstrom, auf den die Coriolis-Kraft wirkt, in eine Umfangsrichtung um Achse A-A.
Außer der Ergänzung durch Stufen 294 und 295, kann der Kegelwinkel 234b von 120º auf 45º verkleinert werden, um die durch die Dichteumkehr hervorgerufene Partikelkontamination zu verringern. Sollten rascher sedimentierende Partikel über die Stelle der größten Querschnittsfläche 233 hinaus gelangen, behindern die im kleineren Winkel angeordneten Wände einige Partikel daran, direkt zu Ablauf 232 zu gelangen, weil im Abschnitt 230 keine Dichteumkehr auftritt. Damit "fallen" bzw. wandern unter der Wirkung des Schwerefeldes der Zentrifuge die rascher sedimentierenden Partikel zwischen Fläche 233 und Zulauf 228 hindurch. Optional kann jede der hier offengelegten Wirbelkammern eine zweite Kammersektion 230 mit einem Kegelwinkel 234b unter 120º beinhalten.
Abb. 8 stellt eine weitere Ausführungsform einer Wirbelkammer 322 mit Stufen 394 und einer optionalen Nut 390, ähnlich Nut 190, dar. Wie in Abb. 8 gezeigt, besitzt jede Stufe 394 eine Basisfläche 395 im Wesentlichen lotrecht zu Achse A-A. Diese Ausführungsform beinhaltet auch eine Seitenfläche 396, die mit der Basisfläche 395 einen spitzen Winkel bildet.
In Abb. 6-9 können die Nute 190, 290, 390, 490 und Stufen 294, 294, 494 die Kammerachse A-A entweder vollständig oder teilweise umgeben. Diese Merkmale haben - wie nachstehend beschrieben - eine günstige Wirkung bei der Erhöhung des Volumenstroms sowie der Verbesserung der stabilen Leistung der Wirbelkammer. Bei der Trennung von Blutbestandteilen reduzieren Nute 190, 290, 390, 490 und Stufen 294, 394, 494 erheblich die Anzahl weißer Blutzellen, die andernfalls an der gesättigten Plättchenwirbelschicht vorbei gelangen würden.
Die Nute 190, 290, 390, 490, Stufen 294, 394, 494 und weiteren Stufen 225 können zahlreiche verschiedene Gestalten besitzen, ohne dass von Geist und Inhalt der Erfindung abgewichen wird. Zum Beispiel können Basisfläche und/oder Seitenfläche einer oder mehrerer Stufen 294, 394, 494 eine konkave Form besitzen. Ferner können die Stufen 294, 394, 494 spiralförmig um die Achse A-A laufen. Weiterhin kann ein Teil der Basisfläche 295, 395, 495 um Achse A-A niedriger liegen als die übrige Fläche und so eine konkave Form ergeben.
Obwohl die Wirbelkammern 122, 222, 322, 422, 1022, 1022' für den Einsatz zur Bildung einer gesättigten Partikelwirbelschicht beschrieben sind, soll diese Beschreibung den Anwendungsbereich der Erfindung in ihrem breitesten Sinn nicht einengen. Da Schwierigkeiten bei der Partikeltrennung, wie die bei Sartory besprochenen, verringert oder vermieden werden können, ist ein beträchtlicher Fortschritt gegenüber dem bisherigen Stand der Technik gemacht worden. Diese Wirbelkammern 122, 222, 322, 422 können für jeden beliebigen Partikeltrennprozess eingesetzt werden. Insbesondere kann eine Wirbelkammer mit einem Kanal, einer Stufe oder weiteren Stufe zur Abschlämmung eingesetzt werden.
Die Nute 190, 290, 390, 490, Stufen 294, 394, 494 und weiteren Stufen 225 können in einem Spritzgussverfahren hergestellt werden. Vorzugsweise werden die Wirbelkammern 22, 122, 222, 322, 422, 1022, 1022' eingangs in mehreren Teilen, vorzugsweise zwei, in einem Spritzgussverfahren hergestellt und danach nach einem beliebigen bekannten Verfahren, zum Beispiel Hochfrequenzschweißen, Warmplattenschweißen, Lösungsmittelverkleben oder Klebbondieren, miteinander verbunden werden. Alternativ können diese Wirbelkammern auch monolithisch aus Plastmaterial zum Beispiel durch Blasformen, hergestellt werden.
Wenn eine der Wirbelkammern 122, 222, 322, 422, 1022, 1022' gegen die Wirbelkammer 22 ausgetauscht wird, kann der Regler 40 den Flüssigkeitsstrom mit ersten Partikeln auf verschiedene bevorzugte Weisen regeln. Da diese Wirbelkammerformen den Coriolis-Effekt und/oder die Dichteumkehr mindern, kann der Regler 40 den Volumenstrom erhöhen, ohne die Integrität der gesättigten Partikelwirbelschicht zu stören.
Während die Drehzahl des Rotor 12 im Wesentlichen auf einem konstanten Wert gehalten wird, kann der Regler 40 den Volumenstrom durch die Wirbelkammern 122, 222, 322, 422, 1022, 1022' nach einer oder einer Kombination mehrerer der folgenden Methoden erhöhen. Bei einer Methode erhöht der Regler 40 den Volumenstrom durch rasches oder momentanes Erhöhen des Stroms durch die Wirbelkammern 122, 222, 322, 422, 1022, 1022'. Bei einer anderen Methode wird der Volumenstrom allmählich über die Zeit erhöht. Bei einer weiteren Methode erhöht der Regler 40 den Volumenstrom sequentiell, indem der Volumenstrom allmählich erhöht wird, der erhöhte Volumenstrom konstant gehalten und anschließend weiter erhöht wird.
Wenn das Gerät 10 jedoch eine Wirbelkammer 22 entsprechend Darstellung in Abb. 1-5 enthält, kann die Regelung des Volumenstroms eingeschränkter sein. Die Strömungsgeschwindigkeit der in die Wirbelkammer 22 eintretenden Flüssigkeit und Partikel sollte keine rasche oder extreme Änderung erfahren, andernfalls kann es zu zeitweiliger Störung der Wirksamkeit der Wirbelschicht kommen. Die Strömungsgeschwindigkeit kann plötzlich abfallen, ohne die Schicht zu beeinträchtigen. Jedoch können plötzliche, ausreichend große Erhöhungen der Strömungsgeschwindigkeit die Schicht stören und dazu führen, dass Partikel, zum Beispiel weiße Blutzellen, aus der Wirbelkammer 22 austreten.
Der Regler 40 erhöht den Zulauf in die Wirbelkammer 22 bei Beibehaltung der gesättigten Wirbelschicht. Der Regler 40 kann diese Erhöhung des Volumenstroms durch kontinuierliche Erhöhung bis auf einen Endwert realisieren. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, die die Wirbelkammer in Abb. 2 einschließt, erhöht der Regler 40 den Volumenstrom in die Wirbelkammer 22 in einem Stufenverfahren. Der Regler 40 hält die Schicht aufrecht und erhöht den Volumenstrom in dem Stufenverfahren, indem er anfangs die Drehzahl des Rotors 12 reduziert. Die Drehzahl von Rotor 12 wird jedoch nicht bis auf einen Wert reduziert, bei der rote Blutzellen in dem äußeren Film 60 über Damm 50 gespült werden können, andernfalls eine erhebliche Anzahl roter Blutzellen und weißer Blutzellen in die Wirbelkammer 22 gelangt. Bei einer Ausführungsform der Erfindung reduziert der Regler 40 die Drehzahl von Rotor 12 so, dass die Zentrifugalkraft an Damm 50 über 850 G bleibt. Dann berechnet der Regler einen Wert für K = Qi/Ni², mit Qi der aktuelle Volumenstrom in die Wirbelkammer 22 und Ni die aktuelle Drehzahl des Zentrifugenrotors 12.
Nachdem der Regler 40 die Drehzahl von Rotor 12 reduziert und den Wert K berechnet hat, erhöht der Regler 40 gleichzeitig sowohl den Volumenstrom in die Wirbelkammer 22 als auch die Drehzahl von Rotor 12. Damit wirkt eine sich erhöhende Zentrifugalkraft in der Wirbelkammer 22 gegen die sich erhöhenden Volumenstromkräfte in der Wirbelkammer 22 und hält die Wirkung der gesättigten Partikelwirbelschicht als Barriere gegen die anderen Partikel aufrecht. Der neue Volumenstrom Q in die Wirbelkammer 22 und die neue Drehzahl N erfüllen die Gleichung Q/N² = K. Damit gilt Q/N² ist gleich Qi/Ni².
Zur weiteren Steigerung des Volumenstroms kann der Regler 40 weiter gleichzeitig den Volumenstrom und die Drehzahl erhöhen. Bei Bedarf kann der Regler 40 auch den Stufenvorgang zur weiteren Steigerung des Volumenstroms wiederholen. Dazu werden die Schritte des Reduzierens der Drehzahl und des gleichzeitigen Erhöhens von Volumenstrom und Drehzahl wiederholt.
Ferner stellt der Regler 40 vorzugsweise den ursprünglichen Zustand der gesättigten. Partikelwirbelschicht wieder her, wenn die Schicht bei Unterbrechung des Flüssigkeitsstroms in die Wirbelkammer 22 zusammenfällt. Zur Berechnung des Wertes K = Q/N² kann der Regler 40 den Volumenstrom Q und die Drehzahl N ständig überwachen. Wird der Zulauf in die Wirbelkammer 22 kurzzeitig unterbrochen, damit die gesättigte Wirbelschicht zusammenfällt, verbleiben die Schicht bildenden Partikel in der Wirbelkammer 22. Wird der Zulauf von Flüssigkeit in die Wirbelkammer 22 fortgesetzt, regelt der Regler 40 den Volumenstrom Q und die Drehzahl N, so dass diese Parameter die Beziehung K = Q/N² erfüllen, die unmittelbar vor der Unterbrechung des Zulaufs in die Wirbelkammer 22 bestand. Damit werden die Partikel der zusammengefallenen Wirbelschicht automatisch wieder in eine gesättigte Wirbelschicht zurück versetzt.
Wenn eine Schicht zusammenfällt, kann die gesättigte Partikelwirbelschicht auf zahlreichen unterschiedlichen Wegen wieder hergestellt werden. Zum Beispiel kann der Volumenstrom nach Unterbrechung des Zulaufs zum Wiederaufbau der Schicht stufenweise oder allmählich erhöht werden.
Abb. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist eine Wirbelkammer 522 an einem Zentrifugenrotor 522 befestigt. Der Rotor beinhaltet einen äußeren Topf 521 und eine Cliphalterung 523 zum Befestigen einer Trennkammer 546 aus flexiblem Schlauch oder bandförmigen Plastikmaterial. Das in Abb. 10 dargestellte Gerät trennt Partikel, insbesondere Blutbestandteile, in der Trennkammer 546 durch Erzeugen von Zentrifugalkraft. Für weitere Einzelheiten zu Gestaltung und Betrieb dieses Gerätes wird auf USA- Patentschrift 5 362 291 von Williamson, IV, USA-Patentschrift 5 360 542 für Brown u. a., und USA-Patentschrift 5 078 671 für Dennehey u. a. verwiesen, die als Verweis hiermit einbezogen werden.
Die Wirbelkammer 522 ist am Zentrifugenrotor 512 so montiert oder befestigt, dass ein Ablauf 532 im Wesentlichen zu einer Drehachse 513 des Zentrifugenrotors 512 zeigt. Zulaufschlauch 542 führt Flüssigkeit und Partikel in die Wirbelkammer 522, nachdem die Partikel einer erste Trennung in einem Teil der Trennkammer 546 unterzogen wurden. Auf ähnliche Weise werden Substanzen aus der Wirbelkammer 522 durch Ablaufschlauch 538 in einen anderen Teil der Trennkammer 546 überführt.
Bei Anwendung der in Abb. 10 gezeigten Ausführungsform werden in der Flüssigkeit befindliche Partikel in der Trennkammer 546 nach Dichte- und Größenunterschied der Partikel getrennt. Nach der ersten Trennung strömen Flüssigkeit und Partikel, zum Beispiel Plasma mit Plättchen und weißen Blutzellen, in die Wirbelkammer 522. In der Wirbelkammer 522 entsteht zur weiteren Trennung bestimmter Partikel aus dem Flüssigkeitsstrom eine gesättigte Partikelwirbelschicht.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist in Abb. 12 und 12 dargestellt. Diese Ausführungsform beinhaltet eine Trennkammer 646 in Form eines Behälters und einen Sammelbehälter 627. Mit Halterungen 629, 631 sind die Trennkammer 646 bzw. Behälter 627 an einem Zentrifugenrotor 612 befestigt. Leitungen 635, 638 führen Flüssigkeit in und aus der Trennkammer 646 und Behälter 627 entsprechend der Pfeile mit der Kennzeichnung "E" in Abb. 11. Weitere Komponenten sind ein Bund 637 und Behälterbefestigungsklemme 639. Die Trennung von Partikeln erfolgt nach Dichte- und Größenunterschieden in der Trennkammer 646 unter Einwirkung von Zentrifugalkraft. Für weitere Informationen zu Gestaltung und Betriebs dieses Geräts wird auf das Betriebshandbuch des Bluttrenngerätes CS-3000® Plus (7-19-3- 136) des Unternehmens Baxter Heathcare Corporation verwiesen, welches hiermit durch Verweis einbezogen wird.
Wie in Abb. 11 und 12 dargestellt, ist eine Wirbelkammer 622 mit Halter 624 an Rotor 612 befestigt. Zulaufleitung 642 führt Flüssigkeit und Partikel nach einer ersten Trennung in Trennkammer 646 in Wirbelkammer 642. Ferner verbindet ein Ablaufschlauch 638 die Wirbelkammer 622 flüssig mit dem Sammelbehälter 627. Mit diesem Aufbau kann sich zum Filtern der Partikel entsprechend der Erläuterungen zu den vorstehenden Ausführungsformen in der Wirbelkammer 622 eine gesättigte Partikelwirbelschicht aufbauen.
Abb. 13 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform beinhaltet eine Trennkammer 746, vorzugsweise aus einer durchsichtigen Plastikleitung, die in eine Zentrifuge eingeführt werden kann. Ein Zulauf 741 ermöglicht den Eintritt von Vollblut in eine erste Stufe 743 der Trennkammer 746, so dass rote Blutzellen aus einer Leitung 745 entnommen werden können, während plättchenreiches Plasma in der Leitung 742 fließt. Ferner ermöglichen eine Leitung 747 und ein Ablauf 749 die Abführung von plättchenarmem Plasma bzw. Plättchen auf einer zweiten Trennstufe 751. Für weitere Informationen zu Gestaltung und Betriebs dieses Geräts wird aus die Kurze Betriebsanleitung des Blutzellentrenngerätes MT AS 104 (4/6.90 (OP)) des Fresenius verwiesen, welches hiermit durch Verweis einbezogen wird.
Wie in Abb. 13 gezeigt, kann eine Wirbelkammer 722 mit der Trennkammer 746 gekoppelt sein. In der Wirbelkammer 722 kann sich in der vorbeschriebenen Weise eine gesättigte Partikelwirbelschicht zur Trennung von Partikeln nach einer ersten Partikeltrennung in der Trennkammer 746 aufbauen.
Bei einer (nicht dargestellten) weiteren Ausführungsform kann die Wirbelkammer 722 an einen Ablauf 749 der zweiten Stufe 751 gekoppelt sein. Diese alternative Ausführungsform würde die Trennung von Partikeln ähnlich wie in der Partikeltrennmethode ermöglichen, wie sie für die Ausführungsform in Abb. 1-5 gezeigt ist.
Abb. 14 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Wie dargestellt, sind eine Trennkammer 846 und eine erste Wirbelkammer 822a an einem Zentrifugenrotor 812 in einer ähnlichen Weise wie bei der Ausführungsform nach Abb. 1-5 befestigt. Ferner verbindet ein Ablaufschlauch 835 einen Ablauf 832a der Wirbelkammer 822a mit einem Zulauf 828b einer Hilfswirbelkammer 822b. Mit Montagehalterungen (Halterungen) 824a, 824b sind die Wirbelkammer bzw. die Hilfswirbelkammer 822a, 822b in im Wesentlichen dem gleichen Abstand zur Drehachse des Zentrifugenrotors 812 angebracht.
Bei Anwendung der in Abb. 14 gezeigten Ausführungsform rotiert der Zentrifugenrotor 812 zur Durchführung einer ersten Trennung von Partikeln in Trennkammer 846 nach Dichte und/oder Sedimentationsgeschwindigkeit. Flüssigkeit trägt getrennte Partikel in die erste Wirbelkammer 822a, wo nach Aufbau einer gesättigten Partikelwirbelschicht oder eines Schlämmfeldes Partikel weiter getrennt werden. Danach fließen die getrennten Partikel und die Flüssigkeit durch Schlauch 838 in die Hilfswirbelkammer 822b, wo Partikel weiter entweder in einer gesättigten Wirbelschicht oder einem Schlämmfeld getrennt werden. Damit erfolgt die Trennung der Partikel in Wirbelkammern 822a, 822b durch Aufbau einer gesättigten Partikelwirbelschicht in einer der Kammer 822a, 822b und einer Schlämmgrenzfläche in einer anderen der Kammern 822, 822b oder in der Alternative entweder durch Aufbau einer gesättigten Partikelwirbelschicht oder einer Schlämmgrenzfläche in beiden Kammern 822, 822b.
Optional können die Kammern 822a, 822b von unterschiedlichen Abmessungen, wie zum Beispiel unterschiedlichem Volumen, Länge oder größtem Durchmesser sein. Zum Beispiel kann Wirbelkammer 822a ein größeres Volumen als Hilfswirbelkammer 822b haben. Diese unterschiedlichen Abmessungen ermöglichen zwei unterschiedliche Partikeltrennungen in jeder Kammer 822a, 822b.
Die Ausführungsform in Abb. 14 ermöglicht mehrere Partikeltrennungen gleichzeitig. Ferner können in einem Vorgang unterschiedliche Arten von Partikeln geerntet werden. Natürlich können eine oder mehrere Wirbelkammern hinzugefügt werden, ohne dass vom Bereich der Erfindung abgewichen wird. Ferner können beiden Wirbelkammern 822 822a, 822b zylindrisch sein.
Fachleuten ist klar, dass die Struktur und Methodologie der vorliegenden Erfindung in verschiedener Weise modifiziert und geändert werden kann, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen.
Die in den Ausführungsformen in Abb. 6-9, 16 und 17 dargestellten Wirbelkammern 122, 222, 322, 422, 1022 oder 1022' können durch die Wirbelkammern 22, 522, 622, 722, 822a oder 822b ersetzt werden. Ferner kann die Erfindung durch Einbeziehung ergänzender Wirbelkammern oder Trennkammern modifiziert werden. Obwohl die Erfindung mit einer Trennkammer zur anfänglichen Trennung von Partikeln aus der Flüssigkeit beschrieben worden ist, kann die Erfindung ohne Durchführung dieser ersten Trennung angewendet werden.
Obwohl der Regler 40 vorstehend als Rotordrehzahl und Volumenstrom regelnd beschrieben wird, kann der Regler 40 auch andere Veränderliche regeln. Zum Beispiel kann der Regler die Dichte oder andere Werte der Flüssigkeit regeln, die dem Transport von Partikeln in die Wirbelkammer dient.
Weiterhin ist die Erfindung, obwohl sie hier im Zusammenhang mit der Trennung von Blutbestandteilen beschrieben wird, in ihrem weitesten Sinn darauf nicht beschränkt.
Die Erfindung kann für andere medizinische und nichtmedizinische Zwecke angewendet werden.
Die zum Aufbau der gesättigten Wirbelschicht in der Wirbelkammer benutzten Partikel können sich von den Partikeln in der Flüssigkeit unterscheiden, die zur Filterung die Wirbelkammer durchströmt.
Ferner ist es möglich, die gesättigte Wirbelschicht anfangs mit einer extrem hohen Konzentration von Plättchen und sehr wenigen weißen Blutzellen aufzubauen.
Weiter kann die Wirbelkammer der Erfindung in einem Trennvorgang durch Schlämmung oder andere Partikeltrennungen eingesetzt werden, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen.
Erfindungsgemäß werden auch Mittel zur Änderung der Sedimentationsgeschwindigkeit von Partikeln, die dem Aufbau der gesättigten Wirbelschicht dienen, bereitgestellt. Abb. 18-20 zeigen Ausführungsformen der Erfindung mit Beispielen dieser Mittel. Wie in Abb. 18 dargestellt, beinhaltet ein Teil einer Schlauchvorrichtung 1100 vorzugsweise einen Primärbehälter 1102 zur Aufnahme einer Primärsubstanz, einschließlich Flüssigkeit und zu rennende Partikel. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Primärsubstanz in Primärbehälter 1102 eine periphere Zellsammlung einschließend, zum Beispiel, Plasma, rote Blutzellen, Stammzellen, T-Zellen und optional Tumorzellen. Wie vorerwähnt, sind Blutreinigungsgeräte zur Abtrennung einer peripheren Zellsammlung bekannt. Wie nachstehend ausführlicher beschrieben, werden bestimmte Partikel in der Primärsubstanz, wie rote Blutzellen, zum Aufbau einer gesättigten Partikelwirbelschicht in einer Wirbelkammer 1122 oder 1122' in Abb. 19 bzw. 20 benutzt. Wirbelkammern 1122 und 1122' sind vorzugsweise in einer ähnlichen Weise wie eine der Wirbelkammern 22, 122, 222, 322, 422, 522, 622, 722, 822a, 822b, 1022 oder 1022' wie vorbeschrieben hergestellt.
Wie in Abb. 18 dargestellt, beinhaltet die Schlauchvorrichtung 1100 vorzugsweise auch eine Reihe zusätzlicher Behälter 1104 mit Zusätzen zur Veränderung der Sedimentationsgeschwindigkeit der Partikel in der Primärsubstanz zum Aufbau der gesättigten Wirbelschicht in der Wirbelkammer 1122, 1122'. Eine Reihe von Ablaufschläuchen 1112 bzw. 1114 verbinden den Primärbehälter 1102 und jeden der Zusatzbehälter 1104 mit einer Zuleitung 1121 der Schlauchvorrichtung 1100, so dass die Primärsubstanz und Zusätze in die Ablaufschläuche 1112 und 1114 fließen und sich in der Zuleitung 1121 mischen. Wie in Abb. 19 bzw. 20 gezeigt, ist die Zuleitung 1121 mit einem Zulauf 1140, 1140' der Wirbelkammer 1222 (bzw.) 1222' verbunden. Eine Reihe von Pumpen 1124 und 1126, in Abb. 18 schematisch dargestellt, regelt den Flüssigkeitsstrom von den Ablaufschläuchen 1112 und 114 vom Primärbehälter 1102 und Zusatzbehältern 1104 zur Zuleitung 1121. Vorzugsweise sind die Pumpen 1124 und 1126 Peristaltikpumpen, die an einen Regler 1106, ähnlich dem in Zusammenhang mit Abb. 3 vorbeschriebenen Regler 40 angeschlossen sind. Regler 1106 dosiert die Menge an Primärsubstanz und Zusätzen, die in der Zuleitung 1121 fließen und sich mischen.
Fachleute werden erkennen, dass andere Arten von Strömungsreglern, wie zum Beispiel Ventile oder Laufradpumpen, anstelle der Peristaltikpumpen 1124 und 1126 eingesetzt werden könnten. In ihrem weitesten Sinne benötigt die Erfindung nicht den gesamten vorbeschriebenen Aufbau. Zum Beispiel könnten die Zusatzsubstanzen ohne Einsatz der Zusatzbehälter 1104, Pumpen 1126 und Ablaufschläuche 1114 direkt in den Primärbehälter 1102 gegeben werden. Wenn die Partikel, aus denen die gesättigte Wirbelschicht besteht, magnetisch sind, könnte ein veränderliches Magnetfeld neben der Wirbelkammer 1122, 1122' die Sedimentationsgeschwindigkeit der die Schicht bildenden Partikel verändern.
Mit dem vorbeschriebenen Aufbau ist es möglich, die Sedimentationsgeschwindigkeit der Partikel, aus denen die gesättigte Wirbelschicht in Wirbelkammern 1122, 1122' besteht, zu verändern. Durch Änderung der Sedimentationsgeschwindigkeit wie nachbeschrieben kann das Filtrationsverhalten der gesättigten Wirbelbettschicht verändert werden.
In der Praxis werden eine oder mehrere Zusatzsubstanzen in Behältern 1104 wegen ihrer Fähigkeit zur Änderung der Sedimentationsgeschwindigkeit der die Wirbelschicht bildenden Partikel auf eine Geschwindigkeit, die größer als die erster Partikel in der Primärsubstanz und kleiner als die zweiter Partikel in der Primärsubstanz ist, benutzt. Regler 1106 regelt Pumpe 1126 zur exakten Steuerung der Sedimentationsgeschwindigkeit der Partikel in der gesättigten Wirbelschicht. Nachdem die Sedimentationsgeschwindigkeit der die Wirbelschicht bildenden Partikel nach Bedarf eingestellt ist, können bestimmte Partikel die Wirbelkammer 1122, 1122' passieren, andere Partikel dagegen werden durch die Schicht in Wirbelkammer 1122, 1122' zurückgehalten.
Wird die Sedimentationsgeschwindigkeit der die Wirbelschicht bildenden Partikel erhöht, hält die gesättigte Wirbelschicht Partikel in der Wirbelkammer 1122, 1122' zurück, die normalerweise die Schicht passiert hätten, wenn die Sedimentationsgeschwindigkeit der die Wirbelschicht bildenden Partikel nicht geändert worden wäre. Wird die Sedimentationsgeschwindigkeit der die Wirbelschicht bildenden Partikel verringert, ermöglicht die gesättigte Wirbelschicht den Durchgang von Partikel in der Wirbelkammer 1122, 1122', die normalerweise die Schicht zurückgehalten worden wären, wenn die Sedimentationsgeschwindigkeit der die Wirbelschicht bildenden Partikel nicht geändert worden wäre.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können rote Blutzellen zum Aufbau der gesättigten Wirbelschicht benutzt werden. Einer der Zusatzbehälter 1104 kann eine Zusatzsubstanz, zum Beispiel Wasser oder Salzlösung mit einer schwachen Salzkonzentration enthalten. Zum Beispiel kann die Zusatzsubstanz in einem der Zusatzbehälter 1104 eine Salzlösung mit einer Konzentration von etwa 0,4 Gewichtsprozent Natriumchlorid sein. Solche Zusatzsubstanzen sind im Vergleich zu roten Blutzellen hypotonisch. Ein weiterer Zusatzbehälter 1104 enthält vorzugsweise eine Zusatzsubstanz, wie Salzlösung mit einer hohen Salzkonzentration, die im Vergleich zu roten Blutzellen hypertonisch ist. Zum Beispiel kann die hypertonische Zusatzlösung in einem der Zusatzbehälter 1104 eine Salzlösung mit einer Konzentration von etwa 7 Gewichtsprozent Natriumchlorid sein.
Die hypertonischen oder hypotonischen Zusatzsubstanzen können zahlreiche verschiedene Arten von Lösungen mit einer vorbestimmten Konzentration von gelöstem Stoff sein. Zum Beispiel können diese Substanzen Albumin als gelösten Stoff enthalten.
Wie nachstehend ausführlicher Beschrieben, neigen hypotonische Zusatzlösungen dazu, die Größe roter Blutzellen osmotisch zu erhöhen. Umgekehrt neigen hypertonische Lösungen dazu, die Größe roter Blutzellen osmotisch zu verkleinern. Die oben dargelegte Partikelsedimentationsgeschwindigkeit steht nach dem Stokes- Gesetz in direktem Verhältnis zur Größe der Partikel. Daher steigert eine Erhöhung der Partikelgröße die Sedimentationsgeschwindigkeit, während eine Verringerung der Partikelgröße die Sedimentationsgeschwindigkeit verringert.
Ein weiterer der Zusatzbehälter 1104 enthält vorzugsweise eine Lösung mit Albumin oder Sucrose. Solche Lösungen verändern die Dichte und/oder Viskosität von Flüssigkeiten, wie Plasma, aus dem Primärbehälter 1102. Wie vorbeschrieben, steht die Sedimentationsgeschwindigkeit eines Partikels nach dem Stokes-Gesetz auch in Beziehung zu Dichte und Viskosität einer Flüssigkeit. Daher kann durch Zugabe von Dichte/Viskosität verändernden Substanzen in Zuleitung 1121 die Sedimentationsgeschwindigkeit der Teilchen der gesättigten Wirbelschicht verändert werden.
Wenigstens einer der Zusatzbehälter 1104 enthält vorzugsweise eine Substanz, die eine Reihe der die gesättigte Wirbelschicht bildenden Substanzen in der Primärlösung miteinander zu einer Reihe von die gesättigte Wirbelschicht bildenden Partikelgruppen von einer größeren Größe als die der Einzelpartikel verbindet. Da die Partikelgruppen größer als die Einzelpartikel sind, ist nach dem Stokes-Gesetz die Sedimentationsgeschwindigkeit der die gesättigte Wirbelschicht bildenden Partikelgruppen größer als die der Einzelpartikel. Bei einer bevorzugten Ausführungsform enthält eine solche Partikelgruppen bildende Substanz Makromoleküle von Dextran oder Fibrogen. Diese Substanzen bewirken, dass rote Blutzellen roullieren, das heißt, die roten Blutzellen verbinden sich und bilden getrennte rote Blutzellengruppen.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung nach Abb. 19 ist die Zuleitung 1121 an den Zulauf 1140 der Wirbelkammer 1122 angeschlossen. Die Wirbelkammer 1122 ist an einem Zentrifugenrotor 1134 einer Zentrifuge 1136, vorzugsweise einschließlich Motor, Welle, Arm, Halterung, Pumpe bzw. Regler 1106, die baugleich oder ähnlich Motor 16, Welle1 8, Arm 19, Halterung 24, Pumpe 36 bzw. Regler 40 in Abb. 1 und 3, befestigt.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung nach Abb. 20 ist die Zuleitung 1121 an den Zulauf 1140 ' der Wirbelkammer 1122' angeschlossen. Die Wirbelkammer 1122' ist an einem Zentrifugenrotor 1134' einer Zentrifuge 1136', befestigt, deren Aufbau dem der Zentrifuge 1136 in Abb. 19 entspricht.
Entsprechend der Erfindung wird ebenfalls ein Mittel zur Trennung von Partikeln aus Flüssigkeit bereitgestellt, nachdem die Partikel und die Flüssigkeit aus der Wirbelkammer ausgetreten sind. Wie in Abb. 19 dargestellt, verbindet ein Zwischenschlauch 1138 einen Ablauf 1142 der Wirbelkammer 1122 mit einem Zulauf 1144 einer Ergänzungskammer 1146. Die Ergänzungskammer 1146 ist abnehmbar an Zentrifugenrotor 1134 befestigt.
Wie in Abb. 19 dargestellt, sind die Wirbelkammer 1122 und die Ergänzungswirbelkammer 1146 in etwa dem gleichen Abstand zur Drehachse des Zentrifugenrotors 1134 angebracht. Die größte Querschnittsfläche der Ergänzungskammer 1146 ist vorzugsweise größer als die der Wirbelkammer 1122, so dass die Ergänzungskammer 1146 Partikel zurückhält, ohne eine gesättigte Partikelwirbelschicht aufzubauen. Bei einer (nicht dargestellten) alternativen Ausführungsform ist die Ergänzungskammer 1146 weiter von der Drehachse von Rotor 1134 als Wirbelkammer 1122 entfernt. Rotiert Rotor 1134, ermöglicht dieser Abstand, dass Partikel in der Ergänzungskammer 1146 auf eine stärkere Zentrifugalkraft treffen als Partikel in der Wirbelkammer 1122, wodurch die Ergänzungskammer 1146 eine größte Querschnittsfläche ähnlich wie die der Wirbelkammer 1122 erhält.
Wie nachstehend ausführlich beschrieben, bewirkt durch die Regelung des Volumenstroms und die Rotation des Rotors 1134 die Zentrifugalkraft in der Ergänzungskammer 1146, dass aus der Wirbelkammer 1122 austretende Partikel in der Ergänzungskammer 1146 zurückgehalten werden, Flüssigkeit hingegen durch einen Ablauf 1148 und in eine Zulaufleitung 1150 gelangt.
Wie in Abb. 19 dargestellt, ist die Ergänzungskammer 1146 vorzugsweise größer als die Wirbelkammer 1122, wodurch die Ergänzungskammer 1146 eine erhebliche Zahl von Partikeln zurückhalten kann. Vorzugsweise ist ein Innenraum der Ergänzungskammer 1146 wie der der Wirbelkammer 1122 geformt.
Bei einer alternativen Ausführungsform in Abb. 20 verbindet ein Zwischenschlauch 1138' einen Ablauf 1142' mit einem Zulauf 1152 eines an Zentrifugenrotor 1134' befestigten Trennkanals 1154. Neben einem äußeren Teil des Zentrifugenrotors 1134' hat der Trennkanal 1154 eine Sammelsenke 1156 zum Erfassen von Partikeln, die in den Trennkanal 1154 fließen. Durch Rotation des Zentrifugenrotors 1134' kommt es zur Sedimentation von Partikeln in der Sammelsenke 1156. Dagegen verbleibt langsamer sedimentierende Flüssigkeit und möglicherweise einige langsamer sedimentierende Partikel oberhalb einer oberen Grenzfläche 1158 der Sammelsenke verbleiben.
Wie in Abb. 20 dargestellt besitzt Sammelsenke 1156 einen Partikelkonzentratablauf 1164, an den eine Partikelkonzentratleitung 1160 angeschlossen ist. Die Partikelkonzentratleitung 1160 zieht Partikel aus der Sammelsenke 1156 ab. Ein Flüssigkeitsablauf 1166 befindet sich oberhalb der oberen Grenzfläche 1158 und ist an eine Flüssigkeitsableitung 1162 angeschlossen. Die Flüssigkeitsableitung 1162 zieht Flüssigkeit oberhalb der oberen Grenzfläche 1158 ab. Ferner können über die Flüssigkeitsableitung 1162 langsamer sedimentierende Partikel oberhalb der oberen Grenzfläche 1158 abgezogen werden.
Vorzugsweise befinden sich die Partikelsammelsenke 1156, der Partikelkonzentratablauf 1164 und der Flüssigkeitsablauf 1166 an oder bei einem Ende des Trennkanals 1154, und der Zulauf 1152 befindet sich an oder bei dem entgegengesetzten Ende von Kanal 1154. Dieser Abstand sichert ausreichende Zeit für die Trennung von Partikeln aus der Flüssigkeit, Sammlung einer großen Anzahl von Partikeln in der Sammelsenke 1156 und entsprechendes Abziehen einer großen Anzahl von Partikeln über die Konzentratleitung 1160.
Methoden der Trennung von T-Zellen, Tumorzellen, Stammzellen< ijnd/oder Plasma aus einer peripheren Zellsammlung werden nachstehend mit Bezug auf Abb. 18-20 dargelegt. Obwohl die Beschreibung im Zusammenhang mit der Trennung dieser Substanzen aus einer peripheren Zellsammlung beschrieben wird, ist die Erfindung in ihrem weitesten Sinn dadurch nicht eingeschränkt. Zum Beispiel kann die Erfindung gut zur Trennung von Substanzen bei einer Ernte von Knochenmarksammlung oder einer Nabelschnurzellsammlung bei Ernte nach der Entbindung eingesetzt werden. Weiterhin könnte die erfindungsgemäße Methode in ihrem weitestes Sinn mit Anordnungen angewendet werden, die sich von denen unterscheiden, die im Zusammenhang mit den Ausführungsformen in Abb. 18-20 beschrieben werden.
Nach einem Spendevorgang, bei dem eine periphere Zellsammlung anfällt, wird diese in den Primärbehälter 1102 überführt. Ein wesentlicher Teil der peripheren Zellsammlung beinhaltet Plasma, rote Blutzellen, Stammzellen und T-Zellen. Enthält das Spenderblut Tumorzellen, liegen diese auch in der peripheren Zellsammlung vor. Schließlich werden die roten Blutzellen aus der peripheren Zellsammlung zum Aufbau einer gesättigten Partikelwirbelschicht in der Wirbelkammer 1122, 1122' eingesetzt. Reicht die Anzahl roter Blutzellen in der peripheren Zellsammlung für den Aufbau einer gesättigten Schicht nicht aus, werden weitere rote Blutzellen vorzugsweise aus dem Primärbehälter 1102 ergänzt, so dass die Zahl der roten Blutzellen höher ist als die Zahl von Stammzellen, T-Zellen und Tumorzellen in Primärbehälter 1102.
Zu Beginn eines Partikeltrennvorgangs wird die Pumpe 1124 für Behälter 1102 aktiviert, um die periphere Zellsammlung aus dem Primärbehälter 1102 in die Zuleitung 1121 zu fördern. Ferner dienen eine oder mehrere Pumpen 1126 für die Zusatzsubstanzen in Zusatzbehältern 1104 dazu, Zusätze in die Zuleitung 1121 zu fördern. In der Zuleitung 1121 mischen sich die periphere Zellsammlung und eine oder mehrere Zusatzsubstanzen zur Beschleunigung oder Verlangsamung der Sedimentationsgeschwindigkeit der roten Blutzellen.
Wird in die Zuleitung 1121 hypotonische Lösung gegeben, vergrößern die roten Blutzellen osmotisch ihre Größe und beschleunigen dadurch die Sedimentationsgeschwindigkeit der roten Blutzellen. Wird umgekehrt hypertonische Lösung in die Zuleitung 1121 gegeben, reduzieren die roten Blutzellen osmotisch ihre Größe und verlangsamen dadurch die Sedimentationsgeschwindigkeit der roten Blutzellen. Wird als hypotonische oder hypertonische Lösung Salzlösung verwendet, kann das Gemisch aus peripherer Zellsammlung und Zusatzsubstanzen in Zuleitung 1121 etwa 0,6 bis etwa 5 Gewichtsprozent Natriumchlorid enthalten. Vorzugsweise ist der Anteil an Natriumchlorid und anderen gelösten Stoffen in der Zuleitung 1121 ausreichend, um eine Hämolyse (Bersten) der roten Blutzellen zu verhindern, wenn diese sich vergrößern. Wenn zum Beispiel Salzlösung eingesetzt wird, ist der Gehalt an Natriumchlorid in der Zuleitung 1121 vorzugsweise über etwa 0,4 Gewichtsprozent.
Wird in die Zuleitung 1121 eine Lösung gegeben, die Albumin oder Sucrose enthält, erhöht die Lösung die Dichte und/oder Viskosität von Plasma in der Zuleitung 1121, wodurch die Sedimentationsgeschwindigkeit der roten Blutzellen herabgesetzt wird. Wenn ein Medium mit Makromolekülen von Dextran oder Fibrogen in die Zuleitung 1121 gegeben wird, bewirkt das Medium ein Roullieren der roten Blutzellen in der Zuleitung 1121, wodurch die Sedimentationsgeschwindigkeit der roten Blutzellen erhöht wird.
Je nach der Sedimentationsgeschwindigkeit der zu trennenden roten Blutzellen aktiviert der Regler 1106 eine oder mehrere Pumpen 1126. Um zum Beispiel rascher sedimentierende Stammzellen von langsamer sedimentierenden T-Zellen zu trennen, wird die Zugabe von Zusätzen so gesteuert, dass die Sedimentationsgeschwindigkeit der roten Blutzellen zwischen der Sedimentationsgeschwindigkeit der Stammzellen und der Sedimentationsgeschwindigkeit der T-Zellen liegt.
Die periphere Zellsammlung und die Zusatzsubstanzen gelangen aus der Zulaufleitung 1126 in den Zulauf 1140, 1140' der Wirbelkammer 1122, 1122'. Der Regler 1106 regelt die Drehzahl von Rotor 1136, 1136' und den Volumenstrom in die Wirbelkammer 1122, 1122' zum Aufbau einer gesättigten Wirbelschicht roter Blutzellen in der Wirbelkammer 1122, 1122'.
Die gesättigte Wirbelschicht roter Blutzellen verhält sich wie die vorbeschriebene gesättigte Wirbelschicht aus Plättchen. Plasma, Zusatzsubstanzen und langsamer sedimentierende T-Zellen passieren die gesättigte Wirbelschicht der roten Blutzellen und Ablauf 1142, 1142', während die Wirbelschicht schneller sedimentierende Stammzellen in der Wirbelkammer 1122, 1122' zurückhält. Mit dem weiteren Zulauf roter Blutzellen in die Wirbelkammer 1122, 1122' und deren Eintritt in die gesättigte Wirbelschicht, treten rote Blutzellen über den Ablauf 1142, 1142' aus. Da die Wirbelschicht gesättigt ist, entspricht Wie Zahl der in den Zulauf 1140, 1140' gelangenden roten Blutzellen der, die über Ablauf 1142, 1142' abgeführt werden. Da die gesättigte Wirbelschicht roter Blutzellen weiter rascher sedimentierende Partikel herausfiltert, mischen Pumpe 1124 und eine oder mehrere Zusatzpumpen 1126 auch weiter die periphere Zellsammlung und Zusätze in der Zuleitung 1121. Dadurch wird gesichert, dass die Sedimentationsgeschwindigkeit von in die gesättigte Wirbelschicht eintretenden roten Blutzellen und roten Blutzellen in der Schicht zwischen der der zu trennenden ersten und zweiten Partikel liegt.
In der Ausführungsform von Abb. 19 fließen Plasma, Zusatzsubstanzen, T-Zellen und der Teil der roten Blutzellen, der aus der gesättigten Wirbelschicht roter Blutzellen austritt, über Ablauf 1142 und Zwischenschlauch 1138 in Zulauf 1144 der Ergänzungskammer 1146. In der Ergänzungskammer 1146 bewirkt die durch Rotation von Rotor 1134 entstehende Zentrifugalkraft, dass T-Zellen und rote Blutzellen zurückgehalten werden. In der Zwischenzeit fließen Plasma und Zusatzsubstanzen über Ablauf 1148 in die Ablaufleitung 1150. Damit werden die T- Zellen und roten Blutzellen von Plasma und den Zusatzsubstanzen getrennt. Die Stammzellen und roten Blutzellen in der Wirbelkammer 1122 und die T-Zellen und roten Blutzellen in der Ergänzungskammer 1146 können einen verbleibenden Rest einiger Zusatzsubstanzen, wie Albumin, Sucrose, Dextran oder Fibrogen, zurückhalten. Zum Auswaschen dieser Reststoffe aus diesen Zellen fördert eine der Pumpen 1126 vor Beendigung des Trennvorgangs vorzugsweise ein Spülmedium, zum Beispiel Salzlösung, aus dem entsprechenden Zusatzbehälter 1104 durch die Wirbelkammer 1122 und Ergänzungswirbelkammer 1146. Bei Bedarf kann die Drehzahl von Rotor 1134 verändert werden, damit beim Spülen Partikel in der Wirbelkammer 1122 und der Ergänzungswirbelkammer 1146 zurückgehalten werden.
Nachdem die gesamte periphere Zellsammlung aus dem Primärbehälter 1102 geflossen ist, beendet der Regler 1106 den Lauf des Zentrifugenrotors 1134. Zur Entnahme der Stammzellen und roten Blutzellen aus der Wirbelkammer 1122 wird die Wirbelkammer 1122 von Zentrifugenrotor 1134 abgenommen und die Zuleitung 1121 oder Zwischenschlauch 1138 von der Wirbelkammer 1122 abgeschlossen. In ähnlicher Weise werden die in der Ergänzungswirbelkammer 1146 zurückgehaltenen T-Zellen und roten Blutzellen entfernt.
Bei der Ausführungsform in Abb. 20 fließen Plasma, Zusatzsubstanzen, T-Zellen und der Teil der roten Blutzellen, der aus der gesättigten Wirbelschicht austritt, über Ablauf 1142' und Zwischenschlauch 1138' in Zulauf 1152 des Trennkanals 1154. Unter der Einwirkung der von Zentrifugenrotor 1134' erzeugten Zentrifugalkraft sedimentieren die T-Zellen und roten Blutzellen in der Sammelsenke 1156, während Plasma und Zusatzsubstanzen über der oberen Grenzschicht 1158 der Sammelsenke 1156 verbleiben. Wenn sich die T-Zellen und roten Blutzellen in der Sammelsenke 1156 sammeln, werden sie über die Partikelkonzentratleistung 1160 und Ablauf 1164 abgezogen. Gleichzeitig fließen Plasma und Zusatzsubstanzen über den Ablauf 1166 ab.
Ist der Primärbehälter 1102 entleert, beendet der Regler 1106 den Lauf des Rotors 1136'. Die Stammzellen und roten Blutzellen werden danach aus der Wirbelkammer 1122' entfernt, indem die Wirbelkammer 1122' vom Zentrifugenrotor 1134' abgenommen und die Zuleitung 1121' oder Zwischenschlauch 1138' von der Wirbelkammer 1122' abgeschlossen wird.
Zum Trennen rascher sedimentierender Tumorzellen von langsamer sedimentierenden Stammzellen werden über eine oder mehrere Pumpen 1126 Zusatzsubstanzen aus einem oder mehreren Zusatzbehältern 1104 in die Zuleitung 1121 gefördert. Die Zusatzsubstanzen stellen die Sedimentationsgeschwindigkeit der roten Blutzellen auf eine Geschwindigkeit zwischen der Sedimentationsgeschwindigkeit der Tumorzellen und der Sedimentationsgeschwindigkeit der Stammzellen ein.
Wie vorbeschrieben, baut sich in der Wirbelkammer 1122, 1122' eine gesättigte Wirbelschicht roter Blutzellen auf. Da die Sedimentationsgeschwindigkeit der Tumorzellen größer als die der roten Blutzellen ist, hält die gesättigte Wirbelschicht roter Blutzellen Tumorzellen in der Wirbelkammer 1122, 1122' zurück. Stammzellen, deren Sedimentationsgeschwindigkeit jetzt geringer als die der roten Blutzellen ist, treten über Ablauf 1142, 1142' von Wirbelkammer 1122, 1122' mit einem Teil der aus der Schicht austretenden roten Blutzellen aus.
In der Ergänzungskammer 1146 oder dem Trennkanal 1154 trennen sich Stammzellen und rote Blutzellen von Plasma und Zusatzsubstanzen in gleicher Weise wie die T-Zellen und roten Blutzellen sich von dem Plasma und den Zusatzsubstanzen in der vorbeschriebenen Methode trennen. Bei Anwendung der Ausführungsform von Abb. 19 wäscht ein Spülmedium aus einem der Zusatzbehälter 1104 vorzugsweise Zusatzrückstand von Partikeln in. Wirbelkammer 1122 und in Ergänzungswirbelkammer 1146 in vorbeschriebener Weise.
Ist der Primärbehälter 1102 entleert, werden die Tumorzellen und roten Blutzellen danach aus der Wirbelkammer 1122 oder 1122' entfernt. Stammzellen und rote Blutzellen werden aus der Ergänzungswirbelkammer 1146 in Abb. 19 oder über den Partikelkonzentratablauf in Abb. 20 entfernt.
Die Erfindung kann vorteilhaft für die Trennung langsamer sedimentierender Tumorzellen von rascher sedimentierenden Stammzellen angewendet werden, indem Stammzellen in der gesättigten Wirbelbettschicht roter Blutzellen zurückgehalten werden, während Tumorzellen die Schicht passieren. Die Erfindung kann im weitesten Sinn auch zur Trennung unterschiedlicher Arten von Partikeln voneinander angewendet werden. Es sollte also klar sein, dass die Erfindung nicht auf die in dieser Schrift besprochenen Beispiele beschränkt ist. Vielmehr soll die Erfindung Änderungen und Variierungen umfassen, sofern diese in den Bereich der folgenden Ansprüche fallen.

Claims

1. Eine Methode zur Trennung erster Partikel von zweiten Partikeln, wobei sich erste und zweite Partikel voneinander unterscheiden, die Methode umfassend die Schritte:

Rotieren eines Zentrifugenrotors (12, 512, 612, 812, 1134, 1134') um eine Drehachse mit einer zugeordneten und damit drehbaren Wirbelkammer (22, 122, 222, 322, 422, 522, 622, 722, 822a, 1022, 1022', 1122, 1122') mit Zulauf (28) und Auslauf (32);

Steuern der Rotation des Rotors (12, 512, 612, 812, 1134, 1134');

Ausbilden einer Wirbelschicht in der Wirbelkammer (22, 122, 222, 322, 422, 522, 622, 722, 822a, 1022, 1022', 1122, 1122'); und

Einströmen von Flüssigkeit in den Zulauf (28) der Wirbelkammer bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Wirbelschicht in der Wirbelkammer (22, 122, 222, 322, 422, 522, 622, 722, 822a, 1022, 1022', 1122, 1122') und im Wesentlichen Fließen der Flüssigkeit und eines Teils der ersten Partikel zu Auslauf (32) ermöglichend; gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des

Eintritts einer Menge der ersten Partikel in den Zulauf (28) der rotierenden Wirbelkammer (22, 122, 222, 322, 422, 522, 622, 722, 822a, 1022, 1022', 1122, 1122'), und dadurch, dass

die in dem Bildungsschritt entstandene Wirbelschicht eine in den ersten Partikeln gebildete gesättigte Wirbelschicht ist;

die in den Wirbelkammerzulauf (28) einströmende Flüssigkeit mindestens eine Menge der zweiten Partikel in Dispersion enthält; und

wobei die Wirbelschicht im Wesentlichen den Abfluss der zweiten Partikel aus dem Wirbelkammerzulauf (28) in den Wirbelkammerauslauf (32) verhindert, während im Wesentlichen der Abfluss der Flüssigkeit und eines Teils der ersten Partikel zum Auslauf (32) ermöglicht wird.

2. Die Methode nach Anspruch 1, bei der die Flüssigkeit bei dem Schritt des Fließens zusätzlich erste Partikel in Dispersion enthält.

3. Die Methode nach Anspruch 1 oder 2, bei der die ersten Partikel rote Blutzellen enthalten und die zweiten Partikel Zellen enthalten, die aus einer Gruppe, bestehend aus Stammzellen und Tumorzellen, ausgewählt werden.

4. Die Methode nach Anspruch 1, 2 oder 3, die den weiteren Schritt der Änderung der Sedimentationsgeschwindigkeit der ersten Partikel umfasst.

5. Die Methode nach Anspruch 4, bei der der Änderungsschritt den Teilschritt der Änderung der Größe der ersten Partikel umfasst.

6. Die Methode nach Anspruch 4, bei der der Änderungsschritt den Teilschritt des Inkontaktbringens der ersten Partikel mit einer Lösung, die im Vergleich zu den ersten Partikeln hypotonisch oder hypertonisch ist, beinhaltet, so dass Osmose die Größe der ersten Partikel ändert.

7. Die Methode nach Anspruch 4, bei der der Änderungsschritt den Teilschritt der Änderung des Tonus der Flüssigkeit beinhaltet, so dass Osmose die Größe der ersten Partikel ändert.

8. Die Methode nach Anspruch 4, bei der der Änderungsschritt den Teilschritt der Änderung von mindestens einem der Dichte und der Viskosität der Flüssigkeit beihaltet.

9. Die Methode nach Anspruch 4, bei der der Änderungsschritt den Teilschritt des Verbindens einer Anzahl der ersten Partikel zu einer Reihe erster Partikelgruppen beinhaltet.

10. Die Methode nach Anspruch 4, bei der die ersten Partikel rote Blutzellen sind und bei der der Änderungsschritt den Teilschritt des Inkontaktbringens der roten Blutzellen mit einer Substanz zur Rouleau-Bildung der roten Blutzellen beinhaltet.

11. Die Methode nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 10, bei der der Änderungsschritt vor dem Fließschritt erfolgt.

12. Die Methode nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 10, bei der mindestens ein Teil des Änderungsschrittes zeitgleich mit dem Fließschritt durchgeführt wird.

13. Die Methode nach Anspruch 1 oder 2, bei der die ersten Partikel Plättchen und die zweiten Partikel weiße Blutzellen beinhalten.

14. Die Methode nach Anspruch 1 oder 2, bei der die ersten Partikel rote Blutzellen beinhalten und die zweiten Partikel weiße Blutzellen beinhalten.

15. Die Methode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Schritt des Eintretens und der Schritt des Fließens den Transport von Plasma in die Wirbelkammer beinhalten.

16. Die Methode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Schritt des Steuerns Teilschritte des aufeinanderfolgenden Verlangsamens und nachfolgenden Erhöhens einer Drehgeschwindigkeit des Rotors (12, 512, 612, 812, 1134, 1134') beinhaltet und der Schritt des Fließens den Teilschritt des Verstärkens des Flüssigkeitsstromes mit zweiten Partikeln zeitgleich mit dem Teilschritt des Erhöhens der Drehgeschwindigkeit des Rotors beinhaltet.

17. Die Methode nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, bei der der Schritt des Steuerns Teilschritte des aufeinanderfolgenden Verlangsamens der Geschwindigkeit des Rotors (12, 512, 612, 812, 1134, 1134') auf eine erste Drehzahl Ni und nachfolgend des Erhöhens der Rotorgeschwindigkeit auf eine zweite Drehzahl N beinhaltet und bei der der Schritt des Fließens die Teilschritte des aufeinanderfolgenden Aufrechterhaltens des Fließens von Flüssigkeit mit zweiten Partikeln mit einer ersten Durchflussmenge Qi und danach des Erhöhens der Durchflussmenge auf eine zweite Durchflussmenge Q zeitgleich mit dem Teilschritt des Erhöhens der Rotorgeschwindigkeit beinhaltet, wobei Q/N² = Qi/Ni².

18. Die Methode nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, bei der der Schritt des Steuerns den Teilschritt des Beibehaltens der Drehgeschwindigkeit des Rotors (12, 512, 612, 812, 1134, 1134') wesentlich beinhaltet und der Schritt des Fließens den Teilschritt des Erhöhens der Durchflussmenge der Flüssigkeit mit zweiten Partikeln beinhaltet.

19. Die Methode nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, bei der der Schritt des Steuerns den Teilschritt des Beibehaltens der Drehgeschwindigkeit des Rotors (12, 512, 612, 812, 1134, 1134') wesentlich beinhaltet und der Teilschritt des Fließens die Teilschritte des allmählichen Erhöhens einer Durchflussmenge der Flüssigkeit mit zweiten Partikeln auf eine erste Durchflussmenge, des Beibehaltens der ersten Durchflussmenge der Flüssigkeit und des allmählichen Erhöhens der Durchflussmenge der Flüssigkeit beinhaltet.

20. Die Methode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Durchflussmenge während des Schrittes des Fließens im Bereich von 1 ml/min bis 15 ml/min liegt.

21. Die Methode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Schritt des Steuerns den Teilschritt des Regelns der Drehung des Rotors (12, 512, 612, 812, 1134, 1134') auf einen Geschwindigkeitsbereich zur Aufrechterhaltung des Gravitationsfeldes in der Wirbelkammer (22, 122, 222, 322, 422, 522, 622, 722, 822a, 1022, 1022', 1122, 1122') im Bereich von etwa 500 G bis 800 G beinhaltet.

22. Die Methode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, nach dem Schritt des Fließens weiter beinhaltend den Schritt des Entfernens von in der Wirbelkammer (22, 122, 222, 322, 422, 522, 622, 722, 822a, 1022, 1022', 1122, 1122') zurückgehaltenen ersten Partikeln.

23. Die Methode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Schritt des Fließens die Teilschritte des Überführens der Blutbestandteile in eine Trennkammer (46, 546, 646, 746, 846), des Trennens der Blutbestandteile innerhalb der Trennkammer und des Lenkens wenigstens eines Teils der getrennten Bestandteile in den Wirbelkammerzulauf (28) beinhaltet.

24. Die Methode nach Anspruch 23, bei der der Teil der getrennten Bestandteile mindestens Plasma, Plättchen und weiße Blutzellen beinhaltet.

25. Die Methode nach Anspruch 23, bei der der Teil der getrennten Bestandteile mindestens Plasma, Plättchen und rote Blutzellen beinhaltet.

26. Die Methode nach Anspruch 23, bei der der Teil der getrennten Bestandteile mindestens Plasma, rote Blutzellen und weiße Blutzellen beinhaltet.

27. Die Methode nach einem der vorhergehenden Ansprüche 23 bis 26, weiter beinhaltend die Schritte des Lenkens von in der Trennkammer (46, 546, 646, 746, 846) zurückgehaltenen Plättchen in den Zulauf der Wirbelkammer (22, 122, 222, 322, 422, 522, 622, 722, 822a, 1022, 1022', 1122, 1122') bei Aufrechterhaltung der Wirbelschicht in der Wirbelkammer.

28. Die Methode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter beinhaltend den Schritt des Fließens der Flüssigkeit aus dem Wirbelkammerauslauf (832a) in den Zulauf (828b) einer Hilfswirbelkammer (822b).

29. Eine Methode nach Anspruch 1, weiter beinhaltend den Schritt der weiteren Trennung der Partikel in der Wirbelkammer (22, 122, 222, 322, 422, 522, 622, 722, 822a, 1022, 1022', 1122, 1122') entsprechend unterschiedlichen Sedimentationsgeschwindigkeiten.

30. Eine Methode des Trennens erster Partikel von zweiten Partikeln, die Methode umfassend die Schritte des

Rotierens einer Wirbelkammer (22, 122, 222, 322, 422, 522, 622, 722, 822a, 1022, 1022', 1122, 1122') um eine Drehachse;

Einströmens von Flüssigkeit in die Wirbelkammer;

Eintretens dritter Partikel in die Wirbelkammer (22, 122, 222, 322, 422, 522, 622, 722, 822a, 1022, 1022', 1122, 1122'), wobei sich die ersten, zweiten und dritten Partikel voneinander unterscheiden;

Ausbildens einer Wirbelschicht von dritten Partikeln in der Wirbelkammer (22, 122, 222, 322, 422, 522, 622, 722, 822a, 1022, 1022', 1122, 1122'); und

Verhinderns der Abwanderns zweiter Partikel aus der Wirbelkammer (22, 122, 222, 322, 422, 522, 622, 722, 822a, 1022, 1022', 1122, 1122') mit der Wirbelschicht dritter Partikel, wohingegen die Flüssigkeit und die ersten Partikel aus der Wirbelkammer austreten können; gekennzeichnet dadurch, dass

die Flüssigkeit in die Wirbelkammer (22, 122, 222, 322, 422, 522, 622, 722, 822a, 1022, 1022', 1122, 1122') eintritt und dabei mindestens die ersten und zweiten Partikel mitführt; sowie dadurch dass

die Wirbelschicht gesättigt ist.

31. Eine Methode nach Anspruch 30, weiter beinhaltend den Schritt des Ermöglichens des Durchgangs der Flüssigkeit, der ersten und dritten Partikel durch die Wirbelkammer (22, 122, 222, 322, 422, 522, 622, 722, 822a, 1022, 1022', 1122, 1122').