[发明专利]用于从体液分离细胞的系统和方法

说明书

发明背景

总的来讲，本发明涉及用于将复杂的生物材料加工成亚成分的系统、方法和试剂盒。

在分析或治疗性应用量不太大的细胞(例如白细胞或干细胞)前，通常需要从全血中分离出红细胞(RBC)。许多常规血细胞分离方法需要初步除去红细胞并减少样品体积。对于长期细胞存库和再生医学应用，通常需要加工步骤，其中由于贮存限制和/或直接移植所需体积要求小，因此需要以减小的体积，稀有细胞的产量最高。目前，用于加工含血细胞样品(例如脐带血、骨髓、外周血)最常见的技术包括在使用或不使用密度梯度介质的情况下用离心法提高分离的密度梯度沉降法。最近，为了满足对高通量样品加工的不断增加的需要，开发出了用于封闭系统加工脐带血和骨髓样品的自动离心系统。虽然与手工技术相比通量大大提高，但是由于离心机桶的重量和固定的外形尺寸，限制了基于离心的装置的灵活性和轻便性。

在许多血细胞分离应用中还采用过滤技术。例如，有时采用深层过滤以从全血中除去白细胞(例如输血应用)。然而，这些过滤器被设计成排除最多的白细胞(通过将细胞截留在过滤器内)，并没有设计成在过滤步骤后有高的细胞回收率。另外，基于膜的血浆除去法是从全血除去和加工血浆的常见技术。然而，这些技术不包括在过滤前预先清除全血红细胞(RBC)，并且在血细胞存库应用中无法实现需要的体积减少的类型。

本领域已知通过重力或离心分离血液不同组分的沉降方法。一种促进RBC从全血沉降的方法是使用聚合物大分子，例如作为已知的RBC聚集剂的葡聚糖、羟乙基淀粉或明胶。根据血液中聚集剂的组成成分和化学计量比，RBC沉降方法的速度和效率可大幅变化。一些沉降增强剂是已知的，例如草酸钾和丙二酸钾。这些沉降增强剂的效率很大程度上取决于沉降增强剂相对于血液样品的浓度。虽然以前曾证实草酸钾和丙二酸钾是有效的RBC沉降增强剂，但是这些沉降增强剂的临床用途受到与钾盐相关的潜在心血管毒性的限制。

发明概述

本发明适于满足对加工生物材料(例如全血)的功能性封闭系统高通量系统和方法的需要，同时获得高回收率和成活率的目标细胞(例如干细胞)用于下游细胞治疗应用。过滤是血液加工应用(包括血液透析和血浆除去法)的常用技术，但是以前未曾用于血细胞存库应用，其中需要加工生物材料(例如全血)，以便除去红细胞和过量血浆，得到浓缩的白细胞(WBC)样品。这起因于与将大量的红细胞与较少的白细胞和类似大小甚至更少的干细胞相分离有关的挑战。所述系统和方法的一个实施方案包括两步方法，涉及用于除去大量红细胞的初始RBC聚集和重力沉降步骤，然后是浓缩细胞并除去过量血浆的过滤步骤。

用于加工生物材料的封闭系统的一个实施方案包括：装有生物材料并能够将生物材料分成两种或更多种不同的子材料(submaterial)的容器；提取装置，该提取装置用于从容器中去除至少一种子材料；过滤装置；在容器与过滤装置之间转运一种或多种子材料的管道；以及在容器与过滤装置之间通过管道至少转运一种或多种子材料的控制装置。该系统可包括用于至少暂时贮存一种或多种滤液的一个或多个贮器，其中至少一个贮器为废滤液贮器，至少一个贮器为目标保留物贮器。该系统还可包括沿着管道的阀，用于将目标保留物选择性引入目标保留物贮器；以及沿着管道用于使废滤液至少部分通过管道进行选择性再循环的阀。还可将与管道保持液体连通的泵加入该系统，以促进容器与过滤装置之间一种或多种子材料的转运。

所述系统的容器可适宜至少部分根据两种或更多种子材料的相对重量将材料分离成子材料。可将子材料分离成沉降层，其中提取装置适于抽出或者提取一个或多个沉降层。在一个实施方案中，提取装置适于抽出容器中的最低层，而在另一个实施方案中，提取装置可或者或另外抽出容器中的最上层，或者最低层与最上层之间的一层或多层。

所述系统还可包括与试剂贮器流体连通的阀，以选择性地从试剂贮器取出确定量的试剂并引入容器中的确定量的试剂。该实例中的提取装置还另可适于将容器中的确定量的材料抽到之前已引入提取装置中的试剂中，然后将抽取的材料输送回容器中，以利于将材料与试剂混合。所述系统还可包括用于测定容器中至少一种子材料的位置或水平的传感装置。

整个系统或者例如在容器与过滤装置之间运送一种或多种子材料的一部分系统可以是自动化的。

用于加工生物材料的方法的实例一般包括：向容器中提供生物材料；将聚集剂加入容器内的材料中，并使材料分成两种或更多种不同的子材料；从容器中提取一种或多种子材料；将余留在容器中的一种或多种子材料通过管道自动转运到过滤装置中；并将所得到的目标保留物引入目标保留物贮器中。