(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分離すべき生物学的流体と分離された複数の成分を収容する１組の容器(40,42〜44)と、
任意に追加される添加剤溶液用の１又は２以上の容器(41)と、
回転軸を中心にして回転可能であってかつ処理すべき生物学的流体及びこの流体の処理済み成分の注入口／排出口(7)を有する中空の遠心処理チャンバ(20)と、
前記処理チャンバは生物学的流体を収容するために種々の寸法の分離空間を規定する軸方向可動部材(21)を有し、前記部材(21)は処理すべき生物学的流体の選択された量を前記注入口を介して前記分離空間に取込みかつ処理された生物学的流体の成分を前記排出口を介して前記分離空間から圧し出すために軸方向に移動可能であり、
取込まれた生物学的流体の量及び分離された複数の成分の圧し出しを制御するために前記軸方向可動部材(21)の位置をモニタするための手段(60〜69)とを備え、
前記処理チャンバ(20)と選択された容器(40〜44)との間の選択的な連通を行うか又は前記処理チャンバ及び容器を連通から外すための分配バルブ装置(45〜48;120〜127)を更に備え、
更に分離モードと非分離移送モードの２つの動作モードで装置の動作を制御するための手段を有する、生物学的流体を複数の成分に処理及び分離するための装置であって、
前記分離モードでは、前記処理チャンバ(20)を回転又は静止した状態で流体を前記チャンバに取込むことができ、前記チャンバに取込まれた流体を遠心によって複数の成分に分離し、更に前記チャンバを回転させながら、又は最終分離成分に対しては必要に応じて前記チャンバを静止させた状態で、前記分離された成分を圧し出し、更に
前記移送モードでは、前記処理チャンバ(20)が、前記部材(21)を軸方向に移動させることにより、遠心することなくかつ流体を複数の成分に分離することなく、流体を取込み、かつ前記チャンバを静止させた状態で流体を圧し出し、前記バルブ作動装置(45〜48;120〜127)が、前記処理チャンバ(20)を介して所定量の流体を一つの容器(40〜44)から他の容器へ移すために作動可能であり、更に前記軸方向可動部材(21)の位置をモニタするための手段(60〜69)が移送される非分離流体の量を制御する
ことを特徴とする生物学的流体を複数の成分に処理及び分離するための装置。
【請求項２】
前記分配バルブ装置は、マニホールドアレイ(58)又はマルチポート回転バルブ(120〜130）に配置された１組の回転ストップコックバルブ(45〜48)を備えた請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記分配バルブ装置は、前記一組の容器(40,42〜44)を相互接続する配管に接続された複数のストップコックバルブ(45〜48)と、前記任意に追加される容器(41)と、前記処理チャンバ(20)とを備え、
更に前記ストップコックバルブは、各ストップコックバルブ(45〜48)が駆動手段(100〜103)に連結されたシャフト(84〜87)を持つ回転ストップコックバルブ部材を有し、前記シャフトの回転は前記ストップコックバルブの配管を選択的に接続又は切断する請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記回転ストップコックバルブ部材の所定の角度の配列でのみ各ストップコックバルブ(45〜48)の挿入を許容するための手段を有する請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記分配バルブ装置は環状ステータ(126)に回転可能に設けられた中央ロータ(127)を有するマルチポートバルブを備え、
前記ロータは前記処理チャンバ(20)に接続されかつ前記ロータの外周部に至る中央ポート(120)を有し、
前記ステータは選択された角度位置に複数のポート(121〜125)を有し、各ポートが容器(40〜44)に接続されかつ前記環状ステータの内周部に至り、
前記ロータの前記中央ポート(120)は前記ロータ(127)の回転によって前記ステータ(126)の選択されたポート(121〜125)に接続可能か又は切断される請求項１又は２に記載の装置。
【請求項６】
前記可動部材は略円筒状の遠心処理チャンバ(20)に流体が漏れないようにして移動可能に設けられたピストン(21)である請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記ピストン(21)の位置をモニタするための光学的手段を更に備え、前記手段は前記ピストンの軸に概略平行な複数の発光素子(60)からなる配列と、前記ピストンの軸に概略平行な複数の受光素子(61)からなる配列とを有し、
前記受光素子(61)は前記ピストン(21)を通過又は透過するか又は前記ピストン(21)によって反射された前記発光素子(60)からの光を受け取り、更に前記ピストンの位置を表す信号(62)を出力するように配置された請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記受光素子(61)は前記信号(62)を前記ピストン(21)を移動させるための手段(70,71)と前記ピストンの位置を制御するための手段(60〜65)とに向けて出力するように配置された請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記取込みモードの間前記配管が空である場合に前記生物学的流体の取込みを停止するために、及び／又は前記圧し出しモードで前記分配バルブ装置(45〜48;120〜127)を切換えるための信号を付与するために、前記軸方向の注入口／排出口(7)に接続された前記配管(51)内の流体をモニタする光学センサ(83)を備えた請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
軸方向の注入口／排出口は固定されたハウジング(1〜2)に装備可能な回転シール(3〜6)を有し、前記シールは回転可能な前記チャンバ(20)において正圧及び負圧状態で動作可能である請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記処理チャンバ(20)はこのチャンバの両端にあるベアリング(9;72,73)からなる手段によってその軸を中心にして回転するように設けられ、前記チャンバ(20)の一端は前記チャンバの外周部で何ら支持なしに、前記チャンバの底部(22)を回転板(55)に接続させることによって前記チャンバ(20)を回転させるための手段(55〜57)に連結された請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記２つの動作モードで前記装置の動作を制御するための手段は自動化されたプロトコルを制御するマイクロプロセッサに基づく制御装置を備えた請求項１乃至請求項１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項１２のいずれか一項の記載に基づく装置で生物学的流体を処理及び分離するための方法であって、
前記処理チャンバ(20)を回転又は静止させたままで前記生物学的流体を前記処理チャンバ(20)に取込み、前記チャンバに取込んだ流体を複数の成分に分離するために前記流体を遠心し、更に前記チャンバを回転、或いは最終成分に対して前記チャンバを静止させたままで、前記分離された複数の成分を圧し出すことにより、前記分離モードで動作する前記装置によってなされる生物学的流体の分離工程と、
前記処理チャンバ(20)を静止させた状態で前記生物学的流体を前記処理チャンバ(20)に取込み、一定量の流体を前記処理チャンバ(20)を介して一方の容器(40〜44)から他方へ移すために遠心又は前記流体を複数の成分に分離することなく前記バルブ分配装置(45〜48;120〜127)を作動させ、移送される非分離流体の量を制御するために前記可動部材(21)の前記位置をモニタすることにより、前記移送モードで動作する前記装置によってなされる前記生物学的流体の移送工程と
を有することを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記生物学的流体の一成分を所定の容器(42)に分離し、前記所定の容器(42)に分離された前記成分の量を前記部材(21)の位置をモニタすることによって制御し、更に前記移送モードで前記処理チャンバ(20)を介して添加剤容器(41)から前記所定の容器(42)へ添加剤溶液を移し、前記移される添加剤溶液の量を前記所定の容器(42)における前記分離成分の量の関数として計算する請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
濃度勾配プロダクト及び血液が前記処理チャンバ(20)に導入され、前記生物学的流体の一成分は所定の容器(42)に分離され、更に前記濃度勾配が出現するとその収集が完了する請求項１３又は請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記２つの動作モードでの前記装置の動作はマイクロプロセッサに基づく制御装置による自動化されたプロトコルを制御する制御装置に従って制御される請求項１３乃至請求項１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
請求項１乃至請求項１２のいずれか一項の記載に基づく装置の前記遠心処理チャンバ(20)を有し、生物学的流体の選択された量を収集及び分離するための使い捨て可能なセットであって、
前記遠心処理チャンバ(20)の注入口／排出口は生物学的流体の容器(40)に接続され、追加される添加剤を含む容器(41)と前記生物学的流体の分離された成分を収容するための複数の容器(42〜44)とは、マニホールドアレイ(58)に配置された１組の回転ストップコックバルブ(45〜48)又はマルチポート回転バルブ(120〜130）を有する分配バルブ装置によって、相互接続されたことを特徴とする使い捨て可能なセット。
【請求項１８】
前記分配バルブ装置は請求項３に定められた複数のストップコックバルブを備えた請求項１７に記載の使い捨て可能なセット。
【請求項１９】
前記分配バルブ装置は請求項３に定められたマルチポートバルブを備えた請求項１７に記載の使い捨て可能なセット。
【請求項２０】
１０ｍｌから前記分離チャンバ(20)の最大容量までの生物学的流体の可変容量を処理し、かつ前記分離した成分に添加剤溶液を添加するための請求項１乃至請求項１２のいずれか一項に記載の装置の使用方法。
【請求項２１】
血液から幹細胞を分離し、この分離された幹細胞を保存溶液と混合するための請求項２０に基づく使用方法。
【請求項２２】
臍帯血、血液成分コレクション、又は骨髄吸引液から造血幹細胞を分離するための請求項２１に基づく使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
この発明は、全ての血液中に見出されるような生物学的細胞の自動処理及び分離に関し、より具体的には造血幹細胞のような特定の細胞群を直ぐの使用のために採取することを可能にするか、又は後での分離保存操作のためにそれらを添加剤溶液又は保存溶液と混合することを可能にする機能的に閉じた装置、及びそのような採取を行うための方法に関するものである。
【０００２】
【発明の背景】
有効な血液成分治療に対する必要性の高まりに応えて過去２０年間にわたって様々な血液分離装置及び方法が登場した。それらの中で造血始原幹細胞の移植は、多くの場合、腫瘍疾患に対する唯一の残された療法である。幹細胞の移植を必要とする患者は主に３通りの選択肢がある。即ち、
１）成人骨髄幹細胞、
２）循環系で見出される末梢血液幹細胞、及び
３）新生児誕生時に得られる臍帯及び胎盤血に見出される幹細胞
である。
【０００３】
殆どの幹細胞移植にとって、主な限定要因は移植片対宿主病（ＧＶＨＤ）を被る危険性であり、優れたＨＬＡ適合組織（ＨＬＡ＝ヒト白血球関連）を必要とすることである。
【０００４】
臍帯血は、未分化造血及び前駆細胞の豊富な供給源であり、広大な増殖能力と自己再生能とを有する。この分野は、ＨＬＡ適合移植片のみを利用した臨床移植材料から幹細胞移植にとってより一層大きな適用範囲を広げる血縁関係のないドナー細胞移植に向けて急速に進歩した。臍帯血による臨床経験の増加は、主に血縁関係のない臍帯血由来の造血幹細胞を保存するバンクの創設に負うところが大きい。
【０００５】
臍帯から収集した血液の容量は一般に非常に少なく（４０乃至１５０ｍｌ）、プロダクト操作及び濃縮の際のいかなる試みも幹細胞の損失を招くかもしれず、それによって移植が損なわれるかもしれない。従って、臍帯血はしばしば添加された保存溶液とともにそのまま保存される。より好ましい方法は、赤血球や白血球といった最も多い不必要な細胞を取り除くことであり、それによって容量がかなり減少する。保存液の量を減らすことが必要であり、より小さなバッグ、より小さな保存空間が使用され、かなりのエネルギーを節約することができ、この移植の全てが実質的に経費節約となる。保存によって生ずる溶解細胞が急激に減少するので、再移入の際に幹細胞プロダクトの質が同様に著しく改善される。
【０００６】
オンラインで臍帯血細胞を処理及び濃縮する装置又は自動化装置は存在していない。それにもかかわらず、臍帯血幹細胞の機能性が喪失又は変化することなく該臍帯血幹細胞を濃縮することに対する関心がかなり存在している。
【０００７】
本明細書でその内容が援用されるEP-B-0 912 250(C.FELL)は、生物学的流体を処理して複数の成分に分離する装置を記載しており、この装置は分離すべき生物学的流体と分離された成分とを収容する一組の容器と、任意に追加される添加剤溶液用の１又は２以上の容器とを備える。中空の遠心処理チャンバを回転駆動ユニットに固定することで、回転軸を中心にしてこの遠心処理チャンバを回転させることができる。処理チャンバは、処理すべき生物学的流体及びこの生物学的流体の処理済み成分の注入口／排出口を有する。この注入口／排出口は、生物学的流体の遠心処理全体が行われる容量可変の分離空間に連通している。処理チャンバは、処理チャンバの端壁から延びた略円筒状の壁部を有する。この略円筒状の壁部は、その中に回転軸と同軸的な中空開口円筒空間を占める中空処理チャンバを規定する。また、軸方向の注入口／排出口は略円筒状の壁部と同軸的な前記端壁に形成され、中空処理チャンバに開口している。処理チャンバは、ピストン等の軸方向可動部材を該略円筒状の壁部内に有する。容量可変の分離空間は、略円筒状の壁部によって、また処理チャンバの略円筒状の壁部に含まれる軸方向可動部材によって、処理チャンバの上部に規定される。ここで、可動部材の軸方向の動きによって分離空間の容量が変化する。可動部材は、軸方向に沿って処理チャンバ内で可動可能な状態となっており、遠心処理前又は遠心処理中に注入口を通して処理すべき生物学的流体の選択された量を分離空間に取込み、遠心処理中又は遠心処理後に処理済みの生物学的流体成分を分離空間から排出口を通して圧し出す。可動部材の位置をモニタするための手段が設けられており、それによって取込まれた生物学的流体の量や分離成分の圧し出しを制御する。装置は、更に処理チャンバと選択された容器とを選択的に連通させたり、又は処理チャンバと容器との連通状態を解除したりするために、分配バルブ装置を有する。
【０００８】
EP-B-0 912 250に基づく装置は、生物学的流体の分離操作のために設計されており、多くの分離用途、特にドナー又は患者からの成分のオンライン分離（on-line separation）に対してかなり多価（polyvalent）であることが証明されている。
【０００９】
【本発明の開示】
本発明によれば、そのような装置は請求項１に定義したような分離モード、及び非分離移送モードで動作するように定められていて、今まで考えもつかなかったような新たな用途、例えば造血幹細胞の分離を含み、かつ一般に実験室での処理におけるこの装置の利用についてより多くの可能性を提供する。本発明によれば、この装置は、以下のように動作するように定められていて、即ち、
・分離モードにおいて、処理チャンバを回転又は静止した状態で流体を該チャンバに取込むことができ、チャンバに取込まれた流体を遠心によって複数の成分に分離し、更にチャンバを回転させながら、又は最終分離成分に対しては必要に応じてチャンバを静止させた状態で、この分離された成分を圧出し、更に、
・移送モードにおいて、処理チャンバは、部材を移動させることにより、遠心することなく、また流体を複数の成分に分離することなく、流体を取込み、かつ該チャンバを静止させた状態で流体を圧出する。バルブ作動装置は、処理チャンバを介して所定量の流体を一つの容器から他の容器へ移すために作動可能であり、更に可動部材の位置をモニタするための手段は、移送される非分離流体の量を制御する。
【００１０】
本発明の更なる特徴は、請求の範囲に明確に述べられている。従って、この発明は、ポータブル装置に付随した機能的に閉じた（functionally closed）処理キットを提案する。その機能は、手順をモニタするとともに自動化することである。キットは、一般に病気が伝染する可能性を避けるために使い捨てであり、また処理すべき血液量を正確に調整可能とするために、操作している間にその容量を変えることができる遠心処理チャンバをベースとしている。そのような容量が可変なチャンバは、既に指摘したEP-B-0 912 250(C.FELL)に開示されている。チャンバは、分離成分を収集するために一組のバッグ及び配管に接続されている。処理用血液を含んだ血液バックは、一般に滅菌接続装置又は層流下（under laminar flow）での無菌接続を使って使い捨て可能なセットに接続される。しかし、このバックに抗凝血剤を事前に充填させ、また事前に使い捨て可能なキットに接続しておくことも可能である。
【００１１】
添加剤溶液を含むバッグに細菌用フィルタを介して使い捨て可能なキットを接続することができる。他のバッグは分離成分の収集に提供される。幹細胞収集バック材料は、保存状態に応じて任意に選択される。
【００１２】
分離されたプロダクトを適当なバッグに運ぶための配管（tubing line）選択は、マニホールドアレイに配置されるストップコックと呼ばれる一組の回転バルブによって、又はこのセットの一部を形成する１個のマルチポート回転バルブによって達成することができる。そのような構成によって、標準的なつまみバルブを使用する場合に隣接配管間のいかなる相互汚染も除去することが可能となる。
【００１３】
EP-B-0 912 250(C.FELL)に記載されているように、上記の使い捨て可能なキットは、プロセスをモニタし、かつ自動化するための機器と協働する。遠心によって遠心処理チャンバを受け、かつそれを所定位置に固定する回転ディスクが駆動する。その閉鎖カバーは処理チャンバの回転シールのハウジングを把持するだろう。
【００１４】
ピストン位置をモニタするために、１８０°に配置されたＬＥＤアレイと対応の受光センサとからなる光学センサを遠心機の側面に対して垂直に実装する。従って、チャンバに取込まれる容量又はチャンバから圧し出される容量を正確に測定することができる。上板は排水配管の色をモニタする光学ラインセンサモジュールを受け、この情報を制御プログラムにフィードバックする。１組のマルチプルストップコックを駆動するための取付具を備えた一連のシャフトが上板から突き出ている。それらは配管選択を可能とする１組のモータに連結されている。エンコーダがストップコックバルブ位置をモニタするためにモータに取り付けられている。フロントパネルは、ユーザがチャンバ内のピストンの変位を見ることができるウィンドウを組込んでいる。
【００１５】
臍帯から幹細胞を採取するための方法は以下の通りである。最初に、血液を生誕時に臍帯から採取して無菌状態でプラスチックバッグに集める。この際、凝固を防ぐためにクエン酸リン酸塩デキストロースＣＰＤ−１のような抗凝固剤を添加する。最初のサンプリングが幹細胞でのその豊富さを評価するために行われた後、バッグを滅菌的又は無菌的に処理キットに接続し、セット全体を分離装置上に搭載する。装置は好みに応じて最初に分離モード又は移送モードで動作する。分離モードでは、遠心機が約４０００ｒｐｍで分離チャンバの駆動を開始し、チャンバのピストンを空気圧で下げることによって血液が導入される。そして２つの状況が起こる。もし処理する血液の容量が処理チャンバの容量よりも小さければ（排出配管の空の状態で検出したように）、ピストンは空気圧で中間の位置に保たれ、ピストン位置センサによってモニタされる。もし血液の容量が完全に分離チャンバを満たすならば、ピストンがチャンバの底部に達することによって検出され、空気圧縮機が停止する。療法の場合、遠心速度が約６０００ｒｐｍに上昇して沈降時間を５乃至８分に縮める。この時間の後、遠心速度がゆっくりと低下して約４０００ｒｐｍとなる。ストップコックが回転して分離したプロダクトの収集を可能とし、空気圧が徐々に増加してピストンを上方に動かす。チャンバ内の細胞の沈降プロフィールを保つために、ピストンの速度が低く保たれ、ピストン位置センサによってアクティブにモニターされる。注入ラインからの最初のミリリットルを幹細胞バッグにパージする。血漿を採取し、続いて第１バッグに収集する。その後血小板が続き、中間層、又は軟膜（バフィーコート）にパックされる。最初の血小板の出現期間は、流出ライン配管をモニタする光学ラインセンサによって検出する。そのとき、ストップコックバルブを回転させることで幹細胞が非常に豊富にあるプロダクトを直接第２収集バックに導く。他の因子の中で処理した全血液容量に依存する容量カウンターを起動する。この計算された容量に達すると、遠心機が停止する。適当なストップコックバルブを回転させ、最終プロダクト、本質的に残存顆粒球とともに凝集した赤血球を第３の収集バッグに採取した。次にもし臍帯血が全体的に処理されていなければ、別のサイクルを再開させることができる。さもなければ、分離及び幹細胞収集プロセスはこの段階で完了する。
【００１６】
しかし、プロダクトを更に精製することを考えると、幹細胞を含むバッグの含有物を再処理することが可能である。この場合、適当なストップコックバルブを回転させて幹細胞濃縮バッグの含有物を摂取する。幹細胞が豊富な層を収集するための手順は、既に説明したものと同様である。
【００１７】
幹細胞が豊富な部分を軟膜から単離する別の選択肢は、例えばフィコル(Ficoll)及びパーコル(Percoll)という名で入手可能な濃度勾配プロダクトを用いることである。この別の手段では、濃度勾配プロダクトは最初に処理チャンバに導入され、続いて全血が導入され、更に生物学的流体の成分が所定の容器の中に分離されて濃度勾配が生じたときにその収集が完了する。場合によっては、処理中に濃度勾配プロダクトを導入してもよい。
【００１８】
フィコルを用いることは、例えば、濃度勾配を処理チャンバに最初に導入し、続いて全血を導入することからなる。チャンバへの血液導入が完了した後に、数分の沈降時間が開始される。幹細胞及び血小板は、勾配の前面に界面を形成し、赤血球及び顆粒がフィコルを通過して分離チャンバの壁に対して保持される。ピストンは次に標準的な手順でゆっくりと持ち上がり、最初の血小板の出現期間に幹細胞が収集される。収集を止めるのに適当な瞬間であるフィコルがチャンバから出る時に排出ラインが再び清浄化される。
【００１９】
幹細胞を上記方法の一つによって収集する時、適当なストップコックを回転させることによって装置を移送モードで作動させ適当な保存溶液を処理チャンバに導入することができる。続いて幹細胞は幹細胞バッグに再び移され、その容量がピストン位置センサによって正確に調整される。
【００２０】
幹細胞が豊富に含まれたプロダクトを収容するバッグは、この段階でセットの残りの部分から分離することができる。その容量の範囲は２０〜４０ｍｌであり、処理した初期容量に依存する。次に分離による副生成物、血漿及び充填赤血球を血清学及びＨＬＡ型を決めるのに使用することができ、幹細胞バッグへのサンプリングによるプロダクトのいかなる損失も避けられる。
【００２１】
この分離装置及び方法は、手作業による処理方法に対して著しく優れた特徴を有する。使い捨て可能なキットは、機能的に閉じた装置であり、操作中においてプロダクトが汚染されるいかなる危険性をも回避する。遠心速度、遠心時間、導入及び採取の速度、収集する容量等、主なパラメータを変更することが可能なマイクロプロセッサをベースとする制御装置を介してプロトコルが完全自動化されている。幹細胞プロダクトに対する容量減少は、当該技術分野の現行の状況と比較して少なくとも５０％の増加を示す。インストルメンテーションは非常にコンパクトで、かつポータブルであり、そのような手順の分散化した処理にとって理想的である。
【００２２】
本発明の更に別の態様は、上記装置を用いて１０ｍｌから分離チャンバの最大容量まで変化する容量からなる生物学的流体を処理するために、また分離された成分に添加剤溶液を添加するために、特に血液から幹細胞を分離して保存溶液と分離幹細胞とを混合するために；臍帯血から造血幹細胞を分離するために；血液成分（apheresis）コレクションから造血幹細胞を分離するために；更に骨髄吸引液から造血幹細胞を分離するために、上記した装置を使用することである。
【００２３】
添付した図面を参照しながら実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。
【００２４】
【装置の詳細な説明】
処理チャンバ２０は、EP-B-0 912 250(C.FELL)に記載されたものに基づいている。図１は、処理チャンバ２０の概略図である。回転シール１２は、上端部１０に位置している。回転シール１２は上部材１と下部材２とから構成される。それらの間には研磨したステンレス鋼又はセラミック等の概略低摩擦の材料からなる摩擦ディスク３が配置されている。ポリカーボネート等の生体適合性材料で作られた中央配管７は上部材１に取付けられる。Ｏリング８は、上部材２と摩擦ディスク３との間の気密性を確かなものとする。回転シール１２は、処理チャンバ２０の上端部１０に嵌合した中央ブッシュ１１上に設けられる。しかし、中央ブッシュ１１はチャンバ２０の一体成形部分とすることができる。中央配管７の壁部と中央ブッシュ１１との間のギャップは、何らかの液体がブッシュ１１の上端部に達するのを阻止するための高回転インピーダンスを与えるために小さくなっており、例えば０．５ｍｍである。ボールベアリング９がブッシュ１１に設けられており、処理チャンバ２０の適当な配向を確実にする。２つのゴムシール５，６は摩擦ディスク３の両面に位置しており、シール５は上端側、そしてシール６は下端側である。シール５及び６はＶシール型であり、正圧及び負圧の両方の気密性を少なくとも±０．５バールまで確実なものとする。
【００２５】
ピストン２１は、ポリカーボネートのような透明な材料から作られたもので、２つのＯリング２４及び２５が装備される。これらのＯリングはシリコンのような低摩擦材料から作られている。処理チャンバ２０はバクテリア用フィルタ２３を保持したキャップ２２によってその底面が閉ざされている。空気はキャップ２２の中央開口部２６及びフィルタ２３を通過することができる。ピストン２１の位置は、光学センサアセンブリ６０及び６１によって正確にモニタされる（図２）。アセンブリ６１は、垂直方向に配列されたＬＥＤからなり、好ましくは周囲光の妨害を減少させるために赤外スペクトルで光を放すものからなる。他のＬＥＤからの干渉を防ぐためにＬＥＤに対面したピストン２１のみがオンとなる。光線は透明ピストン２１、２つのＯリング２４及び２５の間を横切る。ＣＣＤ（電荷結合素子）リニアアレイ６１は別の面に１８０°の角度で置かれており、アレイ６１の露光されたピクセルがピーク状の信号６２を生成する。
【００２６】
信号６２が低域フィルタ６９に送られ、濾過された信号はコンパレータ６７に送られる。この際、コンパレータ６７はポテンシオメータ６８から周囲ノイズと濾過信号とを見分けるための閾値も受信する。コンパレータ６７からの出力はカウンタ６５のイネーブルゲートと結合する。クロック信号６６を用いてＣＣＤリニアアレイ６１の個々のピクセルからの応答を取り入れ、これをカウンタ６５の入力に送る。カウンタ６５の出力はＣＰＵ６４に接続されており、このＣＰＵ６４はピストン２１の位置を計算し、必要に応じてマルチプレクサ／ＬＥＤドライバ６３を介してオンとなったＬＥＤ６０を切換える。同様に、必要に応じてＣＰＵ６４は、ピストン２１の位置を制御するためにこのピストン２１の下に加えられた圧力を増加又は減少させるためにコンプレッサ７１に供給されるコンプレッサドライバ７０からの信号を変化させるだろう。
【００２７】
このことは、ピストン２１の位置感知の一例にすぎない。光源６０は、フィラメント電球、又は単一線光源とすることができる。ＣＣＤリニアアレイ６１は、複数の光検出器からなるアレイと置き換えることもできる。受信検出器（６１）もまた発光装置６２の近傍に置くことができ、装置はピストン２１を通る透過光よりはむしろピストン６１からの反射光を用いて動作する。
【００２８】
使い捨て可能なセット（図３）は、バッグ４０〜４４と、ストップコック４５〜４８に接続した配管と、処理チャンバ２０とから構成される。バッグ４０は、処理すべき臍帯血を含む。バッグ４１は、保存溶液、一般にＤＭＳＯ（ジメチルスルフォキシド）溶液をベースとするものを含む。それはバクテリア用の０．２ミクロンフィルタ５４を介して使い捨て可能なセットに接続されている。バッグ４２は、幹細胞が豊富なプロダクト用の収集バッグである。そのプラスチック組成物は、長期間の保存に適した材料から構成されている。バッグ４３は血漿用の収集バッグであり、バッグ４４は赤血球用のものである。
また、図３はチャンバの外周部に何ら支持なしにこのチャンバの底部２２を回転板５５に接触させることによってチャンバ２０を回転させるための手段を示す。
【００２９】
マニホールド５８に配列された複数のストップコック４５〜４８（図５）によって、異なる配管間の接続が可能となる。これらの回転式のストップコックは、配管ピンチバルブの場合と同様に、隣接ライン間の切断に優れており、閉じたラインと開いたラインとの間で確実に漏れが生じないようにする。そのようなマニホールドストップコックは、様々な形態で存在しており、商業的に入手可能である。ストップコック４５〜４８は１組のモータ１００〜１０３によって駆動される（図５）。それらのモータの上側シャフト８４〜８７は、キャビネットの上板８８に形成された貫通孔を用いて各々のストップコック４５〜４８の底部に嵌合されている。実行可能な手作業による作動を可能とする安全尺度として、シャフトを一つの位置のみでストップコックに嵌合することができ、この目的のためにマッチングインデントがシャフトとストップコックとの間に設けられる。モータはステップモータ又はリダクタを有するＤＣモータとすることができる。これらはポジションエンコーダ１０４〜１０７が装備され、それらの信号がマイクロプロセッサ制御ユニットにフィードバックされ、ストップコックが正確に配置されていることを確かなものとする。
【００３０】
マニホールドストップコックの使用にとって代わるものは、図６及び図７に示すような回転マルチポートバルブである。中央ロータ１２７がステータ１２６に挿入されている。ロータ１２７は摩擦によって回転することができ、またモータのシャフトに連結することができる。処理チャンバ２０に接続された中央ポート１２０は、７２°の角度ステップで制御された回転によって周辺ポート１２１〜１２５に接続することができる。実行可能な手作業による作動を可能とするための安全尺度として、中央ポート１２０を周辺ポートに隣接したその選択された角度位置にスナップ保持するために、マッチングインデント又は他の手段をロータ１２７及びステータ１２６に設けることができる。単一のモータが嵌合穴１３２を介してロータを駆動するのに必要である。２つのＯリング１３０〜１３１は、外部との水密性を確実にする（図６）。
【００３１】
インストルメンテーションを保持するキャビネットを図８に示す。それは、処理チャンバ２０の回転シール１２を保持するためのカバー９４を有する。カバー９４は、ヒンジ８９で回転することが可能な２枚の半円板から構成される。光学ラインセンサ８３は、流出配管５１の色の検知を可能とする。それによって赤及び緑のような異なる波長の２つのＬＥＤ光検出器チャンネルを保持するとともに、チャンバ２０からの出てきた最初の細胞を検出することができる。液体がチャンバに導入される場合、流出ライン配管の空の状態を等しく検出することができる。圧力ポートメージャメント８６は使い捨て可能なセット上に位置したバクテリア用フィルタ４９を収容する。このことは、処理チャンバ２０の圧力をモニタすることを可能とする。ストップコックドライバモータ１００〜１０３（図５）の上側シャフト８４〜８７はラインセンサ８３の後ろに位置している。傾斜モジュール９０はユーザ情報のためのディスプレイ８２とインストルメンテーションを制御するためのキーボード８１とを受ける。ウィンドウ９１はフロントパネル９２に位置しており、チャンバピストン動作に対する視認性を与える。
【００３２】
【臍帯血分離のための適用】
図９．１乃至図９．６は、臍帯血分離のための適用を例証する。バッグ４０は幹細胞を豊富に含む臍帯血を含むもので、この臍帯血は子供の生誕時に臍帯から採取したものである。
【００３３】
このバッグ４０は、血液凝固を防ぐためにＣＰＤのような抗凝固剤を含んでいる。配管５３は滅菌接続装置を用いて配管５２に滅菌接続されているか、又は層流下で無菌的に接続されている。しかしバッグ４０を事前にセット全体に接続しておくことも可能である。分離ステップは以下の通りである。
【００３４】
ステップ１（図９．１）：ストップコック４５及び４６を回転させてバッグ４０を処理チャンバ２０に接続する。遠心機を起動し、最初に４０００ｒｐｍの速度で安定させる。インストルメンテーションの空気圧装置によって真空状態を確立してピストン２１を下方に動かす。その速度は、光学センサアセンブリ６１及び６２によってモニタし、それに応じて真空レベルを調整する。もしバッグ４０の容量がチャンバ２０の処理容量よりも小さければ、流出配管５１が空となるだろう。このことは光学ラインセンサ８３によって検出される。ピストン２１は空気圧装置を介して逆圧を生じさせることで静止したままに保たれ、またチャンバ２０に取込まれた容量が記録される。遠心速度は徐々に増加して６０００ｒｐｍに達するとともに、ピストン２１を同じ位置に保つことで圧力が増加する。バッグ４０の容量がチャンバ２０の処理容量よりも大きい場合、ピストン２１がチャンバの底部に達し、空気圧装置がオフとなる。両方の場合とも、約５〜８分の沈降時間経過後、遠心速度がゆっくりと減少する。その一方でピストン２１の下の逆圧が一定に保たれる。ストップコック４６、４７、４８を回転させて処理チャンバ２０と血漿バッグ４３との間の経路を確立する。
【００３５】
ステップ２（図９．２）：遠心機が速度を一般に約４０００ｒｐｍに落とすと、採取速度が約１００ｍｌ／分となる事前設定速度でピストン２１が上方向に移動し始める。この値は、プログラムパラメータを介して変更することができる。血漿がバッグ４３によって収集され始める。採取された血漿の容量は、取込んだ容量の約４０％であり、採取速度は半分に減少するであろう。軟膜層に含まれる最初の血小板が採取され始める。このことは、光学ラインセンサ８３における吸光度によって検出される。制御プログラムによってパラメータ化することができる吸光度があるレベルにあると、ストップコック４７が回転して処理チャンバ２０とバッグ４２との間に経路を確立する。
【００３６】
ステップ３（図９．３）：容量カウンタが作動し、幹細胞がかなり豊富なプロダクトの収集を行う。採取速度は常にピストン光学センサアセンブリ６１及び６１２の制御下にある。容量カウンタの値は、プログラムメニューでユーザによって変更することができる。それは、濃度及び寸法の点でリンパ球集団と同様の特徴を有する幹細胞の集団全体を包含するために選択される。そのような値は一般にチャンバに取込まれた容量の２０乃至３０％に相当する。この容量に達すると、ストップコック４７及び４８が回転してバッグ４４との経路を確立する。
【００３７】
ステップ４（図９．４）：このステップで遠心機が一般に停止し、圧力が減少して残りの赤血球細胞をバッグ４４の中に滑らかに抜き取ることが可能となる。このフェーズは、ピストン２１が処理チャンバ２０の上端に達すると完了し、ピストン光学センサアセンブリ６１及び６２によって検出される。この段階で、もしバッグ４０が空ではないとするならば、プロセスはステップ１で再び開始され、さもなければ移送モードであるステップ５を進めるであろう。任意のフェーズは、バッグ４２の含有物を処理チャンバ２０に戻し、プロダクトを再び遠心し、更に既に述べたように分離されたその成分をバッグ４３、４２、及び４４に圧し出すことによって幹細胞プロダクトを更に分離するためのものである。
【００３８】
ステップ５（図９．５）：保存溶液バッグ４１と処理チャンバ２０との間に経路を確立するために、ストップコック４５及び４６を回転させる。保存溶液は一般に１０又は２０容量％ＤＭＳＯ化学薬品溶液をベースとした組成物であり、リン酸緩衝液も含むことができる。遠心機がアイドル状態にあると、空気圧装置によって真空を確立することでピストン２１が下方に動く。取込んだ容量はステップ４で記載した容量カウンタの一部である。この部分に達すると、真空が停止し、またストップコック４６及び４７が回転して処理チャンバ２０と幹細胞バッグ４２との間の経路を確立する。
【００３９】
ステップ６：（図９．６）：空気圧装置が下向きになり、ピストン２１が上方に動く。保存溶液が幹細胞バッグ４２の中身に加えられる。この移送モードは、ピストンが処理チャンバ２０の上端に達すると完了し、ピストン光学センサアセンブリ６１及び６２によって検出される。もし幹細胞プロダクトを血漿によって更に希釈する必要があると、任意の追加のフェーズが加えられる。この場合、ステップ５及び６が繰り返され、移送は、血漿バッグ４３、処理チャンバ２０、及び幹細胞バッグ４２の間で確立されるだろう。
【００４０】
上記したステップが完了すると、ストップコックの全てが４５°の角度に回転して連通ポートの全てを閉じる。バッグ４２〜４４はセットの残りの部分から取り外すことができ、この段階で廃棄処分することができる。幹細胞バッグ４２を次に分離貯蔵ユニットへ運ぶ用意ができ、バッグ４３内の副生成物血漿及び赤血球４４はＨＬＡ型合わせ及び品質管理アセスメントに使用される。
【００４１】
移送モード、即ちステップ５及び６を有することは、装置がただ単に分離モードで動作する場合に利用することができない装置に対して新たな用途、特に分離された成分に対して添加剤溶液を加える必要がある用途を切り開くことが容易に理解することができるだろう。
【００４２】
この発明がその本質的な特徴の精神から逸脱することなくいくつかの異なる形態で具体化することができることがわかる。本発明の範囲は添付したクレームに先行する特定の記述よりはむしろ、該クレームで定義される。従って、クレームの等価の意味及び範囲内にある全ての実施形態がクレームによって包含されることを意味している。
【００４３】
更に、新規の光学制御装置（６０〜７１）がここに記載されており、同様にストップコック（４５〜４８）及び配管の配置、マルチポートバルブ（図６及び図７）、正圧及び負圧作用のための特定の回転シール（１〜７）、及びチャンバ２０を装備し保持用チャックなしに駆動が可能な特定の軸方向ベアリングが、全て異なる装置において有利に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は処理チャンバ及びその回転シールの側面断面図であり、血液成分の種々の沈降層を示している。
【図２】  図２は処理チャンバ及びその回転シールの側面断面図であり、ピストンセンサをモニタするための光学センサと制御センサとに関連している。
【図３】  図３は臍帯血を処理及び分離するためのマニホールドストップコック装置を保持する使い捨て可能なセットの模式的形態を例証するものである。
【図４】  図４はマニホールドにずらりと配置されたストップコックの模式的形態を例証するものである。
【図５】  図５は個々のストップコックをそれぞれ回転させるためのモータドライバ及び制御素子の模式的側面断面図である。
【図６】  図６はマルチポート回転バルブの模式的側面断面図である。
【図７】  図７は中央に位置し注入口／排出口と周囲に位置した関連ポートの広がりとを有する図６のマルチポート回転バルブを模式的に例証するものである。
【図８】  図８は処理を制御するためのインストルメンテーション及び装置を含むキャビネットの斜視図である。
【図９】  図９．１乃至図９．６は本発明に基づく１組のストップコック及び処理チャンバを含む使い捨て可能なセットを用いた臍帯血分離の種々のステップを示す機能図である。
【符号の説明】
１  上部材
２  下部材
３  摩擦ディスク
５，６  ゴムシール
７  中央配管（注入口／排出口）
９  ボールベアリング
２０  処理チャンバ
２１  ピストン（可動部材）
４０〜４４  バッグ（容器）
４５〜４８  ストップコック（分配バルブ装置）
５５〜５７  処理チャンバを回転させるための手段
６０  光センサアセンブリ（発光素子）
６１  光センサアセンブリ（受光素子）
６２  信号
６３  マルチプレクサ／ＬＥＤドライバ
６４  ＣＰＵ
６５  カウンタ
６６  クロック信号
６７  コンパレータ
６８  ポテンシオメータ
６９  低域フィルタ
７０  コンプレッサドライバ
７１  コンプレッサ
７２，７３  ベアリング
８４〜８７  上側シャフト
１００〜１０３  モータ
１２０  中央ポート
１２１〜１２５  周辺ポート
１２６  ステータ
１２７  中央ロータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９．１】
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【図９．２】
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【図９．３】
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【図９．４】
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【図９．５】
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【図９．６】
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