Brevet FR2528723A1 — publié le 19831223

L'invention concerne un procédé et des appareils pour réchauffer des suspensions ou des solutions de substances cellulaires vivantes, des conserves de sang humain par exemple, qui ont été congelées dans des sachets plats en plastique Ces suspensions et solutions sont également appelés "produit congelé" dans ce qui va suivre. Dans un procédé connu de ce type, il est habituel, pour l'application rationnelle de cellules sanguines vivantes conge- lées à basse température, ou pour produire de façon rationnelle des cryoglobulines, d'employer des doses relativement grandes, d'environ 50 à 500 g, sous forme de plaques d'une épaisseur de à 10 mm L'utilisation de telles plaques permet d'obtenir un taux de variation de température uniforme dans le temps, dans des limites d'environ 10 %, pour toute la dose à l'exception de la zone du bord Les solutions dont il est question ici sont habituel- lement introduites dans des sachets en plastique, lesquels sont ensuite fermés par soudage puis congelés de façon en soi connue dani un support-récipient en forme de plaque. Le réchauffage doit se faire avec une vitesse de varia- tion de température du même ordre de grandeur qu'à la congélation mais il est souhaitable que le taux de réchauffage soit nettement plus rapide que le taux de congélation Cela permet d'empêcher la dévitrification et, partant, la formation de glace intracellu- laire par exemple Pour que, pendant le réchauffage, il ne s'éta- blisse pas un gradient de température nocif entre le bloc de glace au centre géométrique de la plaque et la zone extérieur i ' l on imprime un mouvement forcé par secouage à la substance liqwidh à l'intérieur du sachet dans le procédé connu Ce mouvement augmente d'une part la transmission de chaleur à la glace fondante et évite d'autre part le surchauffage de particules de solution aqueuse voisines de la paroi du sachet. Jusqu'à présent le réchauffage d'une dose consiste à introduire la dose congelée en forme de plaque dans un sachet dans un bain d'eau, de 4 Oa C par exemple; maintenir la dose fondante en forme de plaque par un supportrécipient particulier pendant ce processus; animer la dose d'un mouvement longitudinal d'une amplitude d'environ 8 cm et d'une fréquence d'environ 4 Hz; retirer le sachet du bain d'eau après un temps connu déterminé préalablement de façon empirique; sécher le sachet, si la dose a été décongelée complè- tement, et le transférer vers son point d'utilisation. Les inconvénients de ce procédé de réchauffage connu sont les suivants: 1) Le temps de séjour nécessaire à la décongélation dans le bain d'eau dépend fortement de la masse de la dose Même de légères variations - courantes dans la pratique de la masse par rapport à une valeur moyenne déterminée ont poux conséquence que la température de la dose après décongélation est nettement au- dessus ou au-dessous de la température désirée, de plus 4 VC par exemple De plus, on constate souvent que la glace de la dose n'est pas complètement fondue, ce qui peut altérer considérablement la qualité de la substance. 2) Les manipulations peuvent seulement être effectuées par du personnel qualifié et formé spécialement car le positionne- ment des doses congelées sous forme de plaques ensachées à l'immersion dans le bain d'eau doit être effectué aussi rapidement que possible parce que le processus de décongélation commence à plein régime dès cet instant Le liquide qui se forme alors dans le sachet déforme la dose si la fixation est défectueuse Une mise en place rapide est également importante parce que le mouvement forcé du liquide dans la dose doit commencer dès que du liquide commence à s'y former. 3) Un support-récipient particulier est nécessaire pour maintenir la dose en forme de plaque pendant toute la durée du processus de réchauffage De ce fait, il faut, soit stocker les doses dans des récipients adéquats, ce qui augmente considérablement la dépense par dose, soit introduire la dose à décongeler dans un support-récipient dans une atmosphère à basse température, ce qui pose ler difficultés connues que sont le givrage, l'augmentation indésirée de la température de la dose et le risque de congélation des mains du personnel, en particulier dans le cas d'un stockage habituel dans la médecine dans l'azote liquide. 4) Le séchage nécessaire de la dose représente une perte de temps et du travail supplémentaire Le séchage est absolu- ment nécessaire parce que la dose décongelée est normalement mani- pulée ensuite dans des conditions stériles; or des restes d'eau sur la tubulure d'entrée ou de sortie du sachet suppriment la stéri- lité. L'invention vise par conséquent à éviter les inconvé- nients du procédé connu et à créer un procédé qui permette de réchauf- fer des suspensions ou des solutions aqueuses congelées dans des sachets en plastique plats de façon simple mais sûre. Selon le procédé de l'invention: a) on place le sachet en plastique contenant le produit congelé entre deux plaques chauffantes pouvant être écartées et approchées l'une de l'autre, par lesquelles le produit congelé est réchauffé à une température préfixée, b) on imprime au produit congelé, pendant leréchauffage et par oscillation des plaques chauffantes, un mouvement qui augmente la transmission de chaleur lors de la fonte du produit, et c) on retire enfin le sachet en plastique contenant le produit fondu lorsque celui-ci a atteint la température préfixée, les plaques chauffantes étant à cet effet écartées l'une de l'autre. Selon l'invention, les doses congelées contenues chacune dans un sache t en plastique sont réchauffées électriquement par conduction de chaleur Les doses sont à cet effet placées entre deux plaques métalliques qui sont chauffées par un courant électrique. La température superficielle TOH de ces plaques chauffantes est réglée à une valeur pouvant être fixée d'avance, ce qui peut être de l'ordre de 40 C ou plus La température superficielle des plaques TOR est maintenue à cette valeur par un système de régulation adéquat en soi connu, l'écart de température maximal admis par rapport à la température moyenne réglée étant de 10 Pendant le processus de réchauffage, on mesure en plus la température superfi- cielle TOB à l'extérieur du sachet en plastique, qui est utilisée comme indicateur pour la température T à l'intérieur du sachet Il suffit pour cela de connattre les propriétés thermiques de la feuille de matière plastique d'o est fabriqué le sachet, à partir desquelles on peut calculer la différence de température entre T et T(B, qui est de l'ordre de grandeur de 50 C, d'après les lois de la transmis- sion de chaleur La température superficielle du sachet TOB est éga- lement préfixée et est utilisée pour arrêter le processus de réchauf- fage: dès que TOB est atteinte, les plaques chauffantes sont écar- tées de la dose Pendant le réchauffage, le produit congelé est en plus animé d'un mouvement forcé par le déplacement de l'ensemble du système formé par les plaques chauffantes et le produit congelé. Afin d'augmenter le coefficient de transmission de chaleur à-la limite de phase "glace-liquide" dans le produit partiellement décon- gelé, on produit un mouvement particulier pour engendrer une circu- lation du liquide principalement parallèlement au front de glace. A cet effet, on anime l'ensemble produit congelé plaques chauffantes d'un mouvement elliptique par exemple La fréquence de ce mouvement est de l'ordre de 1 10/s et son amplitude est de 5 à 20 cm. Les avantages apportés par ce procédé sont multiples et d'importance capitale pour le but visé d'amélioration de la qualité et sa reproductibilité Il répond aux exigences en ce qui concerne l'établissement d'une température définie dans le produit réchauffé, la s reté dans la manipulation et l'indépendance de la masse exacte du produit congelé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue en perspective d'un appareil simple pour la mise en oeuvre de l'invention;; les figures 2 A et 2 B sont respectivement une coupe et une vue en plan schématisées d'un exemple d'une plaque chauffante utilisable dans un tel appareil la figure 3 est organigramme d'un cycle de réchauffage selon le procédé de l'invention; et les figures 4 et 5 sont deux coupes orthogonales d'un appareil plus perfectionné pour la mise en oeuvre de l'invention. Le réchauffage au moyen des appareils représentés commence par la mise en place d'un sachet de produit congelé 1 entre les plaques chauffantes 2 a, 2 b (figures 1, 4 et 5) qui sont alors écar- tées l'une de l'autre Cette mise en place entraîne la fermeture d'un contact, par une barrière lumineuse ou mécaniquement, de sorte que le moteur 3, par le pignon 4 et la crémaillère 5, approche les plaques chauffantes et les applique contre la dose de produit congelé 1 Dans l'exemple de réalisation des figures 4 et 5, des ressorts 5 b, agissant dans le sens de l'approche et de l'écartement des plaques chauffantes, assurent le serrage de la plaque chauffante 2 a avec une force définie contre le sachet de produit congelé Une articulation 5 a prévue au bout de la crémaillère et reliant celle-ci à la plaque chauffante 2 a permet l'adaptation de la surface d'appui de la plaque chauffante à une dose de produit congelé dont les deux faces opposées ne sont pas exactement planes et/ou parallèles Ensuite, le moteur d'oscillation 6, par un disque et une bielle 7 dans l'exemple de la figure 1 et par une roue planétaire 7 b et une roue solaire 7 a dans l'exemple des figures 4 et 5, imprime un mouvement au support 14, ce qui engendre dès le début de la décongélation un mouvement forcé dans le produit congelé, comme décrit dans ce qui précède Pendant ce mouvement, le support 14 se déplace par rapport à la plaque de base 15 Les plaques chauffantes sont en même temps chauffées élec- triquement à la température TOH préfixée Les températures TOH des plaques chauffantes et les températures TOB à l'extérieur du sachet (indiquant la température du produit congelé), ainsi que la progres- sion de la fonte, sont déterminées à l'aide de capteurs de tempéra- ture 9 a, 9 b, loa, lob et de palpeurs mécaniques lla, llb combinés avec un dispositif de mesure de longueur Les capteurs de tempéra- ture sont des thermocouples de cuivre-constantan Lorsque les plaques chauffantes sont réalisées comme celle représentée sur les figures 2 A et 2 B (décrites plus en détail dans ce qui va suivre), des capteurs 20 pour mesurer TOH peuvent être soudés dans la plaque de cuivre 16 et TOB peut être mesurée par des capteurs superficiels 21 qui traversent la plaque chauffante et sont pressés élastiquement contre le sachet de plastique afin de permettre une mesure aussi exacte que possible de TOB' Le palpeur mécanique 22, également pressé élastiquement contre le produit congelé, s'enfonce davantage dans la dose à mesure que celui-ci fond S'il n'y a plus de glace dans le sachet, le palpeur a traversé toute l'épaisseur du produit congelé et a actionné un dispositif d'incation acoustique ou optique signalant la fin de la décongélation Le réchauffage peut alors être arrêté dès ce moment Lorsque la température TOB préfixée, servant d'indicateur pour la température du produit congelé, est atteinte, le moteur 3 est remis en marche pour l'écartement des plaques et le produit est en même temps soulevé de la plaque chauffante inférieure par un panier 23 qui est relevé en même temps que la plaque supérieure afin que, après l'arrêt du chauffage des plaques, le sachet ne soit pas réchauffé davantage par la chaleur conservée par les plaques. Après arrêt du moteur d'oscillation 6, la dose peut être enlevée et transférée pour son traitement subséquent. Pour éviter des surchauffages locaux du produit, selon un mode de réalisation avantageux, les plaques chauffantes se composent, voir figure 2, d'une plaque en plastique 19 thermique- ment et électriquement isolante, d'une plaque 18 à conducteur chauffant collée sur la plaque en plastique 19, d'une plaque 17 mince à conducteur chauffant et d'une plaque en cuivre 16 qui vient en contact avec le sachet de produit congelé La conductivité thermique élevée de la plaque de cuivre égalise les transferts de chaleur localement différents et évite les élévations locales nocives de la température. L'organigramme de la figure 3 illustre un cycle de réchauf- fage au moyen d'un appareil comme ceux représentés. Les avantages du procédé de l'invention dans son applica- tion à des solutions aqueuses à décongeler sont les suivants: 1) Le processus est indépendant de la masse de la dose de produit à décongeler parce que le chauffage est régulé et la fin de l'ensemble du processus de réchauffage est également réglée. 2) Il est possible de fixer la température de préchauf- fage du produit de d'arrêter la décongélation lorsque cette tempé- rature est atteinte C'est précisément cette température qui est en beaucoup de cas d'importance capitale pour la bonne qualité du produit obtenu lors du traitement consécutif, notamment, comme cela est connu, dans le cas de concentrés de cellules sanguines vivantes. 3) Le mouvement forcé produit dans la dose est défini le champ de température ainsi obtenu dans la dose est homogène, comme désiré, de sorte que la dévitrification ou recristallisation nocive peut *tre évitée avec certitude, de même que l'altération entraînée par elle des membranes cellulaires. 4) Le procédé diminue les coûts et les temps de travail et accroit la sécurité puisque le support-récipient particulier jusqu'ici nécessaire pour maintenir le produit congelé en forme de plaques dans le processus de réchauffage n'est plus nécessaire. ) Le sachet contenant la solution congelée peut être mis en place très rapidement dans l'appareil de réchauffage; le temps d'échauffement indéfini du sachet dans l'atmosphère environnante par le contact avec l'air devient ainsi si court qu'il n'y a pas d'altérations de la qualité. 6) Le réchauffage peut être effectué par des auxiliaires, ce qui devient de plus en plus déterminant pour la possibilité de mise en oeuvre de l'ensemble du procédé compte tenu du manque croissant de personnel dans le secteur technique (laboratoire) de la médecine. 7) Le réchauffage est défini et automatisé grâce à une régulation avec détermination des températures du produit et des plaques chauffantes. 8) Il n'est pas nécessaire de sécher les doses et le risque de contamination bactérielle est ainsi plus faible. Ces avantages font que le procédé selon l'invention convient particulièrement à des concentrés cellaires biologiques sensibles et à la production de cryopricipités de plasma sanguin ou de sérum sanguin Par exemple, le procédé selon l'invention permet de réchauffer des concentrés de cellules de moelle osseuse humaine congelés de 150 g en 60 secondes de -196 à + 41 C, avec un coefficient de transmission de chaleur à l'extérieur de l'ordre de 200 600 W/m 2/K et une puissance de chauffage de 4 k W Les lymphocytes, thrombocytes et érythrocytes humains sont traités de façon analogue. La technique de réchauffage décrite au début par un bain d'eau ne convient que sous certaines conditions pour une large application et pour l'obtention de la qualité désirée des substances considérées Le procédé selon l'invention est satisfaisant pour ces deux facteurs Lorsqu 'on tient compte de l'importance économique de la production des cryoglobulines et de la tendance croissante des cliniques à stocker et à distribuer les concentrés cellulaires de conserves sanguines séparément par fractions cellulaires, on voit que le progrès réalisable par le procédé de l'invention a une grande portée. Il faut noter également ce qui est indiqué ci-après de façon résumée La conservation de longue durée de suspensions aqueuses de cellules biologiques par des processus de congélation à basse température occupe actuellement une place définitive, en particulier dans le secteur de la médecine Il faut non seulement mentionner à cet égard l'emploi de globules rouges congelés, dont le stockage et la fourniture sont effectués pour les motifs les plus divers, tels que leur utilisation lors d'opérations, accidents et catastrophes, mais aussi, plus récemment, des applications totalement nouvelles et renfermant beaucoup d'espoirs pour l'avenir, qui sont bas ics S 1- l'auto-transfusion, c'est à dire sur la congélation, le stockagu u la décongélation au moment voulu de substances dont le donneur et le receveur sont une même personne C'est ainsi que le traitement des tumeurs peut être amélioré considérablement par des cellules de moelle osseuse de lymphocytes rouges et de cellules souches péri- phériques du sang Un plus grand besoin encore en doses congelées se laisse entrevoir, à condition que la qualité de la conserve conge- lée soit satisfaisante, pour ce qui concerne les plaquettes, c'est- à-dire les thrombocytes. Un domaine d'application si possible plus important encore éconimiquement des procédés de congélation à basse tempéra- ture de solutions ou de suspensions aqueusesest la production de cryoglobulines du plasma sanguin, c'est-à-dire du liquide extra- cellulaire du sang, en vue de la production rationnelle de fractions protéiniques de plasma nécessaires à des formes de thérapie immu- nologiques ou au traitement préventif. Le critère essentiel de la possibilité d'utilisation tant de concentrés cellulaires congelés que de cryoglobulines produites par un traitement à basse température est la qualité obtenue à la fin du processus Ces dernières années, les facteurs qu'il s'agit d'optimiser pour obtenir un rendement aussi élevé que possible en cellules vivantes ou en globulines purifiées sont devenus de mieux en mieux connus Il ressort en particulier que la qualité dépend fortement a) du taux de refroidissement, et b) du taux de réchauffage du produit congelé. Il s'y ajoute d'autres facteurs, tels que les processus de mélange de solutions avec le produit liquide, le comportement à la congéla- tion d'agents influençant le produit, par exemple de la substance protectrice de congélation (cryophylactique), de même que la concen- tration et l'emballage des cellules ou des globulines, pour ne citer que les plus importants Les paramètres a) et b) ont cependant une influence déterminante sur la qualité de départ du produit traité. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 Procédé pour réchauffer des suspensions ou des solutions de substances cellulaires vivantes (produit congelé) qui ont été congelées dans des sachets plats en plastique, caractérisé en ce que a) on place le sachet en plastique contenant le produit congelé entre deux plaques chauffantes pouvant être écartées et approchées l'une de l'autre, par lesquelles le produit congelé est réchauffé à une température préfixée, b) on imprime au produit congelé, pendant le chauffage et par oscillation des plaques chauffantes, un mouvement qui augmente la transmission de chaleur lors de la fonte du produit, et c) on retire enfin le sachet en plastique contenant le produit fondu lorsque celui-ci a atteint la température préfixée, les plaques chauffantes étant à cet effet écartées l'une de l'autre. 2 Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il est formé de deux plaques chauffantes ( 2 a, 2 b) qui peuvent être approchées et écartées l'une de l'autre selon les désirs et qui sont destinées à recevoir entre elles un sachet de plastique ( 1) contenant un produit congelé, les plaques pouvant être chauffées à une température préselectionnée et étant portées par un support ( 14) susceptible d'être animé de façon rythmique d'un mouvement elliptique par un dispositif d'oscillation ( 6,7) au- dessus d'une plaque de base ( 15) fixe. 3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est équipé de dispositifs de mesure ( 20, 21, 22) qui, pendant le réchauffage, déterminent la température superficielle des plaques chauffantes ( 2 s, 2 b) et la température de la surface extérieure du sachet de plastique ( 1). 4 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que, pour la mesure de la température superficielle du sachet de plastique, des capteurs de température superficielle traversent l'une des plaques chauffantes ( 2 a) et sont pressés élastiquement contre la surface du sachet de plastique ( 1). Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est équipé de palpeurs mécaniques ( 22) qui sont pressés élas- tiquement contre le sachet de plastique ( 1) contenant le produit congelé et qui déclenchent un signal lorsque le produit est complète- ment fondu. 6 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est équipé de dispositifs de mesures qui, lorsque la tempéra- ture préfixée est atteinte, déclenchent l'écartement des deux plaques chauffantes et le soulèvement du produit congelé de la plaque chauffante inférieure ( 2 b). 7 Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque plaque chauffante se compose d'une plaque en plastique ( 19) thermiquement et électriquement isolante, sur laquelle est collée une plaque ( 18) à conducteur chauffant, sur laquelle est appliquée d'abord une mince plaque ( 17) & conducteur chauffant puis une plaque de cuivre ( 16).