用于獲取細(xì)胞的系統(tǒng)、方法和控制規(guī)則的制作方法
【專利摘要】提供一種獲取細(xì)胞的方法，其中，方法包括將處理材料和源材料引入到處理環(huán)路中。處理環(huán)路包括處理室和過濾裝置。處理材料和源材料循環(huán)通過處理室和過濾裝置，其中，處理室具有質(zhì)量；平衡進(jìn)入處理室中的處理材料的流入量與過濾裝置的滲透物通量，以使處理室的質(zhì)量保持處于恒定值；以及在收集室中收集細(xì)胞。還提供一種細(xì)胞獲取裝置，其用于使用用以在整個(gè)過程中平衡處理室的質(zhì)量的控制規(guī)則來處理和獲取細(xì)胞。
【專利說明】用于獲取細(xì)胞的系統(tǒng)、方法和控制規(guī)則
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及用于獲取細(xì)胞的系統(tǒng)、方法和控制規(guī)則。
【背景技術(shù)】
[0002]對于不同的治療應(yīng)用，諸如細(xì)胞治療或組織工程，非常需要從各種源獲取細(xì)胞。治療應(yīng)用的示例包括(但不限于)干細(xì)胞的自體或異源移植、移植成熟功能細(xì)胞、經(jīng)改良人類細(xì)胞，或者對非人類細(xì)胞進(jìn)行異種移植。這些應(yīng)用有利于通過使細(xì)胞再生來治愈受損組織或器官，以改進(jìn)病狀的狀況。
[0003]移植研究有利于開發(fā)和實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)，以使用最先進(jìn)的技術(shù)來防止、診斷和治療疾病，對于移植研究，在改良、激活和擴(kuò)張之前，一定范圍的潛在細(xì)胞類型需要隔離。為了滿足這個(gè)轉(zhuǎn)化市場需要，需要濃縮和清洗細(xì)胞，以移除任何雜質(zhì)。在保藏細(xì)胞應(yīng)用中，在懸浮在包含保藏劑(諸如二甲亞砜(DMSO))的介質(zhì)中之后，將之前分離的單核細(xì)胞(MNC)存儲在低溫中，對于保藏細(xì)胞應(yīng)用，典型地必須通過稀釋過程清洗細(xì)胞多次，以在為了再次濃縮和再次懸浮細(xì)胞以進(jìn)行使用之前，最大程度地降低保藏劑濃度。因此，在任何應(yīng)用(特別是治療應(yīng)用或研究目的)中使用之前，對低溫保藏細(xì)胞進(jìn)行處理是必要的。
[0004]對于兩個(gè)示例，應(yīng)當(dāng)處理細(xì)胞，以進(jìn)行濃縮和不斷清洗，以確保高品質(zhì)。雖然用于獲取細(xì)胞的各種方法和系統(tǒng)在本領(lǐng)域中是已知的，但這些系統(tǒng)的品質(zhì)和數(shù)量輸出對于治療應(yīng)用來說是不夠的。因此，用于在無菌條件下用處理設(shè)施以降低的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)要求和穩(wěn)定可靠的運(yùn)行效率獲取細(xì)胞的系統(tǒng)和方法是非常合乎需要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的用于獲取細(xì)胞的方法和裝置會產(chǎn)生高品質(zhì)的細(xì)胞樣本，它們沒有殘余雜質(zhì)或保藏劑。這些方法和裝置解決與用于轉(zhuǎn)化應(yīng)用的細(xì)胞或回收自低溫保藏細(xì)胞的細(xì)胞相關(guān)聯(lián)的許多問題。
[0006]在處理環(huán)路中從流體材料獲取細(xì)胞的方法的一個(gè)示例，處理環(huán)路包括處理室和過濾裝置，其中，流體材料具有體積，并且處理室具有總?cè)萘?，該方法包?使流體材料循環(huán)通過處理環(huán)路，以及平衡進(jìn)入處理室中的流體材料的流入量與過濾裝置的滲透物通量，以使處理室中的流體材料的體積保持處于恒定值；通過相對于進(jìn)入處理室中的流體材料的流入量而增加過濾裝置的滲透物通量來濃縮細(xì)胞；以及在收集室中收集濃縮的細(xì)胞。
[0007]在處理環(huán)路中從流體材料獲取細(xì)胞的方法的另一個(gè)示例，處理環(huán)路包括處理室和過濾裝置，其中，流體材料具有質(zhì)量，并且處理室具有總?cè)萘?，該方法包?使流體材料循環(huán)通過處理環(huán)路，以及平衡進(jìn)入處理室中的流體材料的流入量與過濾裝置的滲透物通量，以使處理室中的流體材料的質(zhì)量保持處于恒定值；通過相對于進(jìn)入處理室中的流體材料的流入量而增加過濾裝置的滲透物通量來濃縮細(xì)胞；以及在收集室中收集濃縮的細(xì)胞。
[0008]在控制細(xì)胞獲取裝置的處理室的質(zhì)量的方法的至少一個(gè)示例中，細(xì)胞獲取裝置包括過濾裝置、處理室、操作性地聯(lián)接到源泵、緩沖劑泵和滲透物泵上的成網(wǎng)絡(luò)的輸入管線和輸出管線，方法包括使用源泵或緩沖劑泵的速度、源泵或緩沖劑泵的校準(zhǔn)常數(shù)，以及處理室的質(zhì)量的變化速率，來產(chǎn)生關(guān)于滲透物泵的流率的估計(jì)量；以及使用控制規(guī)則設(shè)定通過源泵的流率，控制規(guī)則包括估計(jì)量和反饋項(xiàng)，其中，反饋項(xiàng)包括處理室的質(zhì)量的變化速率、設(shè)定點(diǎn)和反饋增益，以及其中，反饋增益大于零，并且處理室的質(zhì)量在設(shè)定點(diǎn)處恒定。
[0009]細(xì)胞獲取裝置的至少一個(gè)實(shí)施例包括:處理環(huán)路，其包括處理室和過濾裝置；操作性地聯(lián)接到源室、緩沖劑室、廢物室和收集室中的一個(gè)或多個(gè)上的成網(wǎng)絡(luò)的輸入管線和輸出管線；以及控制器，其基于處理環(huán)路的流入量和滲透物通量來將處理室的質(zhì)量控制成期望值。
【專利附圖】

【附圖說明】 [0010]在參照附圖來閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，在附圖中，相同符號在所有圖中表示相同部件，其中:
圖1是細(xì)胞獲取裝置和相關(guān)聯(lián)的運(yùn)行本發(fā)明的一次性單元的方法的實(shí)施例的示意性架構(gòu)。
[0011]圖2是本發(fā)明的細(xì)胞獲取方法的多步驟工藝流的示例的流程圖。
[0012]圖3是用于處理細(xì)胞的本發(fā)明的質(zhì)量流程圖的示例的示意圖。
[0013]圖4是針對低樣本體積的用于處理細(xì)胞的本發(fā)明的一次性原型的示例的圖像。
[0014]圖5是針對較高樣本體積的用于處理細(xì)胞的本發(fā)明的一次性原型的示例的圖像。
[0015]圖6是針對較高樣本體積的用于處理細(xì)胞的本發(fā)明的硬件接口和一次性裝置的示例的圖像。
[0016]在參照附圖來閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，在附圖中，相同符號在所有圖中表示相同部件，其中。
【具體實(shí)施方式】
[0017]提供一種用于從各種源獲取細(xì)胞的方法的一個(gè)或多個(gè)示例，其中，方法中的至少一種包括重復(fù)的清洗和濃縮步驟。還提供用于處理或獲取細(xì)胞的裝置的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例?？刂埔?guī)則為方法中的一種或多種的另一方面，它使處理室的期望質(zhì)量保持恒定。方法使得過程能夠不依賴于初始細(xì)胞樣本體積。
[0018]為了更清楚和簡潔地描述和指出聲明的發(fā)明的主題，對在以下描述和所附權(quán)利要求中使用的特定用語提供以下定義。在說明書中，特定用語的使用應(yīng)認(rèn)為是非限制性示例。
[0019]如本文所用，用語“室”表示能夠?qū)⒘黧w容納在其邊界內(nèi)達(dá)至少臨時(shí)時(shí)段的任何物體，其具有供材料進(jìn)入或離開室的至少一個(gè)端口。室的一些非限制性示例是處理室、緩沖劑室、源室或收集室。
[0020]如本文所用，用語“處理材料”表示在一個(gè)或多個(gè)處理期間幫助處理細(xì)胞的材料。處理材料的非限制性示例包括緩沖劑、介質(zhì)或水。
[0021]如本文所用，用語“流入量”表示進(jìn)入包括處理室的處理環(huán)路的材料的質(zhì)量或體積流率。材料可為處理材料，諸如(但不限于)緩沖劑、介質(zhì)、或包括細(xì)胞的源材料。
[0022]如本文所用，用語“滲透物通量”表示傳送通過過濾器膜的孔的材料的質(zhì)量或體積流率。例如，在典型的中空纖維微過濾系統(tǒng)中，發(fā)送到過濾器的一定量的流體被稱為過濾器進(jìn)料流，流過纖維的中心的流體為滯留物，而滲透通過中空纖維過濾裝置的膜壁的流體流率被稱為“滲透物通量”。用語“滲透物通量”在本文中可互換地用作“廢物通量”。
[0023]用語“操作性地聯(lián)接”表示連接，其中，連接可通過(但不限于)一個(gè)或多個(gè)管線或管道。例如，過濾裝置、一個(gè)或多個(gè)室或成網(wǎng)絡(luò)的輸入管線和輸出管線可通過一個(gè)或多個(gè)管線或管道聯(lián)接到源泵或滲透物泵上。在一些實(shí)施例中，成網(wǎng)絡(luò)的輸入管線和輸出管線操作性地聯(lián)接到源室、緩沖劑室、廢物室和收集室中的一個(gè)或多個(gè)上。成網(wǎng)絡(luò)的管線或管道聯(lián)接到一個(gè)或多個(gè)室上，以完成獲取細(xì)胞過程。
[0024]用語“設(shè)定點(diǎn)”表示可在細(xì)胞獲取過程時(shí)設(shè)定的室的期望體值積或期望質(zhì)量值。設(shè)定點(diǎn)對于細(xì)胞獲取過程的各種步驟可有所不同。例如，處理室的設(shè)定點(diǎn)對于加載步驟、清洗步驟或濃縮步驟可有所不同。設(shè)定點(diǎn)確定流體流通往處理室的方向，并且/或者取決于過程要求來調(diào)整程序。
[0025]在處理環(huán)路中從流體材料獲取細(xì)胞的方法的一個(gè)示例中，處理環(huán)路包括處理室和過濾裝置，其中，流體材料具有體積，并且處理室具有總?cè)萘浚椒ò?使流體材料循環(huán)通過處理環(huán)路，以及平衡進(jìn)入處理室中的流體材料的流入量與過濾裝置的滲透物通量，以使處理室中的流體材料的體積保持處于恒定值；通過相對于進(jìn)入處理室中的流體材料的流入量而增加過濾裝置的滲透物通量來濃縮細(xì)胞；以及在收集室中收集濃縮的細(xì)胞。
[0026]如注意到的那樣，在這個(gè)示例中，通過平衡流體材料的流入量與過濾裝置的滲透物通量來使流體材料循環(huán)通過處理環(huán)路，以使處理室中的流體材料的體積保持處于恒定值。在這個(gè)步驟中，流體材料可傳送通過處理室，然后經(jīng)處理的流體材料傳送通過過濾裝置。滲透物通量過濾裝置被安排到廢物室，并且滯留物可進(jìn)一步進(jìn)入處理環(huán)路且再次傳送通過處理室，之后傳送通過過濾裝置。流體材料可不斷地循環(huán)通過處理環(huán)路，這取決于應(yīng)用要求或用戶需要。在一些示例中，循環(huán)步驟會使流體材料濃縮，并且更特別地，使源材料濃縮。在循環(huán)步驟包括過濾時(shí)，可通過采用這個(gè)步驟來移除存在于細(xì)胞樣本中的雜質(zhì)。
[0027]如注意到的那樣，可通過相對于進(jìn)入處理室中的流體材料的流入量而增加過濾裝置的滲透物通量來濃縮細(xì)胞。如果引入到處理環(huán)路中的流體材料的總體積等于或大于處理室的總?cè)萘浚瑒t需要濃縮流體材料。在一些示`例中，當(dāng)源材料的體積大于處理室的總?cè)萘繒r(shí)，源材料經(jīng)受濃縮步驟。在這個(gè)步驟中，從源材料中移除多余的緩沖劑或介質(zhì)以及存在于源材料中的任何雜質(zhì)，并且細(xì)胞被濃縮?？扇Q于應(yīng)用要求或用戶需要來定制細(xì)胞的濃縮。
[0028]如注意到的那樣，在濃縮細(xì)胞之后，將細(xì)胞收集在收集室中。如之前提到的那樣，在濃縮的細(xì)胞中顯著減少雜質(zhì)，諸如可用于冷凍儲藏的DMSO或丙三醇。在過程中的這個(gè)點(diǎn)處，細(xì)胞現(xiàn)在在最小體積的介質(zhì)或緩沖劑中。在獲取程序之后經(jīng)清洗的濃縮細(xì)胞可直接用于任何基于細(xì)胞的應(yīng)用。
[0029]在一個(gè)或多個(gè)示例中，流體材料包括源材料、處理材料或它們的組合。源材料和處理材料中的各個(gè)都具有總體積。源材料和處理材料的總體積的組合是流體材料的總體積。處理材料選自液體介質(zhì)、緩沖劑或它們的組合。源材料可包括在液體介質(zhì)、緩沖劑或它們的組合中的細(xì)胞。如注意到的那樣，處理材料典型地包括介質(zhì)或緩沖劑中的至少一個(gè)，而對于整個(gè)程序，使用的介質(zhì)是液體介質(zhì)，并且使用的緩沖劑是緩沖劑溶液。處理材料主要用于在細(xì)胞傳送通過處理環(huán)路時(shí)清洗細(xì)胞。在一些示例中，可通過入口端口將處理材料引入處理室中。處理材料可自動輸送到室。在細(xì)胞獲取方法期間，源材料典型地存儲在室中，并且該室被稱為源室。典型地在細(xì)胞獲取程序時(shí)存儲處理材料的室被稱為緩沖劑室。
[0030]獲取細(xì)胞的方法的一個(gè)示例進(jìn)一步包括將源材料的總體積加載到處理環(huán)路，其中，源材料的總體積小于或等于處理室的總?cè)萘俊Ｔ谝粋€(gè)特定示例中，源材料的總體積可等于處理室的總?cè)萘?，其中，源材料的總體積從源室轉(zhuǎn)移到處理室。在另一個(gè)示例中，源材料的總體積可小于處理室的總?cè)萘?，其中，源材料的總體積從源室轉(zhuǎn)移到處理室，并且過程被稱為源材料的加載，更特別地，源材料的完全加載。在這個(gè)示例中，源材料的總體積被泵送到處理室中。在一些示例中，源材料首先倒入源室中，其中，源室典型地在獲取程序期間存儲源材料。然后源材料通過入口端口加載到處理環(huán)路。
[0031]在方法的一些示例中，處理室具有期望容積。處理室的期望容積典型地小于或等于處理室的總?cè)萘?。在一個(gè)示例中，當(dāng)源材料的總體積大于處理室的期望容積時(shí)，方法進(jìn)一步包括濃縮源材料。在這個(gè)示例中，源材料以連續(xù)過程或間歇過程轉(zhuǎn)移到處理室。在一個(gè)示例中，處理室的期望容積等于處理室的總?cè)萘?。在這個(gè)示例中，如果源材料的總體積大于處理室的總?cè)萘?或期望容積)，則源材料的總體積的一部分轉(zhuǎn)移到處理室，并且過程可為間歇地加載源材料。在同一示例中，在源材料轉(zhuǎn)移到處理環(huán)路的同時(shí)，加載過程可為連續(xù)的，并且該過程在連續(xù)處理步驟和濃縮步驟之后。在這種情況下，在轉(zhuǎn)移體積小于期望處理室的體積時(shí)，控制源材料的轉(zhuǎn)移到處理環(huán)路的體積。控制源材料的加載流率可實(shí)現(xiàn)這個(gè)狀況。在這個(gè)示例中，源材料可在加載時(shí)同時(shí)濃縮。
[0032]獲取細(xì)胞的方法的一個(gè)示例進(jìn)一步包括通過將處理材料引入處理環(huán)路中以及平衡處理材料的流入量與過 濾裝置的滲透物通量以使存在于處理室中的流體材料的體積保持處于恒定值，來清洗細(xì)胞。可通過使處理材料以連續(xù)的方式重復(fù)地流入以及/或者平衡處理材料的流入量與過濾裝置的滲透物通量以使存在于處理室中的流體材料的體積保持處于恒定值，來清洗細(xì)胞。
[0033]為了稀釋存在于源材料中的雜質(zhì)，將處理材料泵送到處理室中，然后將處理材料泵送到過濾裝置。在這個(gè)步驟中，源材料和處理材料進(jìn)一步循環(huán)通過處理環(huán)路。源材料不斷傳送通過同一路徑，而處理材料同時(shí)被引入到處理環(huán)路。將緩沖劑溶液或介質(zhì)引入處理環(huán)路，以清洗細(xì)胞，或者稀釋源材料，以及通過過濾流體來移除各種雜質(zhì)。源材料和處理材料典型地傳送通過過濾裝置，以過濾掉存在于樣本中的不合需要的雜質(zhì)和多余的處理材料，以在使用之前凈化細(xì)胞。在一些示例中，包括細(xì)胞的介質(zhì)可包括保藏溶液，例如DMSO或丙三醇，并且介質(zhì)可被緩沖劑溶液或液體介質(zhì)稀釋，它們可不包含任何這種保藏劑。例如，移除殘余雜質(zhì)會降低存在于低溫保藏源材料中的可溶添加劑(諸如DMS0)的濃度。在一些應(yīng)用中，在使用之前以超過100倍稀釋降低DMSO的濃度是合乎需要的。在過濾程序期間，過濾滲透物傳送通過滲透物泵，并且進(jìn)入廢物管線中，從而從源材料中提取多余介質(zhì)或殘余雜質(zhì)，并且處理材料傳送通過過濾器。
[0034]在一些示例中，通過相對于進(jìn)入處理室中的處理材料和源材料的流入量而增加過濾裝置的滲透物通量來濃縮細(xì)胞。在這些示例中，可通過控制處理材料流來增加滲透物通量。在一個(gè)示例中，(a)處理材料的流入量可設(shè)定成零，使得細(xì)胞僅在這個(gè)步驟中濃縮。在另一個(gè)示例中，(b)處理材料的流入量可設(shè)定成小于滲透物速率的值，使得該步驟可為濃縮細(xì)胞和清洗細(xì)胞的組合。在這個(gè)示例中，處理室中的流體材料的期望容積在本文被稱為設(shè)定點(diǎn)。取決于過程要求，設(shè)定點(diǎn)在各種條件下可改變。例如(b)，要求設(shè)定點(diǎn)穩(wěn)定地改變。在這個(gè)示例中，使用控制規(guī)則將緩沖劑速率的流入量設(shè)定成滲透物速率的一定百分比?？赏ㄟ^使細(xì)胞不斷傳送通過處理環(huán)路來進(jìn)一步濃縮細(xì)胞，然后在收集室中收集濃縮的細(xì)胞。
[0035]在一些示例中，獲取細(xì)胞的方法包括在引入源材料之前或之后，或者以逐步步驟或者以交替步驟，將處理材料引入處理環(huán)路中，以沖洗處理環(huán)路。在一些示例中，在源材料的總體積轉(zhuǎn)移到處理環(huán)路，以及處理材料的沖洗體積轉(zhuǎn)移到處理環(huán)路之前，將處理材料引入源室，以沖洗室。在一個(gè)或多個(gè)示例中，在沖洗處理環(huán)路之后，源材料泵送到處理環(huán)路中，并且傳送通過處理室，之后傳送通過過濾裝置。然后源材料循環(huán)通過處理室和過濾裝置，從而使存在于處理室中的流體材料的體積保持恒定。
[0036]處理環(huán)路可操作性地聯(lián)接到源室和緩沖劑室上。通往源室和緩沖劑室的連接包括用以確定液體在管道中的存在的光學(xué)傳感器。方法進(jìn)一步包括將無菌空氣直接或間接引入源室、緩沖劑室或兩者的組合。在一個(gè)示例中，將無菌空氣直接引入源室、緩沖劑室或它們兩者。也可間接引入無菌空氣，其中，通過一個(gè)或多個(gè)連接管、轉(zhuǎn)接器或任何其它連接器件將無菌空氣引入室。
[0037]用于獲取細(xì)胞的流體材料在不同的情況下可有所不同。當(dāng)兩種不同的流體材料用于具有相同密度的兩種不同情況時(shí)，典型地，確切體積的各種流體材料具有相同質(zhì)量。在備選實(shí)施例中，當(dāng)兩種流體材料具有不同密度時(shí)，相同體積的各種流體材料具有不同的質(zhì)量。在這個(gè)實(shí)施例中，方法大體考慮存在于處理室中的源材料、處理材料或流體材料的總質(zhì)量，而非總體積。
[0038]一種在處理環(huán)路中從流體材料獲取細(xì)胞的方法一個(gè)示例，處理環(huán)路包括處理室和過濾裝置，其中，流體材料具有質(zhì)量，并且處理室具有總?cè)萘浚椒ò?使流體材料循環(huán)通過處理環(huán)路，以及平衡進(jìn)入處理室中的流體材料的流入量與過濾裝置的滲透物通量，以使處理室中的流體材料的質(zhì)量保持處于恒定值；通過相對于進(jìn)入處理室中的流體材料的流入量而增加過濾裝置的滲透物通量來濃縮細(xì)胞；以及在收集室中收集濃縮細(xì)胞。方法進(jìn)一步包括在循環(huán)流體材料之前，將源材料的總質(zhì)量加載到處理環(huán)路，其中，源材料的總質(zhì)量小于或等于處理室的總?cè)萘俊?br> [0039]如注意到的那樣，處理室具有小于或等于處理室的總?cè)萘康钠谕|(zhì)量。方法進(jìn)一步包括濃縮源材料，其中，源材料的質(zhì)量大于處理室的期望質(zhì)量。方法進(jìn)一步包括通過引入處理材料以及平衡處理材料的流入量與過濾裝置的滲透物通量以使處理室中的流體材料的質(zhì)量保持處于恒定值，來清洗細(xì)胞。
[0040]使用例如圖1中示出的裝置架構(gòu)2來獲取細(xì)胞的方法能夠適用于大范圍的樣本體積，對相關(guān)聯(lián)的硬件(諸如泵、閥促動器或傳感器)的要求有最小影響。在系統(tǒng)中利用一個(gè)或多個(gè)蠕動泵來阻止流體或空氣在成網(wǎng)絡(luò)的輸入管線和輸出管線中移動。它消除了對用額外的夾具阻止流體流的需要。如注意到的那樣，一次性裝置(disposable)由中央處理環(huán)路4(圖1)和成網(wǎng)絡(luò)的輸入管線/輸出管線組成，并且處理環(huán)路包括處理室6和中空纖維過濾器8。在細(xì)胞獲取程序期間，細(xì)胞被收集，并且在處理環(huán)路4中再循環(huán)。輸入管和輸出管網(wǎng)絡(luò)以一個(gè)或多個(gè)連接器件終止。在一些實(shí)施例中，連接器件可包括(但不限于)轉(zhuǎn)移釘(spike)、魯爾連接件或無菌管道焊接。在一個(gè)實(shí)施例中，連接器件可為轉(zhuǎn)移釘。在一些實(shí)施例中，輸入管和輸出管網(wǎng)絡(luò)以轉(zhuǎn)移釘終止，以連接到緩沖劑袋18、源袋20、廢物袋22和收集袋24上，它們可為一次性的，并且單獨(dú)出售。這樣使輸入袋(緩沖劑袋10和源袋12)和輸出袋(廢物袋14和收集袋16)與一次性中心筒分開的原因是使得系統(tǒng)能夠處理大范圍的預(yù)期樣本和處理?xiàng)l件，諸如樣本體積或殘余物減少倍數(shù)。緩沖劑袋10和源袋12連接到管道的分別與光學(xué)傳感器34和36對接的區(qū)段上，以確定液體在管線中的存在。
[0041 ] 在轉(zhuǎn)移釘之后，在管道上存在人工夾緊閥。在人工夾緊閥26和28之后，在緩沖劑和源管上存在流體傳感器34和36。在一些實(shí)施例中，流體傳感器為光學(xué)傳感器。泵38、40和44可分別包括夾緊閥26、28和30的功能。為了將無菌空氣引入到管組，源和緩沖劑管可包括具有圖1中的空氣過濾器21和23的可選閥。在一些實(shí)施例中，廢物和收集管可分別包括人工夾緊閥30和32。
[0042]在非限制性示例中，引入無菌空氣的構(gòu)件可為三通接頭，其具有由0.22Mm空氣過濾器終止的單向閥(21、23)?？諝庖霗C(jī)構(gòu)確保在源或緩沖劑袋中不存在空氣的情況下，相關(guān)聯(lián)的管仍然裝有空氣，從而通過用流體傳感器檢測空氣來表示相關(guān)聯(lián)的袋的排空。輸入和輸出管線可具有人工夾緊閥，以在將輸入和輸出管線安裝到硬件系統(tǒng)中和從硬件系統(tǒng)中移除它們的期間控制流。人工夾緊閥允許操作者將一次性套件連接到外袋上，以及防止任何不合需要的流體流。沒有人工夾緊閥，如果套件在插入裝置中之前連接到袋上，則流體可基于重力或壓力而流動。只有一旦套件插入且門關(guān)閉時(shí)，流體流才會停止，因?yàn)楸闷鹬够亻y的作用。因而，如果操作者在插入套件和關(guān)閉硬件系統(tǒng)的門之前連接一次性套件，則人工夾緊閥是合乎需要的。
[0043]如圖1中示出的那樣，一次性裝置包含一個(gè)用以控制處理環(huán)路中的流向的回轉(zhuǎn)閥48?；剞D(zhuǎn)閥48改變位置以排空處理環(huán)路。在將一次性單元安裝到硬件系統(tǒng)中之后，蠕動泵38、40、42和44在四個(gè)位置處與一次性管道接合，流體傳感器34和36與源和緩沖劑管道接合，過濾器單元8與硬件系統(tǒng)接合，處理室6附連到測壓元件傳感器46上，并且回轉(zhuǎn)閥48與促動器(馬達(dá))接合，如圖1中顯示的那樣?？稍诒梦恢锰幓虮梦恢酶浇褂霉铇渲艿纴硖峁┨岣叩姆€(wěn)定可靠性和流率準(zhǔn)確性。當(dāng)蠕動泵接合且不動時(shí)，泵轉(zhuǎn)子阻止流體流。在泵接合之后，人工夾緊閥可打開，而不改變液體在系統(tǒng)中的位置。使用單個(gè)測壓元件46 (如圖1中顯示的那樣)針對大范圍的樣本體積監(jiān)測處理室的質(zhì)量。如圖1中示出的那樣用于獲取細(xì)胞的過程的結(jié)構(gòu)不依賴于樣本體積。
[0044] 用圖2中示出的流程圖描述獲取細(xì)胞的方法的示例性實(shí)施例。在一些示例中可刪除描繪的流程圖的一個(gè)或多個(gè)步驟，或者在一些方法示例中，可對現(xiàn)有流程圖添加一個(gè)或多個(gè)步驟，這取決于過程要求或用戶需要。在過程開始之前，所有的室、處理環(huán)路、成網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出管線或端口都彼此連接，以形成完整單元，并且封閉在硬件系統(tǒng)中，如圖2的步驟I中顯示的那樣。將一個(gè)或多個(gè)夾緊閥附連到各個(gè)管線上，或者附連到各個(gè)室的端部處，以在細(xì)胞處理時(shí)或在過程開始之前控制液體流。當(dāng)過程開始時(shí)，釋放夾緊閥，以允許有流體流。為了在處理之前沖洗系統(tǒng)，可使處理材料(緩沖劑或介質(zhì))傳送通過處理環(huán)路，并且可將處理材料棄置到廢物室中，如圖2的步驟2中示出的那樣。將細(xì)胞樣本加載到源室上，并且將其引導(dǎo)到處理環(huán)路，如圖2的步驟3中顯示的那樣。在流入量和滲透物平衡的情況下，流體不斷傳送通過處理環(huán)路的相同路徑，直到加載了整個(gè)細(xì)胞樣本體積。
[0045]在一些示例中，在初始排空源室之后，將處理材料引入到源室中，以沖洗室，但沖洗源室是可選的。通過協(xié)調(diào)源和緩沖劑泵速率和流向來將處理材料轉(zhuǎn)移到源室。為了確保僅將處理材料泵送到源室中，將緩沖劑泵速率設(shè)定成等于或大于源泵速率。另外，在緩沖劑連接和處理環(huán)路之間將源泵連接到處理環(huán)路上。照這樣，不需要用額外的回轉(zhuǎn)閥控制流。在沖洗源室之后，緩沖劑傳送通過同一通路，以重復(fù)循環(huán)，如圖2的步驟4a_b中顯示的那樣。
[0046]在一些示例中，合乎需要的是在清洗(稀釋步驟)之前減小處理材料和源材料的體積，并且從而潛在地減少實(shí)現(xiàn)期望水平的殘余物降低所需的時(shí)間。由于重復(fù)過濾，處理材料的體積減少且源材料濃縮(如圖2的流程圖中的步驟5顯示的那樣)。根據(jù)一些實(shí)施例，濃縮細(xì)胞的方法包括以下步驟:平衡進(jìn)入處理室中的處理材料的流入量與過濾裝置的滲透物通量，以使處理室的質(zhì)量保持處于恒定值。在方法的這個(gè)示例中，處理室具有質(zhì)量，并且處理室的質(zhì)量在整個(gè)過程期間保持恒定?？赏ㄟ^平衡通往處理環(huán)路的進(jìn)入流體的質(zhì)量(處理材料的流入量)與從處理環(huán)路流出的流體的質(zhì)量(過濾裝置的滲透物通量)，來使處理室的期望質(zhì)量保持恒定。
[0047]在濃縮之后，通過用處理材料稀釋不斷清洗細(xì)胞(圖2的步驟6)。為了使處理室的質(zhì)量保持處于恒定值，通過控制處理室中的流體的體積來平衡進(jìn)入處理環(huán)路中的處理材料的流入量與過濾裝置的滲透物通量。在清洗步驟之后，可通過移除多余的處理材料進(jìn)行重復(fù)過濾來濃縮源材料(圖2的步驟7)。在細(xì)胞收集在收集室中之后從介質(zhì)獲取細(xì)胞(圖2的步驟8)。在一些示例中，然后通過引入額外的處理材料來沖洗包括處理室的處理環(huán)路，然后將這個(gè)沖洗的材料收集在收集室中(圖2的步驟9a、9b)。細(xì)胞獲取程序的加載和清洗步驟通過控制進(jìn)入處理環(huán)路的流體流(源和/或緩沖劑泵速率)和離開處理環(huán)路的流體流(廢物泵速率)，來將處理室的質(zhì)量調(diào)整為各種設(shè)定點(diǎn)(處理室的期望質(zhì)量)。
[0048]在這個(gè)示例中，在加載樣本期間，將處理室中的液體的質(zhì)量控制為設(shè)定點(diǎn)，這被稱為第一設(shè)定點(diǎn)。第一設(shè)定點(diǎn)是處理室的質(zhì)量。在一個(gè)示例中，假設(shè)第一設(shè)定點(diǎn)為SP1。通過引入來自緩沖劑室的進(jìn)入處理材料，或來自源室的源材料，來補(bǔ)償過濾器滲透物通量引起的流體材料損失。在這個(gè)示例中，如果第一設(shè)定點(diǎn)“SP1”大于處理室中存在的流體的質(zhì)量(包括細(xì)胞和/或緩沖劑或介 質(zhì)，即，來自之前的沖洗或加載步驟)和源室中的流體的估計(jì)質(zhì)量(假定為“mp”)，因此在這種情況下，SPl>mp。在這個(gè)示例中，源室中存在的整個(gè)流體可轉(zhuǎn)移到處理室，而不濃縮細(xì)胞。如果整個(gè)源材料量(存在于源室中)轉(zhuǎn)移到處理室，則處理室中的現(xiàn)有流體(例如，用于沖洗的流體)的質(zhì)量和源材料的估計(jì)質(zhì)量必須小于或等于設(shè)定點(diǎn)。此過程繼續(xù)，直到源室被排空，并且處理室的質(zhì)量小于或等于第一設(shè)定點(diǎn)。當(dāng)安裝在操作性地連接到源室上的管線上的光學(xué)傳感器檢測到管線中存在空氣時(shí)，流體從源室轉(zhuǎn)移到處理環(huán)路的過程完成。
[0049]在另一個(gè)示例中，SPl可小于處理室中的流體的開始質(zhì)量的質(zhì)量和源室的源材料的估計(jì)質(zhì)量的總和。在這個(gè)特定示例中，可將來自源室的源材料直接添加到處理環(huán)路，直到處理室中的流體的質(zhì)量等于SP1。必須濃縮源室中的其余源材料和處理室中的流體。還加載其余源材料，并且處理室的質(zhì)量同時(shí)保持為SPl。然后通過重復(fù)過濾來濃縮細(xì)胞，其中，來自源室的源材料的流入量與過濾裝置的滲透物通量平衡，以使處理室的質(zhì)量保持為SP1。
[0050]在這個(gè)示例中，用期望量的緩沖劑溶液沖洗源室。如果處理室的質(zhì)量mp小于第一設(shè)定點(diǎn)SP1，并且存在于源室中的沖洗(緩沖劑)溶液的質(zhì)量小于SPl和mp之間的差，則將用于沖洗源室的整個(gè)緩沖劑溶液或介質(zhì)轉(zhuǎn)移到處理室，而不濃縮細(xì)胞。沖洗步驟可重復(fù)多次。在處理室的質(zhì)量1^等于SPl的示例中，典型地必須不斷過濾處理環(huán)路中的源材料，從而再次平衡源室中的沖洗材料的流入量與滲透物通量。[0051]在一個(gè)示例中，當(dāng)源室被清潔且排空時(shí)，處理室中的流體的質(zhì)量可進(jìn)一步減少到另一個(gè)設(shè)定點(diǎn)，這被稱為“第二設(shè)定點(diǎn)”，其中，第二設(shè)定點(diǎn)是過程室的減小的質(zhì)量，例如如果假設(shè)第二設(shè)定點(diǎn)為SP2，則SP2〈SP1。為了將處理室的質(zhì)量從SPl減小到SP2，通過重復(fù)過濾來減少處理環(huán)路中的流體材料，其中，流體從處理室流出，通過過濾器，回到處理室。在這個(gè)體積調(diào)節(jié)程序期間未添加額外的材料(緩沖劑或源)。
[0052]將緩沖劑或介質(zhì)引入到處理環(huán)路，以及循環(huán)通過處理室和過濾裝置的程序使得能夠進(jìn)行清洗程序。在此步驟期間，過濾器滲透物通量與進(jìn)入介質(zhì)或來自緩沖劑室的緩沖劑的流量匹配。這個(gè)新介質(zhì)或緩沖劑會稀釋源材料中的可溶殘余物。操作者確定存在于源材料中的殘余物整體減少量，例如減少到1/100。
[0053]一旦清洗程序完成，處理環(huán)路中的處理材料的體積可減小到其最小體積而到達(dá)新設(shè)定點(diǎn)，這被稱為“第三設(shè)定點(diǎn)”SP3。在這個(gè)示例中，在整個(gè)方法期間的所有三個(gè)設(shè)定點(diǎn)的狀況為SP3〈SP2〈SP1。類似于質(zhì)量從SPl減小到SP2，通過重復(fù)過濾來減少處理環(huán)路中的流體材料，其中，流體從處理室流出，通過過濾器，并且回到處理室。在這個(gè)體積調(diào)節(jié)程序期間未添加額外的材料(緩沖劑或源)。
[0054]將處理材料和源材料轉(zhuǎn)移到收集室的步驟開始于促動回轉(zhuǎn)閥，以將處理材料從處理環(huán)路轉(zhuǎn)向到收集室。使用圖1中的處理環(huán)路泵42來通過過濾器將流體從處理室泵送到回轉(zhuǎn)閥48且泵送到收集室中。為了阻止在收集步驟期間有額外過濾，可使?jié)B透物泵44停止。一旦處理環(huán)路為空，回轉(zhuǎn)閥促動來隔離收集室?？捎弥T如緩沖劑或介質(zhì)的處理材料沖洗處理環(huán)路?？芍苯邮占@個(gè)沖洗體積，或者可在額外的收集步驟之前濃縮這個(gè)沖洗體積。處理環(huán)路和成網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出管線可容納在硬件系統(tǒng)中，硬件系統(tǒng)是具有一個(gè)或多個(gè)門的封閉室。源室、緩沖劑室、廢物室和收集室中的一個(gè)或多個(gè)可在硬件系統(tǒng)附近。在打開硬件系統(tǒng)的門之前，將人工夾具附連到源室、緩沖劑室、廢物室和收集室上，以阻止液體從那些室中泄漏或溢出。然后使收集室與一次性裝置的其余部分分開，并且保存和保藏來自收集室的經(jīng)清洗和濃縮的細(xì)胞供進(jìn)一步使用。從源材料中排出多余介質(zhì)、不合需要的顆粒和/或雜質(zhì)，并且在傳送通過處理`環(huán)路之后，將它們棄置到廢物室中。在一個(gè)示例中，在程序之后丟棄包括處理環(huán)路和成網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出管線的一次性裝置。
[0055]用于控制細(xì)胞獲取裝置的處理室的質(zhì)量的方法之一包括:使用源泵或緩沖劑泵的速度、源泵或緩沖劑泵的校準(zhǔn)常數(shù)，以及處理室的質(zhì)量的變化速率，來產(chǎn)生關(guān)于滲透物泵的流率的估計(jì)量。方法進(jìn)一步包括使用控制規(guī)則來設(shè)定通過源泵或緩沖劑泵的流率，控制規(guī)則包括估計(jì)量和反饋項(xiàng)。反饋項(xiàng)包括處理室的質(zhì)量的變化速率、設(shè)定點(diǎn)和反饋增益，以及其中，反饋增益大于零，并且處理室的質(zhì)量在設(shè)定點(diǎn)處恒定。在這個(gè)示例中，獲取裝置包括過濾裝置、處理室、操作性地聯(lián)接到源泵、緩沖劑泵和滲透物泵上的成網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出管線。
[0056]圖3中描繪的系統(tǒng)的質(zhì)量流分析顯示，為了使處理室的質(zhì)量保持恒定，通過源泵的質(zhì)量流率必須等于廢物泵的質(zhì)量流率其中，公式可表示為:
fsW = fr(i)?Vl (I)
但是，由于過濾器可能阻塞，以及影響過濾器的滲透物通量的其它現(xiàn)象導(dǎo)致滲透物泵流率即使在廢物泵速度固定時(shí)也隨著時(shí)間推移而改變，使這個(gè)簡單實(shí)現(xiàn)復(fù)雜化。因此，無法使用速度輕易地計(jì)算廢物泵流率。在一些實(shí)施例中，泵速度可為線速度，或者可為旋轉(zhuǎn)速度。大范圍的源體積意味著大范圍的廢物體積，從而使得直接測量源和廢物室的質(zhì)量不實(shí)際。此外，無法精確地控制瞬間源泵流率t (t);而是可設(shè)定期望流率。
[0057]為了克服這些限制，通過產(chǎn)生估計(jì)量來平衡處理室的質(zhì)量，以使用源泵速度 源栗校準(zhǔn)常數(shù)和處理室通量dm^tydt (它們都是已知的常數(shù)或測得變量)正確
地估計(jì)廢物泵流率。估計(jì)廢物通量由以下給出
【權(quán)利要求】
1.一種在處理環(huán)路中從流體材料獲取細(xì)胞的方法，所述處理環(huán)路包括處理室和過濾裝置，其中，所述流體材料具有體積，并且所述處理室具有總?cè)萘?，所述方法包? 使所述流體材料循環(huán)通過所述處理環(huán)路，并且平衡進(jìn)入所述處理室中的所述流體材料的流入量與所述過濾裝置的滲透物通量，以使所述處理室中的所述流體材料的體積保持處于恒定值； 通過相對于進(jìn)入所述處理室中的所述流體材料的流入量而增加所述過濾裝置的滲透物通量，來濃縮所述細(xì)胞；以及 在收集室中收集濃縮的細(xì)胞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述流體材料包括源材料、處理材料或它們的組合，以及其中，所述源材料具有總體積，并且所述處理材料具有總體積。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述處理材料選自液體介質(zhì)、緩沖劑或它們的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述源材料包括在液體介質(zhì)或緩沖劑中的細(xì)胞。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將所述源材料的總體積加載到所述處理環(huán)路，其中，所述源材料的總體積小于或等于所述處理室的總?cè)萘俊?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述處理室具有小于或等于所述處理室的總?cè)萘康钠谕莘e，所述方法進(jìn)一步包括濃縮所述源材料，其中，所述源材料的總體積大于所述處理室的期望容積。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括通過引入所述處理材料以及平衡所述處理材料的流入量與所述過濾裝置的滲透物通量以使所述處理室中的所述流體材料的體積保持處于恒定值，來清`洗所述細(xì)胞。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在引入所述源材料之前或之后，將所述處理材料引入到所述處理環(huán)路，以沖洗所述處理環(huán)路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述過濾裝置是中空纖維過濾器，其具有范圍為大約0.1至IMm的孔徑，以及200至2000Mm的纖維內(nèi)徑和4至400的纖維數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述處理環(huán)路進(jìn)一步聯(lián)接到源室和緩沖劑室上，并且與所述源室和緩沖劑室的連接包括用以確定液體在所述管道中的存在的光學(xué)傳感器。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將無菌空氣直接或間接引入所述源室、緩沖劑室或兩者的組合。
12.一種在處理環(huán)路中從流體材料獲取細(xì)胞的方法，所述處理環(huán)路包括處理室和過濾裝置，其中，所述流體材料具有質(zhì)量，并且所述處理室具有總?cè)萘浚龇椒ò? 使所述流體材料循環(huán)通過所述處理環(huán)路，并且平衡進(jìn)入所述處理室的所述流體材料的流入量與所述過濾裝置的滲透物通量，以使所述處理室中的所述流體材料的質(zhì)量保持處于恒定值； 通過相對于進(jìn)入所述處理室中的所述流體材料的流入量而增加所述過濾裝置的滲透物通量，來濃縮所述細(xì)胞；以及 在收集室中收集濃縮的細(xì)胞。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述流體材料包括源材料、處理材料或它們的組合，以及其中，所述源材料具有總質(zhì)量，并且所述處理材料具有總質(zhì)量。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述源材料包括在液體介質(zhì)或緩沖劑中的細(xì)胞，并且具有總質(zhì)量。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在使所述流體材料循環(huán)之前，將所述源材料的所述總質(zhì)量加載到所述處理環(huán)路，其中，所述源材料的總質(zhì)量小于或等于所述處理室的總?cè)萘俊?br> 16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述處理室具有小于或等于所述處理室的總?cè)萘康钠谕|(zhì)量，所述方法進(jìn)一步包括濃縮所述源材料，其中，所述源材料的質(zhì)量大于所述處理室的期望質(zhì)量。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括通過引入所述處理材料以及平衡所述處理材料的流入量與所述過濾裝置的滲透物通量以使所述處理室中的所述流體材料的質(zhì)量保持處于恒定值，來清洗所述細(xì)胞。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在引入所述源材料之前或之后，將所述處理材料引入到所述處理環(huán)路，以沖洗所述處理環(huán)路。
19.一種控制細(xì)胞獲取裝置的處理室的質(zhì)量的方法，所述細(xì)胞獲取裝置包括過濾裝置、所述處理室、操作性地聯(lián)接到源泵、緩沖劑泵和滲透物泵上的成網(wǎng)絡(luò)的輸入管線和輸出管線，所述方法包括: 使用所述源泵或緩沖劑泵的速度，所述源泵或緩沖劑泵的校準(zhǔn)常數(shù)，以及所述處理室的質(zhì)量的變化速率，來產(chǎn)生關(guān)于所述滲透物泵的流率的估計(jì)量；以及 使用控制規(guī)則來設(shè)定通過所述源或緩沖劑泵的流率，所述控制規(guī)則包括所述估計(jì)量和反饋項(xiàng)， 其中，所述反饋項(xiàng)包括所述處理室的質(zhì)量的變化速率、設(shè)定點(diǎn)和反饋增益，以及其中，所述反饋增益大于零，并且所述處理室的質(zhì)量在所述設(shè)定點(diǎn)處恒定。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述反饋項(xiàng)最大程度地減小滲透物通量、源或緩沖劑泵通量、電噪聲、機(jī)械噪聲和它們的組合的一個(gè)或多個(gè)估計(jì)誤差。
21.一種細(xì)胞獲取裝置，包括: 包括處理室和過濾裝置的處理環(huán)路； 成網(wǎng)絡(luò)的輸入管線和輸出管線，其操作性地聯(lián)接到源室、緩沖劑室、廢物室和收集室中的一個(gè)或多個(gè)上，以及 控制器，其基于所述處理環(huán)路的流入量和滲透物通量而將所述處理室的質(zhì)量控制在期望值處。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于，所述處理室的容積不依賴于包含細(xì)胞的流體的初始樣本體積。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于，所述過濾裝置是中空纖維過濾器，其具有范圍為大約0.1至IMm的孔徑，200至2000Mm的纖維內(nèi)徑，以及4至100的纖維數(shù)。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于，與所述源和緩沖劑室的連接包括用以確定液體在所述管道中的存在的光學(xué)傳感器。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的裝置，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)蠕動泵在停止時(shí)被用來阻止流體 或空氣在所述成網(wǎng)絡(luò)的輸入管線和輸出管線中的移動。
【文檔編號】C12M3/00GK103687937SQ201280037432
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月29日
【發(fā)明者】P.A.肖埃馬克, A.M.利奇, W.B.格里芬, S.拉庫夫, J.羅伊 申請人:通用電氣公司