(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の散在成分を分離し収集するための収集システムであって、
液体を受け取る入口管（１４）と、
前記入口管（１４）に接続された円周方向に延在した分離容器を備え、液体の複数の成分を前記分離容器内部で複数の層に分離するための遠心装置（１５）と、
前記分離容器内の入口チャンバ（３１）であって、前記入口管（１４）から液体を受け取る入口チャンバ（３１）と、
前記分離容器内の出口チャンバ（３２）であって、分離された液体の複数の成分がそこから引出される出口チャンバ（３２）と、
前記分離容器内の隔壁（３３）であって、液体を前記入口チャンバ（３１）から前記出口チャンバ（３２）へ前記分離容器の円周方向に一方向に流すための隔壁（３３）と、
前記出口チャンバ（３２）内に位置し、より高密度の成分とより低密度の成分の界面に形成される前記散在成分の層をさえぎるための障壁（４２）と、
前記障壁の前方にあり、使用時、前記界面の所に位置し、前記散在成分の前記層を収集するための収集ポート（４０）と、
前記散在成分の溜りが前記障壁（４２）の前方に形成できるように前記収集システムを動作させる第１制御手段と、
前記貯蔵分の少なくとも一部分を前記収集ポート（４０）を通して取り出すように前記収集システムを動作させる第２制御手段と、
前記貯蔵分の少なくとも一部分をいつ取り出すか決定すると共に前記第１制御手段による前記収集システムの動作と前記第２制御手段による前記収集システムの動作とを切り替える第３制御手段と、
前記収集ポート（４０）に出口管（２１）によって接続された手段であって、前記第１制御手段と前記第２制御手段とに制御自在に接続された手段とを有する収集システム。
【請求項２】
出口管（２１）によって前記収集ポート（４０）に接続された前記手段が収集ポンプ（２２）をさらに含む、請求項１に記載の収集システム。
【請求項３】
入口ポンプ（１３）をさらに有し、
前記入口室（３１）が前記入口ポンプ（１３）から前記液体を受け取るように接続され、
前記円周方向に延在した分離容器が、第１端で前記入口チャンバ（３１）に接続され、第２端で前記出口チャンバ（３２）に接続された円周方向に延在する分離チャネル（３０）を更に有し、前記液体が前記分離容器を介して前記入口チャンバ（３１）から出口チャンバ（３２）にポンプ給送され、かつ前記液体が前記遠心装置の動作によって様々な層に層別化される、請求項１又は２に記載の収集システム。
【請求項４】
前記出口チャンバ（３２）が、前記障壁（４２）と、前記収集ポート（４０）と、前記収集ポートを通して除去されなかった液体を除去するための少なくとも１つの他のポートとをさらに含む、請求項１から３のいずれかに記載の収集システム。
【請求項５】
前記出口チャンバ（３２）が、前記障壁（４２）の後方に位置する界面位置調整ポート（４１）をさらに含む、請求項１から４のいずれかに記載の収集システム。
【請求項６】
プロセス・サイクル量が、前記液体内の前記散在成分の数と、前記収集システムの分離要因と、前記障壁の寸法に応じて決定され、前記プロセス・サイクル量が、前記障壁（４２）を越えてこぼれずに前記障壁（４２）の前方のスペースを充填する散在成分の前記貯蔵分を確立する前記液体の量であり、前記分離要因が、遠心速度と、入口流量と、分離容器の形状とに応じて決定され、
前記第３制御手段が、前記収集システムが散在成分の前記溜りを前記障壁（４２）の前方で形成させるための第１の期間を決定し、前記第１の期間が前記プロセス・サイクル量と前記入口ポンプ（１３）の体積速度に応じて決定されている、請求項１から５のいずれかに記載の収集システム。
【請求項７】
前記第３制御手段が、散在成分の前記溜りの量と前記収集ポンプの体積速度とから第２の時間を決定している、請求項６に記載の収集システム。
【請求項８】
前記液体が全血であり、前記散在成分が単核細胞であり、前記より高密度の成分が赤血球であり、前記より低密度の成分が血漿である、請求項１から７のいずれかに記載の収集システム。
【請求項９】
前記液体が全血であり、前記散在成分が顆粒球であり、前記より高密度の成分が赤血球であり、前記より低密度の成分が単核細胞および／または血漿である、請求項１から７のいずれかに記載の収集システム。
【請求項１０】
前記散在成分が前駆細胞および／または幹細胞である、請求項１から７のいずれかに記載の収集システム。
【請求項１１】
液体の散在成分を分離収集するための収集方法であって、
遠心装置（１５）の円周方向に延在する分離容器の入口管（１４）に液体を供給する工程であって、前記分離容器が、該分離容器内の入口チャンバ（３１）にして、前記入口管（１４）から液体を受け取る入口チャンバ（３１）と、前記分離容器内の出口チャンバ（３２）にして、分離された液体の複数の成分がそこから引出される出口チャンバ（３２）と、前記分離容器内の隔壁（３３）にして、液体を前記入口チャンバ（３１）から前記出口チャンバ（３２）へ前記分離容器の円周方向に一方向に流すための隔壁（３３）と、前記出口チャンバ（３２）内に位置し、より高密度の成分とより低密度の成分の界面に形成される前記散在成分の層をさえぎるための障壁（４２）とを有しており、
遠心装置（１５）を連続的に動作させて、散在成分と、より高密度の成分と、より低密度の成分の層に液体を分離させる工程と、
前記散在成分層を蓄積して前記障壁（４２）の前方に溜りを形成させる工程と、
蓄積された散在成分の溜りの少なくとも一部分を取り出す時を機械的に決定し、前記散在成分の溜りが蓄積された後に、蓄積した散在成分の少なくとも一部分を、前記障壁（４２）の前方にあり、前記溜り内の前記界面近くで位置決めされた収集ポート（４０）を通じて取り出す工程と、
終了点に達するまで、前記蓄積工程と取出し工程を繰り返すことを含む、収集方法。
【請求項１２】
前記より高密度の成分を前記障壁（４２）の先に流れさせ、前記より高密度の成分を前記障壁の後方にある第１出口ポート（３７）を通して取り出す工程と、
前記より低密度の成分を前記障壁を越えて流れさせ、前記より低密度の成分を、前記障壁の後方にある第２出口ポート（３９）を通して取り出す工程とをさらに含む、請求項１１に記載の収集方法。
【請求項１３】
前記液体内の前記散在成分の数と、前記収集システムの分離要因と、前記障壁の寸法に応じてプロセス・サイクル量を決定する工程をさらに含み、前記プロセス・サイクル量が、前記障壁を越えてこぼれることなく前記障壁の前方のスペースを充填する散在成分の前記溜りを確立するに必要な前記液体の量であり、前記分離要因が、遠心速度と、入口流量と、分離容器の寸法形状とに応じて決定されている、請求項１２に記載の収集方法。
【請求項１４】
前記散在成分の前記溜りを前記障壁（４２）の前方に形成させるための第１の期間を決定する工程をさらに含み、前記第１の期間が前記プロセス・サイクル量と前記入口管（１４）の体積流量とに応じて決定されている、請求項１３に記載の収集方法。
【請求項１５】
散在成分の前記溜りの量と前記収集ポート（４０）を通る体積流量とから第２の期間を決定する工程をさらに含む、請求項１４に記載の収集方法。
【請求項１６】
前記液体が全血であり、前記散在成分が単核細胞であり、前記より高密度の成分が赤血球であり、前記より低密度の成分が血漿である、請求項１１から１５のいずれかに記載の収集方法。
【発明の詳細な説明】
本発明は、全血などの液体の遠心処理用のシステムに関し、より詳細には、全血中の単核細胞成分など液体中に散在する物質種の収集の改善に関する。
発明の背景
遠心法は、血液をその諸成分に分離するために全血を処理するのに使用される技法である。全血を少なくとも二つの成分に分離する装置が米国特許第３，６５５，１２３号に開示されている。遠心分離機から引き出される成分の量の制御は、出力ポンプの速度を変えることによって達成され得る。血液産物と人間の接触を減らし、様々な血液源の相互汚染を低減するために、遠心装置に使い捨てのプラスチック容器を装着し、この容器を通して血液を循環させることができる。容器はモータ駆動される遠心取付具に装着される。代表的な容器は周方向分離チャネルで、チャネル内の様々な径方向位置に、遠心分離機で分離された血液諸成分を密度の異なる層として取り出すためのいくつかの出口が設けられている。最も密度の高い成分である赤血球（ＲＢＣ）はチャネル内の径方向で最も外側の位置に層をなし、血漿の層は径方向で最も内側にくる。軟層と呼ばれる比較的薄い層は白血球と血小板を含んでおり、赤血球層と血漿層の界面位置にある。軟層内で血小板は血漿側に層をなし、白血球は赤血球側に層をなす。遠心速度に応じて、血小板は血漿中に分散することもある。
遠心機内部の回転式取付具に装着される使い捨てプラスチック容器は、使い捨ての配管セットを介して血液源と収集溜めに接続される。このようにして、遠心装置自体を血液および配管セットと接触しないようにし、１回の操作ごとに分離チャネルを廃棄する。血液源は、供血者または患者から直接採取した全血のこともあり、また事前に提供された骨髄または血液のこともある。
血液諸成分は患者から採取して貯蔵し、大抵は凍結し、数日後、場合によっては数年経ってから患者に再注入することもできる。白血球の単核細胞成分は、上記のようにして採取、貯蔵し、ガンなどの疾病治療のために患者に再注入することがある。供血者の血液を使わずに、患者自身の血液から得た血液諸成分を戻すことには明らかな利点がある。人間が受け入れることのできる最も安全な血液は自分の血液（自血）であることは一般に認められている。自血を使用すると、輸血によって伝搬する疾病や熱性／アレルギー性輸血反応が発生する危険が減少する。白血球（ＷＢＣ）の収集を行うには、白血球を軟層から回収するためのアフェレーシス・システムが開発されている。具体的には、リンパ球、単球前駆細胞および幹細胞を含む白血球の単核細胞（ＭＮＣ）成分が回収される。単核細胞収集用の効率のよい装置は、米国特許第４，６４７，２７９号に記載されている。しかし、効率のよい装置を使った場合でも、単核細胞は全血液量のごく一部しか占めないので、その収集は難しい。正常な単核細胞数を有する通常の体格の患者では、単核細胞の全量は約１．５ｍｌで、全血液量の約０．０３％である。したがって、全血を遠心分離する場合、赤血球層と血漿層の間にごく薄い単核細胞層しか現れない。
この薄い単核細胞層は、単核細胞の回収を試みる際に難題を提起する。全血の単核細胞留分は非常に小さいので、上記の装置は、チャネル内の赤血球ポートの上流に障壁を備えている。単核細胞はこの障壁の所に蓄積され、障壁の前に白血球収集ポートが配置されている。この白血球収集ポートを通じて収集される留分は、実際には白血球、血小板、血漿、赤血球の混合物である。収集工程で収集した留分の色を監視して、血液の流入速度と血漿の流出速度を手動または自動で調節し、単核細胞層の位置が白血球収集ポートと一致するように単核細胞層と赤血球層の界面を微調整することができる。通常は、操作員が、単核細胞層、すなわち単核白血球成分の収集に適した位置にこの界面がくるように血漿ポンプの速度を極めて微細に調節する。操作員は、チャネルから出る流体の色に基づいて界面の位置を判断し、収集ポートに所望の色が現れるように調節を行う。毎分１／１０ｍｌ程度の調節がなされるように、血漿ポンプの速度全体にわたって微細制御が提供される。たとえポンプ速度を小さく変更することが可能であったとしても、ポンプ速度のさらなる変更を必要とする過大または過小補正は血漿ポンプの速度変化にとってままあることである。したがって、適正な界面位置の振動式追跡に手動または自動の界面位置調整システムが必要となり、その結果、単核細胞層収集の効率と純度が低下する可能性がある。もう一つの問題は、ポンプ速度を変更するたびに、その後、その変更が有効になる、すなわち新しい界面位置が確立されるまでにある時間を要することである。光学式監視装置を使って収集物の不透明度を判定し、血漿ポンプ速度を自動的に調整しようとする試みが行われている。しかし、システムを自動化するために設計されたこうした技術は、制御点を中心とする発振を招き、一般に手動操作のシステムに比べてわずかな改善しか得られない。基本的にこれらの問題はすべて、標的種が散在しており、非常に薄い層を形成し、他の成分からそれを分取するのが難しいことから生じる。
界面を適切に位置調整して維持するのが難しいため、薄い白血球層が確実に収集されるように白血球ポートから比較的広い範囲が収集される。しかし、広い範囲を収集することにより、白血球と共にかなりの量の血小板または赤血球も収集される。こうした技法は、層となった白血球の大部分を収集できるという意味では効率的であるが、純度は低い。また収集量が必要以上に増大する。薄い層となった白血球だけを抽出するのは難しいので、高い単核細胞収率または高い効率という目標と、高純度のものを小さな収集量でという目標は相互に排除し合う。一般に、収集効率を優先すると量と純度が犠牲になる。
さらに例を挙げて説明すると、白血球は単核細胞と多形核細胞（顆粒球）からなる。顆粒球は通常、健康な人間では白血球中でわずかな割合を占めるが、身体が疾病に反応するときはその割合が増加する。全血を遠心分離するとき、遠心速度に応じて、薄い軟層自体が、さらに薄い単核細胞層と薄い血小板層に分かれる。顆粒球は軟層中で赤血球層寄りの所に現れ、赤血球層内でもかなりの割合で見られる。患者の必要から顆粒球の回収が望ましいときは、通常、顆粒球を赤血球層から軟層中に赤血球と単核細胞の間の薄い層として移行させる薬物を患者に投与する。顆粒球を回収する際に、単核細胞も収集する必要があった。これらの層は別々に回収するには薄すぎるからである。この工程でかなりの量の赤血球と血漿も収集される。
本発明の目的は、より少ない量でより高純度で高い効率で収集するために、血液中の単核細胞など遠心分離した液体中の成分の薄い層を回収するための改良された収集手順を提供することである。
発明の概要
簡単に述べると、本発明は、全血を遠心分離したとき赤血球と血漿の界面に薄い層を形成する単核細胞（ＭＮＣ）など液体内に散在する物質種の間欠的収集に関する。遠心分離チャネル内の薄い層をさえぎる位置に障壁が配置される。障壁のすぐ前方の薄い単核細胞層の位置と対応する高さの所に収集ポートが配置される。血液を分離チャネルを介してポンプ注入するとき、流体が収集ポートを介して間欠的に収集され、それによって、単核細胞の収集が始まる前に障壁の前方に単核細胞流体の溜りが形成され、この溜りが収集ポートを取り囲む。収集が始まると、単核細胞溜りの大部分を取り除くのに十分な時間だけ収集が続けられる。次いで、溜りが再形成されるのに十分な時間、収集は停止される。再度収集が始まり、処理すべき全血の量が完了するまで、この間欠的プロセスが続けられる。
プロセス・サイクル量とは、障壁の前方に所望の単核細胞量を形成するのに必要な全血の量である。プロセス・サイクル量は、単核細胞数、入口流量、分離要因、および障壁サイズに応じて決まる。分離要因は、遠心速度、血液流量、および分離チャネルの幾何形状に応じて決まる。
本発明の間欠的収集手順は、顆粒球の収集にも有用であり、血小板の回収に使用でき、一般に、回収すべき層がより高濃度の層とより低密度の層の間に形成される、遠心分離した液体内の層をなす散在物質種を回収するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
添付の図面を参照して行う本発明の実施形態についての以下の説明を読めば、本発明の上記その他の特徴と目的、ならびにそれを実現する方法がより明らかになり、本発明自体が最もよく理解されよう。図面の簡単な説明は次の通りである。
図１は、本発明を利用するための単核細胞収集システムのブロック図である。
図２は、図１の収集システムで使用する制御システムの構成部品を示す図である。
図３および図４は、本発明のシステムで使用する周方向分離チャネルの諸態様を示す図である。
図５および図６は、層をなす血液成分の位置を示す図である。図５は従来技術による層状化を示し、図６は本発明を利用したときの白血球溜りの形成を図式的に示す。
図７は、図１の収集システムで使用される本発明の制御システムの流れ図である。
詳細な説明
次いで図面を参照するが、同じ番号は同じ特徴を示し、複数の図に出てくる参照番号は同じ要素を示すものとする。
図１は血液諸成分の収集用の遠心システムのブロック図である。このシステムは、本発明の譲受人が製造販売するＣＯＢＥ▲Ｒ▼“ＳＰＥＣＴＲＡ”TMである。血液源１０は供血者または患者であり、通常は供血者または患者の片腕に差した針からその全血を取り出す。血液源１０は液溜めから図１のシステムに送ることができる事前に収集した全血または骨髄であってよい。血液または骨髄が以前に収集したものである場合、抗凝固剤（ＡＣ）溶液を収集時に全血または骨髄に添加しておかねばならず、したがって収集工程で追加の抗凝固剤溶液は必要でないこともある。しかし、供血者または患者から直接血液を取り出す場合は、抗凝固剤源１１を使用して必要量の抗凝固剤溶液を全血に供給する。抗凝固剤溶液の入口は針またはカテーテルのごく近くが好ましい。以下の考察では、単核細胞源として全血を使用して単核細胞収集手順の説明を行う。骨髄を使用する場合でも同じ説明があてはまる。
血液源１０から管１２を通して入口ポンプ１３で全血を吸入し、入口管１４を経て遠心装置１５に供給する。赤血球を血漿と共に収集して遠心機から出口管１６を通って取り出し、戻り管１７に入って供血者または患者に戻す。その中に懸濁する血漿と血小板は血漿ポンプ１９により出口管１８から取り出し、やはり戻り管１７を経て供血者または患者に戻すことができる。あるいは血漿の一部分を収集する場合、これをトグル弁１９’によって血漿収集溜め２０に送ることもできる。白血球は収集ポンプ２２により遠心機から出口管２１を経て取り出される。収集ポンプ２２の出口は弁２３’を経て収集溜め２３に接続されている。このシステムを始動させるには、液溜め２４中の生理的食塩水を使用することができ、これはクランプ２４’を開くことによって供給され、収集工程の始まる前に入口ポンプ１３を経てチャネルならびにシステムの配管セット内の様々な管に送られる。生理的食塩水は工程終了時に管から血液を除去するのにも使用できる。生理的食塩水を受けるための廃液溜め２５が含まれる。制御システム２６は、弁、ポンプ、遠心機などシステム内の様々な構成部品を制御する。適当なものならどんな種類の制御技術を使用してもよいが、制御プログラムによってフレキシビリティが得られるためにシステム・パラメータが容易に変更できる、マイクロプロセッサ・ベースのシステムを使用すると有利である。
図２には、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）２０１、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）２０２、制御盤２０３、表示装置２０４、および消去可能プログラマブル読取り専用メモリ（ＰＲＯＭ）２０５に接続されたマイクロプロセッサ２００を示す。制御盤２０３は、血漿ポンプの速度または他のシステム・パラメータを変更するためのキーボードまたはキーパッドを含むことができる。希望する場合は、制御盤上にアナログ入力制御装置をアナログ／デジタル（ＡＤＣ）コンバータと共に使用することもできる。表示装置２０４は制御盤から独立したモニタでもよく、また制御盤に組み込んでもよい。表示装置は、システムの動作中にシステム・パラメータの手動調節が可能なようにオペレータにシステム情報を提供するために使用できる。
ＲＯＭ２０１は初期化プログラムを格納しており、したがって、マイクロプロセッサはすべての制御コンポーネントの利用可能性を検査し、その他必要とされるどんな操作も実行できるよう制御システムを準備することができる。ＲＡＭ２０２は書込み可能メモリであり、実施すべき個々の手順に応じてシステムを動作させるための制御プログラムがその中に格納される。ＲＡＭ２０２はマイクロプロセッサ２００との迅速なデータ交換が可能である。ＰＲＯＭ２０５は制御プログラムを格納している。たとえば、単核細胞の収集を行う場合、その手順用の制御プログラムがＰＲＯＭ２０５内に格納されている。この制御手順はＲＡＭ２０２に転送することもでき、またプロセッサ２００と直接インターフェースをとることもできる。マイクロプロセッサ２００からの入出力線２０６は、システム内の種々の弁、監視装置、ポンプ用の制御コンポーネントに通じている。ＣＯＢＥ“ＳＰＥＣＴＲＡ”などのシステム内では、図２に示すようないくつかのマイクロプロセッサ・システムが使用され、制御機能が様々なシステム間に分配されている。いくつかのマイクロプロセッサを利用することによって、冗長性が得られ、装置がよりフェイル・セイフになる。
図３および図４は、ＣＯＢＥ“ＳＰＥＣＴＲＡ”で白血球を収集するために全血をその諸成分に分離するのに使用される周方向分離チャネルを示す図である。分離チャネル３０は使い捨てのエレメントであり、遠心装置１５内部に置かれる。入口ポンプ１３が全血を入口管１４を経て入口チャンバ３１に供給する。出口チャンバ３２は入口チャンバ３１と隣接しているが、中実の隔壁３３でそれから分離されている。その結果、チャンバ３１に入った全血は出口チャンバ３２に達する前に分離チャネル３０の全周の周りを流れなければならない。血液が分離チャネル３０中を流れる間に遠心機の動作により全血は様々な層に分離し、高密度の赤血球は外壁３４に沿って蓄積し、血漿成分は径方向で内壁３５の近くに層として蓄積する。
図４は入口チャンバと出口チャンバの断面図であるが、出口管１６が、出口チャンバ３２の外壁２９近くに位置し、赤血球を受け取ることのできる位置にある赤血球ポート３７に接続されている。出口管１８は出口チャンバ３２の内壁２８の近くに位置する血漿ポート３９に接続されている。その結果、より軽い血漿はポート３９を通って出口管１８に吸い込まれる。
出口管２１は、内壁２８と外壁２９のほぼ中間にある収集ポート４０に接続されている。界面位置調整ポート４１も内壁と外壁のほぼ中間にあり、赤血球と血漿の界面、すなわち白血球が蓄積する界面の位置を制御するために使用される。界面位置調整ポート４１は出口管１６に接続されている。
入口ポンプ１３は全血を出口チャンバに供給し、収集ポンプ２２はこのチャンバからの白血球を出口管２１を通って収集溜め２３（図１に示す）に吸い込むことに留意されたい。血漿ポンプ１９は出口管１８に接続され、血漿を出口チャンバから取り出して、血液源、通常は患者に戻す。一部の血漿を収集したい場合は、それを図１に示すように血漿収集溜め２０に偏流させることもできる。出口管１６にはポンプはないことに留意されたい。
出口チャンバ３２の重要な一特徴は、出口チャンバの中央部にあり一方の側壁から他方に向かって延びるダムまたは障壁４２である。出口チャンバ３２に入った赤血球は、このダムを通過し外壁２９に沿って図４に示すように通路４３に入る。血漿は内壁２８に沿ってダムを越え通路４４に入る。その結果、赤血球も血漿も出口チャンバの区間４５に流入する。しかし相対密度差によって赤血球層の上にある白血球は、ダム４２の前方で捕捉され、それによって収集ポート４０に位置決めされる。このようにして白血球は出口チャンバ内で適切に位置決めされて、出口管２１を経てチャンバから出ていく。
図５は分離チャネル３０の線図であり、血液の重層と、出口チャンバ３２に関連する様々な出口ポートを示す。上記で説明したように、血液が分離チャネル３０をＡの方向に動くとき、遠心力の影響で血液が様々な留分を含む層に分離し、より重い粒子は径方向に外側に外壁３４に向かって移動する。図５は実質的に、より高密度の粒子である赤血球からなる層５３を示している。血液中の最も軽い成分である血漿は内壁３５に沿って５２に示されている。赤血球と血漿の界面を示す界面５０は図５には図式的に示してある。薄い層である軟層５１がこの界面に形成され、単核細胞と血小板を含んでいる。軟層を収集するための収集ポート４０がこの界面に配置されている。界面の位置を正確に維持するために、出口チャンバ内に界面位置調整ポート４１が含まれている。界面を正確な位置に維持することによって、収集ポート４０は軟層を収集するのに適した位置に配置される。
界面位置調整ポート４１の動作は次の通りである。入口ポンプ１３の速度とヘマトクリットに従って血漿ポンプ１９の速度を確定する。すなわち、界面位置調整ポート４１を通して引き出される血漿の量は、導入された全血の量およびそのヘマトクリットに応じて決まる。血漿ポンプの速度を適切に調節することにより、界面を適正位置に保つのに十分な血漿が出口チャンバ３２から引き出される。動作中に、界面５０が径方向に内側に移動し始めるならば、より多量の赤血球成分が界面位置調整ポート４１を流れ始める。赤血球成分は血漿成分よりも粘性が大きいので、赤血球の流量が増加すると界面位置調整ポート４１中を流れる量は減少する。この流量の減少により、出口チャンバ３２内に血漿成分が蓄積し、それによって界面が径方向外側に適正位置へと押し戻される。同様に、界面５０が界面位置調整ポート４１から径方向外側に移動し始める場合、粘性のより低い血漿成分がより速く界面位置調整ポート４１中を流れ、出口チャンバ３２中の血漿を減少させ、赤血球層を増加させ、それによって界面を界面位置調整ポート４１の位置に戻す。このようにして、界面５０が軟層の収集を行うための出口チャンバ３２内の適正な位置である収集ポート４０の所に維持される。
上述のように、上記のようなシステムによって白血球を連続的に収集する技法は、比較的高い効率をもたらす、すなわち白血球の大部分が収集される。しかし、収集の純度はときに所望の純度よりも低くなり、収集される量は必要量より大きくなる。こうなるのは、薄い軟層の位置を厳密に収集ポート４０の所に位置決めし維持するのが難しいからである。その結果、このシステムは通常、収集ポートから比較的広い範囲の量を収集するように制御され、それによって、白血球の大部分が収集される。しかし、より広い範囲を収集することにより、白血球と共にかなりの量の血漿、血小板、赤血球も収集される。上記のシステムでは、白血球成分の収集に適した位置に界面を調整するために、血漿ポンプの速度を微調節しなければならない。この調節は、収集ポートを通る流れを目視で検査して行われる。流れの不透明度が僅かに増した場合、操作員は、出口チャンバ内の血漿の量が僅かに増加するように血漿ポンプの速度を調節することができる。界面の「追跡」に伴う問題は、上述のような結果をもたらすことがある。
界面の適正な位置調整に伴う問題は、本発明の使用によって解消される。図６は出口チャンバ３２の線図であり、本発明が動作中の血液の層をなす成分を示す。界面５０の位置は前述のように界面位置調整ポート４１によって維持されることに留意されたい。遠心機の作用により軟層５１が界面の所に層として現れる。しかし、本発明においては、収集ポンプ２２は始動されない。その結果、ダム４２の前方に単核細胞層が蓄積して溜り４９を形成し、それによって収集ポート４０の所に単核細胞成分のより厚い範囲を形成する。このようにして、収集ポンプ２２が始動するとき、より厚い単核細胞層が、装置内の制御機構のドリフトの影響を受け難いより大きなターゲットをもたらす。単核細胞のより厚い量が空になると、収集ポンプ２２が停止し、ダム４２の前方で単核細胞量の蓄積が再度可能になる。単核細胞量は周期的に回収される。本発明の技法の使用により、収集される量は従来の方法に比べてより小さく、純度はより高くなる。さらに、出口管２１内の赤血球の有無を監視する必要はなくなり、また操作員が出口管２１内の赤血球の存在に基づいて血漿ポンプの速度を微調整する必要もなくなる。
上述の所望の結果を実現し、図６に示した単核細胞量の厚い範囲を生成する方法を図７に示す。図１のシステムを動作させるとき、工程パラメータを確定する必要がある。その血液のヘマトクリットと単核細胞数を決定するために処理すべき全血のテストを行う。供血者または患者の血液に与え得るアクセスのタイプならびに（血液が静脈から直接引き出せる場合）その抗凝固剤注入アクセスに対する耐容性に応じて入口流量を確定する。抗凝固剤比は臨床要件に従って確定される。処理すべき全血の全量を上記の諸パラメータと共に制御盤２０３を介してシステムに入力する。全処理量は、単核細胞濃度、入口流量、分離要因および障壁の幾何形状に応じて決まる。血漿ポンプの速度は制御システムにより入力流量とヘマトクリットに応じて確定される。遠心機の速度を設定する分離要因も確定される。これは多くの実施態様では一定である。もう一つの工程パラメータは収集流量であり、多くの実施態様で一定である。
本発明の一実施形態では、上記の工程パラメータに従ってプロセス・サイクル量を算出する。プロセス・サイクル量は、チャンバ内の障壁の前方のスペースをあふれなしに充填する白血球の量を確立するのに必要な全血の量であると定義される。流量が大きく、赤血球と血漿が高速で障壁の周りを流れている場合には、こぼれる前に障壁の後方の溜りに収集できる白血球の量が若干減少する場合があることに留意されたい。プロセス・サイクル量は単核細胞数、分離要因、および障壁の幾何形状に応じて決まる。プロセス・サイクル量は特定の装置に特有である。
プロセス・サイクル量の確定に加えて、収集ポンプを動作させる期間も確定しなければならない。これはやはり、障壁の寸法と収集ポンプの体積速度に関係する。
図７を参照して、ステップ１００および１０１でこれらの要因がわかると、図１のシステムをステップ１０２で初期化することができる。全血をシステムに導入し、システムを始動し、収集ポンプをオフにして適切な界面位置を確立するために使用される生理的食塩水を除去するための時間を置く。システムが初期化され安定になると、ステップ１０３で動作段階に入る。ステップ１０４で、事前に計算したプロセス・サイクル量を出口チャンバに導入し、それによって障壁の後方に白血球量が蓄積できるようにする。プロセス・サイクル量に達した後、ステップ１０５で収集ポンプを始動させる。収集ポンプは障壁の後方から単核細胞の溜りを除去するのに必要な事前に計算した時間だけ動作させ、その後ステップ１０７で収集ポンプを停止させる。ステップ１０８で、動作段階に入って以降の全入口量を処理すべき全処理量と比較する。両者が等しくない場合は、ステップ１０４に戻って別のプロセス・サイクル量を導入する。障壁の後方の白血球溜りを間欠的に収集するために、全入口量が処理すべき全量と等しくなるまで、このプロセスを継続する。等しくなった時点で、１０９に分岐して、動作段階を終了し、洗浄段階１１０に入る。ステップ１０９で、収集ポンプを短時間動作させて、収集管から白血球量を除去し、それを収集溜めに移す。ステップ１１０で、生理的食塩水を使用して、チャネルおよび配管セット全体を洗浄する。この手順で全血がシステムから患者に潅流され、工程中の患者の血液損失はごく僅かである。
界面位置が確立され、本発明の手順の動作段階に入った後は、血漿ポンプの速度をさらに調節する必要はないことに留意されたい。従来の技法では、界面における白血球層の厚さが非常に薄かったため、界面の位置が重要であった。本発明の間欠的手順では、白血球量は障壁の後方で蓄積することができ、したがって白血球層の厚さがかなりの厚さになり、厳密な界面位置はそれほど重要でなくなる。その結果、収集管のヘマトクリット内容を目視でまたは光学コンポーネントによって監視する必要はない。
上述のように白血球の単核細胞成分にはリンパ球のような成熟細胞が含まれ、また前駆細胞や幹細胞なども含まれる。前駆細胞や幹細胞を別々の物質種として回収することは、国際特許出願ＷＯ９３／１２８０５号の主題であり、この明細書にはそれらの物質種を液体培養媒体中で培養する方法が記載されている。本明細書に記述する本発明は、前駆細胞および／または幹細胞を培養液から分離する際に有効である。
入口ポンプではなく赤血球ポンプを利用することができる。事前に計算したプロセス・サイクル量の値を利用するのではなく、監視装置を使用して単核細胞溜りの蓄積を識別することもできる。同様に監視装置を使って収集期間を変化させることもできる。工程の制御はプログラム式マイクロプロセッサによって行うものとして示した。こうした制御は、既知の任意の数の制御技術によって行うこともできる。上記その他の変形例は、下記の請求の範囲における定義を受ける本発明の趣旨および範囲に含まれる。
【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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