(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１粒子を第２粒子から分離する方法であって、第１粒子と第２粒子が互いに異なっていて、前記方法が、
遠心分離機のロータ（１２，５１２，６１２，８１２，１１３４，１１３４’）にして、前記ローターがそれと一緒に回転可能な関連した流体チャンバー（２２，１２２、２２２，３２２，４２２，５２２，６２２，７２２，８２２ａ，１０２２，１０２２’，１１２２，１１２２’）を有し、該流体チャンバーが入口と出口とを有することからなる前記ロータを回転軸線回りに回転する段階、
前記ロータの回転を制御する段階、
多量の第１粒子を回転している前記流体チャンバーの入口内に通す段階、
前記第１粒子とともに、前記流体チャンバー内に飽和した流動床を形成する段階、および
前記流体チャンバー内に前記流動床を同時に維持しながら、前記流体チャンバー入口へ、少なくとも多量の第２粒子を分散させて有する液体を流す段階、を包含し、前記出口への前記液体および第１粒子の１部分の流れを実質的に許しながら、前記流体チャンバー入口から流体チャンバー出口への第２粒子の流れを前記流動床が実質的に阻止するようにした粒子分離方法。
【請求項２】
請求項１に記載された方法において、前記流す段階における前記液体がその中に分配される第１の粒子を付加的に有している粒子分離方法。
【請求項３】
請求項１に記載された方法において、前記第１粒子が赤血球を含み、そして、前記第２粒子が幹細胞および腫瘍細胞からなるグループから選択された細胞からなっている粒子分離方法。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載された方法において、前記第１粒子の沈降速度を変化させる段階をさらに包含する粒子分離方法。
【請求項５】
請求項４に記載された方法において、前記沈降速度を変化させる段階が前記第１粒子の寸法を変化させる副段階を含む粒子分離方法。
【請求項６】
請求項４に記載された方法において、前記沈降速度を変化させる段階は、浸透が前記第１粒子の寸法を変化させるように、前記第１粒子に対して比較されるように高浸透圧または低浸透圧である溶液に前記第１粒子を接触させる副段階を含む粒子分離方法。
【請求項７】
請求項４に記載された方法において、前記沈降速度を変化させる段階は、浸透が前記第１粒子の寸法を変化させるように、前記液体の緊張性を変化させる副段階を含む粒子分離方法。
【請求項８】
請求項４に記載された方法において、前記沈降速度を変化させる段階が前記液体の密度および粘度の少なくとも一方を変化させる副段階を含む粒子分離方法。
【請求項９】
請求項４に記載された方法において、前記沈降速度を変化させる段階が多数の前記第１粒子を連結して、一連の第１粒子のグループを形成する副段階を含む粒子分離方法。
【請求項１０】
請求項４に記載された方法において、前記第１粒子が赤血球であり、そして、前記沈降速度を変化させる段階は、赤血球を連銭状態にさせるための物質に赤血球を接触させる副段階を含む粒子分離方法。
【請求項１１】
請求項４に記載された方法において、前記沈降速度を変化させる段階が液体を流す段階を進行させる粒子分離方法。
【請求項１２】
請求項４に記載された方法において、前記沈降速度を変化させる段階の少なくとも１部分が前記液体を流す段階に同時に導かれる粒子分離方法。
【請求項１３】
請求項１に記載された方法において、前記通過させる段階および前記液体を流す段階がプラズマを前記流体チャンバー内に搬送することを含む粒子分離方法。
【請求項１４】
請求項１に記載された方法において、前記第１粒子が血小板を含み、そして、前記第２粒子が白血球を含む粒子分離方法。
【請求項１５】
請求項１に記載された方法において、前記第１粒子が赤血球を含み、そして、前記第２粒子が白血球を含む粒子分離方法。
【請求項１６】
請求項１に記載された方法において、前記制御する段階が前記ローターの回転速度を継続的に低下させる副段階および同時に前記ローターの回転速度を増大させる副段階を含み、そして、前記流す段階がローターの回転速度を増大する副段階と同時に第２粒子を有する液体の流れを増大する副段階を含む粒子分離方法。
【請求項１７】
請求項１に記載された方法において、前記制御する段階が前記ローターの速度を第１速度Ｎ1に継続的に低下させる副段階、および、同時に前記ローターの速度を第２速度に増大する副段階を含み、前記流す段階が第１の流量Ｑ1を有する液体の流れを継続的に維持する副段階を含み、そして、同時に前記ローターの速度を増大し、前記流量を第２の流量Ｑに増大する副段階を含み、前記ＱおよびＱ1がＱ／Ｎ2＝Ｑ1／Ｎ12である粒子分離方法。
【請求項１８】
請求項１に記載された方法において、前記制御する段階が前記ローターの回転速度を実質的に維持する副段階を含み、そして、前記流す段階が第２粒子を有する液体の流量を増大する副段階を含む粒子分離方法。
【請求項１９】
請求項１に記載された方法において、前記制御する段階が前記ローターの回転速度を実質的に維持する副段階を含み、前記流す副段階が第２粒子を有する液体の流量を第１の流量に徐々に増大し、前記液体の第１の流量を維持し、そして前記液体の流量を徐々に増大する副段階を含む粒子分離方法。
【請求項２０】
請求項１に記載された方法において、前記流す段階中の流体の流量が１ｍｌ／ｍｉｎから１５ｍｌ／ｍｉｎの範囲内にある粒子分離方法。
【請求項２１】
請求項１に記載された方法において、前記制御する段階が前記ローターの回転をある速度範囲で調節して、ほぼ５００Ｇから８００Ｇまでの範囲にある前記流体チャンバーに重力場を維持する副段階を含む粒子分離方法。
【請求項２２】
請求項１に記載された方法において、前記流す段階の後に、前記流体チャンバーに保持された第１粒子を取り除く段階をさらに含む粒子分離方法。
【請求項２３】
請求項１に記載された方法において、前記流す段階が、血液成分を分離チャンバー（４６，５４６，６４６，７４６，８４６）内に搬送し、前記血液成分を前記分離チャンバー内部に分離し、そして、前記分離された血液成分の少なくとも一部分を前記流体チャンバー入口内に向ける副段階を含む粒子分離方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載された方法において、前記分離された血液成分の部分が少なくともプラズマ、血小板および白血球を含む粒子分離方法。
【請求項２５】
請求項２３に記載された方法において、前記分離された血液成分の部分が少なくともプラズマ、血小板および赤血球を含む粒子分離方法。
【請求項２６】
請求項２３に記載された方法において、前記分離された血液成分の部分が少なくともプラズマ、赤血球および白血球を含む粒子分離方法。
【請求項２７】
請求項２３に記載された方法において、前記流動床を前記流体チャンバー内に維持しながら、前記流体チャンバー入口内に前記分離チャンバーに保持された血小板を向ける段階をさらに含む粒子分離方法。
【請求項２８】
請求項１に記載された方法において、補助流体チャンバーの入口内に前記流体チャンバー出口からの液体を流す段階をさらに包含する粒子分離方法。
【請求項２９】
第１粒子を第２粒子から分離する方法であって、該方法が、
流体チャンバー（２２，１２２，２２２，３２２，４２２，５２２，６２２，７２２，８２２ａ，１０２２，１０２２’，１１２２，１１２２’）を回転軸線回りに回転する段階、
少なくとも第１および第２粒子を運ぶ液体を前記流体チャンバー内に通過させる段階、
互いに異なった前記第１粒子、第２粒子および第３粒子を前記流体チャンバー内に導入する段階、
前記流体チャンバー内に第３粒子の飽和流動床を形成する段階、および
前記液体および前記第１粒子が前記流体チャンバーを通過するのを許しながら、前記流体チャンバーを通る第２粒子の運動を前記第３粒子飽和流動床でもって遮る段階、
を含む粒子分離方法。
【請求項３０】
第１粒子を液体から濾過するための装置において、
モータ（１６）と、
回転軸線周りで回転するために前記モーターに連結された遠心分離機のロータ（１２，５１２，６１２，８１２，１１３４，１１３４’）と、
流体チャンバーを前記モータに保持するためのホルダー（２４，６２４，８２４ａ）であって、前記流体チャンバーの入口よりも回転軸線により近接して位置決めされる前記流体チャンバーの出口を備えたホルダーと、
前記流体チャンバーの入口へ物質を供給するための装置（３６）と、
前記モータおよび前記供給装置の少なくとも一方を制御するための装置（４０）であって、前記流体チャンバーの内部の第２粒子の飽和流動床を維持しかつ第１粒子を前記流体チャンバーに保持されるようにしてなる制御装置と、
を包含する粒子濾過装置。
【請求項３１】
請求項３０に記載された装置において、前記第２粒子の沈降速度を変化させる装置（１１００）をさらに含む粒子濾過装置。
【請求項３２】
請求項３１に記載された装置において、前記第２粒子の沈降速度を変化させる装置が前記第１粒子の大きさを浸透的に変えるために前記液体の緊張性を調節する装置をさらに含む粒子濾過装置。
【請求項３３】
請求項３１に記載された装置において、前記第２粒子の沈降速度を変化させる装置が前記液体の密度および粘度の少なくとも一方を調節する装置を含む粒子濾過装置。
【請求項３４】
請求項３１に記載された装置において、前記第２粒子の沈降速度を変化させる装置が一連の第１粒子グループを形成するために第１粒子を一緒に連結するための装置を含む粒子濾過装置。
【請求項３５】
請求項３０に記載された装置において、前記ホルダーにおける流体チャンバー（２２，１２２，２２２，３２２，４２２，５２２，６２２，７２２，８２２ａ，１０２２，１０２２’，１１２２，１１２２’）、および前記流体チャンバーの出口から流れる液体から、前記流体チャンバーの出口から流れる粒子を分離するための装置（７４６，８２２ｂ，１１４６，１１５４）をさらに包含する粒子濾過装置。
【請求項３６】
請求項３０に記載された装置において、前記流体チャンバーの入口に物質を供給するための装置が前記流体チャンバーに流体接続するためのポンプを含み、そして、前記制御装置が前記ポンプを調節する粒子濾過装置。
【請求項３７】
請求項３０に記載された装置において、遠心力に応答して粒子を分離することができる分離チャンバー（４６，５４６，６４５，７４６，８４６，８２２ｂ，１１４６，１１５４）を受け入れるためのローター上の装置をさらに包含する粒子濾過装置。
【請求項３８】
請求項３７に記載された装置において、前記分離チャンバーが導管（４４，５４６，７４６，１１５４）を含み、そして、前記受け入れ装置が前記導管を受け入れるための前記ローター上の通路を含む粒子濾過装置。
【請求項３９】
請求項３８に記載された装置において、前記通路がそこに位置決めされて前記導管に接触して前記導管にダムを形成するための隆起（４８）を含む粒子濾過装置。
【請求項４０】
請求項３７に記載された装置において、前記分離チャンバーを受け入れる装置が容器（５４６，６４６）のためのホルダーを含む粒子濾過装置。
【請求項４１】
請求項３７に記載された装置において、前記受け入れ装置の内部に取り付けられた分離チャンバーおよび前記流体チャンバーホルダーの内部に取り付けられた流体チャンバーをさらに包含し、前記分離チャンバーが前記流体チャンバーに流れ接続されている粒子濾過装置。
【請求項４２】
請求項３０に記載された装置において、前記制御装置が前記流体チャンバーへの物質の供給を前記ロータの回転速度を継続的に減少し、かつ、同時に前記遠心分離機のロータの回転速度および前記供給装置によって提供される物質の流れの両方を増大することによって増大する粒子濾過装置。
【請求項４３】
請求項３０に記載された装置において、前記ロータに補助流体チャンバーを保持するための補助流体チャンバーホルダーにして、前記補助流体チャンバーの入口よりも前記回転軸線により近接して位置決めされた前記補助流体チャンバーの出口を備えた補助流体チャンバーをさらに包含する粒子濾過装置。
【請求項４４】
第１粒子を第２粒子から分離するための装置であって、前記第１粒子と第２粒子が互いに異なっていて、前記装置が、
モータ（１６）と、
回転軸線周りに回転するために前記モータに連結された遠心分離機ロータ（１２，５１２，６１２，８１２，１１３４，１１３４’）と、
前記ロータに連結され、入口および出口を有する流体チャンバー（２２，１２２，２２２，３２２，４２２，５２２，６２２，７２２，８２２ａ，１０２２，１０２２’，１１２２，１１２２’）と、
流体、第１粒子および第２粒子を前記流体チャンバーの入口に供給する装置（３６）と、
前記流体チャンバーの内部に第１粒子の飽和流動床を維持しかつ前記流体チャンバー内に第２粒子を保持すべく前記モーターと前記供給装置の少なくとも一方を制御する装置（３６）と、
前記流体チャンバーの出口から流れる粒子を、前記流体チャンバーの出口から流れる液体から分離するための装置（７４６，８２２ｂ，１１４６，１１５４）と、
を包含する粒子分離装置。
【請求項４５】
流体の構成成分の選択的な通過を許すためのチューブセットであって、
遠心分離機ロータ（１２，５１２，６１２，８１２，１１３４，１１３４’）によって受け入れられるべく構成された分離導管（４４，７４６）であって、少なくとも１つの入口および少なくとも１つの出口を有する分離導管と、
前記導管入口に連結された少なくとも１つの流入ラインと、
入口および出口を有する流体チャンバー（２２，１２２，２２２，３２２，４２２，５２２，６２２，７２２，８２２ａ，１０２２，１０２２’，１１２２，１１２２’）と、
前記導管出口を前記流体チャンバー入口に流体的に連結する装置と、
前記流体チャンバーの出口に連結される流出ラインと、
を包含するチューブセット。
【請求項４６】
請求項４５に記載されたチューブセットにおいて、前記流体チャンバーが前記流体チャンバーの入口から前記流体チャンバーの最大切断面積の位置へ分かれる第１の部分および前記最大切断面積の位置から前記流体チャンバーの出口へと収束する第２の部分を含み、前記流体チャンバーの入口が分離導管の出口と流体連通しているチューブセット。
【請求項４７】
粒子成分を液体から分離するための流体チャンバー（２２，１２２，２２２，３２２，４２２，５２２，６２２，７２２，８２２ａ，１０２２，１０２２’，１１２２，１１２２’）であって、
入口と、
出口と、
前記入口と前記出口との間に延びて、前記流体チャンバーの長手方向軸線に沿って流体チャンバー内部を形成する壁であって、前記内部が前記入口と前記出口との中間の位置において最大切断面積を有し、前記内部が前記最大切断面積の位置から前記入口に向って収束する壁と、
前記壁の内側表面に形成され、前記流体チャンバー内部のコリオリジェット流を減少するための少なくとも１つの溝（１９０，２９０，３９０，４９０，１０９０，１０９０’）と、
を包含する流体チャンバー。
【請求項４８】
粒子成分を液体から分離するための流体チャンバー（２２，１２２，２２２，３２２，４２２，５２２，６２２，７２２，８２２ａ，１０２２，１０２２’，１１２２，１１２２’）であって、
入口と、
出口と、
前記入口と前記出口との間に延びて、前記流体チャンバーの長手方向軸線に沿って流体チャンバー内部を形成する壁であって、前記内部が前記入口と前記出口との中間の位置において最大切断面積を有し、前記内部が前記入口に向って前記最大切断面積の位置から前記入口に向って収束する壁と、
前記壁の内側表面に形成され、前記流体チャンバー内部のコリオリジェット流を減少するための少なくとも１つのステップ（２２５，２９４，３９４，４９４）と、
を包含する流体チャンバー。
【発明の詳細な説明】
米国特許出願第０８／４２３，５７８および０８／４２３，５８３の全開示がここでも参考として組み込まれている。
発明の背景
発明の分野
本発明は第１粒子を第２粒子から分離するための、また粒子と液体とを分離するための方法および装置に関するものである。本発明は血液成分の分離に関して特別な利点を有している。
関連技術の説明
多くの各種分野において、粒子物質を含んだ液体は、精製された液体あるいは精製された最終の粒子製品を得るために、濾過あるいは処理をしなければならない。本発明の最も広い意味において、フィルターは物質から粒子を除去あるいは分離できるどのような装置であってもよい。従って、ここで用いる“フィルター”という用語は多孔質の媒体材料に限られることなく、粒子を互いに他から、あるいは液体から分離する多くの各種タイプのプロセスであってもよい。
医学の分野においては、血液を濾過することがしばしば必要となる。全血液は各種の液体組成と粒子組成とからなっている。時々、この粒子組成は“形成要素”と呼ばれる。血液の液体部分は主として血漿からなっており、粒子組成は赤血球と白血球とからなっている。これらの組成は同じような密度を有しているが、それらの平均的な密度の関係は、密度が減少していく順にいうと、赤血球、白血球、血小板、血漿の順になっている。さらに、この粒子組成は、その寸法に関していうと、寸法が減少していく順にいうと、白血球、赤血球、血小板の順になっている。しかしながら、赤血球の寸法は、赤血球が分散している血漿のような液体の低張性あるいは高張性に応じて、浸透的に変化することがある。血漿の低張性が増加すると、赤血球は浸透的により大きくなる。反対に、血漿の高張性が増加すると、赤血球は浸透的により小さくなる。最も最近の精製装置は、血液成分を分離したり／あるいは濾過するために、密度差と寸法差あるいは表面の科学特性に依存している。
数多くの治療的な処置の場合には、患者に液体成分あるいは粒子成分を注入する前に、全血液から粒子のグループを取り出すことが必要である。例えば、ガン患者は切除治療、科学治療あるいは放射線治療の後で、しばしば血小板の輸血を必要とする。この場合、提供された全血液が血小板を取り出す処理を受け、これらの血小板が患者に注入される。しかしながら、もし患者が血小板の輸血の際汚染として過剰な数の白血球を受け入れると、患者の体は血小板の輸血を拒否することがあり、多くの健康状の危険を招くことになる。
代表的には、提供された血小板は、他の血液成分から遠心分離機を用いて分離あるいは採集される。この遠心分離機は血液容器を回転させ、容器の中で遠心力を用いて組成を分離させる。使用時においては、血液が非常な急速度で回転している容器の中へ入り、遠心力によって血液成分が層状にされ、特定の成分を分離的に取り出すことができる。遠心分離機は血小板を全血液から分離するには効果的であるが、しかし遠心分離機は、代表的には、血小板から全ての白血球を除去することができない。歴史的にいって、血液分離装置と遠心分離機は、代表的には、集められた少なくとも３ｘ１０11の血小板に対して、５ｘ１０6以下の白血球を有した“稀少白血球”の基準に合致した血小板製品を終始一貫（製造時間の９９％）して製造することができない。
代表的な遠心分離機による血小板集合方法が白血球を血小板から白血球を終始一貫的に、かつ満足に分離することが不可能であるので、結果を改善するために別の方法が付加されてきている。一つの方法においては、遠心分離作用を受けた後、血小板が多孔質の織物媒体あるいは修正表面を有した非織物媒体のフィルターを通過させられて、白血球が除去される。しかしながら、多孔質フィルターを用いると一連の問題が発生する。従来型の多孔質フィルターは、それが常時約５％ないし２０％の血小板を除去あるいは捕獲するので、非効率的である。これらの従来型のフィルターはまた“血小板の生存能力”を減少させるが、このことは、血小板が一旦フィルターを通過すると、何％かの血小板がその機能を適正に発揮することをやめ、部分的あるいは全体的に活性化されること意味する。さらに、多孔質のフィルターは患者を低血圧に導くようなブラジキニン（brandykinin）を解放することがある。多孔質のフィルターはまた高価であり、しばしば濾過処理のために時間のかかる労働力が必要となる。
多孔質フィルターはかなりの数の白血球を除去をするには効果的あるが、欠点も有している。例えば、遠心分離操作の後、かつ多孔質の濾過を行なう前に、活性化した血小板に対してそれらを不活性状態に変えるための時間を与えるために、ある時間周期を経なければならない。そうでなければ、活性化した血小板はフィルターを詰まらせることがある。従って、多孔質フィルターを用いることは、オンライン処理の場合は好ましくない。
他の分離方法は遠心分離浄化法として知られているものである。この方法においては、液体媒体の中に懸濁されている細胞が薄膜フィルターを使用することなしに分離される。１つの共通な浄化形態においては、バッチ状になった細胞が液体浄化バッファーの流れの中へ導入される。バッチ状の細胞を懸濁させたこの液体は、次にスピニング遠心分離機内に配置されたファンネル状のチャンバーの中に導かれる。付加的な液体バッファー溶液がこのチャンバーを通過する時に、上記液体がより寸法の小さい、沈降速度の遅い細胞をチャンバー内の浄化境界に向けて掃き出し、他方、寸法が大きく、沈降速度の速い細胞はチャンバー内の最大の遠心力を有する領域へ移動される。
遠心力と流体の流れによって発生する力とが平衡すると、流体の流れが沈降速度の遅い方の細胞をチャンバーの出口から増加的に放出させ、他方、沈降速度の速い方の細胞はチャンバー内に保持される。もし、チャンバー内の流体流れが増加すると、寸法の大きい、沈降速度の速い方の細胞もチャンバーから出ていくであろう。
従って、遠心分離浄化法は異なった沈降速度を有する粒子を分離する。ストークスの法則においては、球状の粒子の沈降速度（ＳＶ）は次の様に表される。
0004304264.tif 000002
ここでγは粒子の半径、ρpは粒子の密度、ρmは液体媒体の密度、ηは媒体の粘度、ｇは重力あるいは遠心力の加速度である。粒子の半径はストークスの方程式において二乗で増加し、粒子の密度はそうではないので、粒子の寸法の方がその密度よりも大きく沈降速度に影響する。このことによって、遠心分離浄化法中に、同じ密度を有した粒子であれば、一般的に寸法の大きな方の粒子がチャンバー内に残り、寸法の小さな方の粒子が放出されることが説明される。
サートリー（Sartory）による米国特許第３，８２５，１７５に記載されているように、遠心分離による浄化法は多くの制限を有している。これらの方法の大部分においては、十分な粒子分離を行なうためには、粒子は流体媒体の流れの中へ、分離的な不連続的なバッチ状に導入しなければならない。従って、ある主の浄化法においてはバッチ状の粒子しか分離せず、従って、粒子を移送するための付加的な流体媒体が必要となる。さらに、粒子の分離を適正に行なうためには流体の力を遠心力に対して正確に平衡にさせなければならない。
さらに、粒子が大きな遠心力場から小さな遠心力場に向かって浄化チャンバーの中へ流入する時には、コリオリのジェット効果が発生する。流体と粒子は、遠心分離機の回転方向に対面したチャンバーの内壁と乱流状になって衝突する。この雰囲気によって、チャンバー内で粒子が混合され、分離処理の効果が減少する。さらに、コリオリのジェットは内壁に沿った流れを、入口から出口へ直接的にそらすことになる。従って、粒子は浄化場の周りを通過して、最終製品を汚染する。
ある種の従来技術による浄化法においては、粒子の密度の逆転による粒子混合が付加的な問題となる。浄化チャンバーの中を流れる流体は、それがチャンバーの入口孔から断面積の増加した部分へ向けて求心的に流れる時には、速度が低下する。粒子は流速の遅い領域における流体液体の中へ集まるという傾向があるので、前記粒子はチャンバーの断面積が増加した領域付近で濃縮する。対応的に、流速は出口孔付近で最大になるので、粒子の濃度はこの領域において減少する。粒子の密度の逆転は、遠心力によって粒子が断面積の増加した領域における粒子高濃縮部分から入口孔へ向けて移動される時に発生する。この粒子の逆転によって、浄化による粒子分離の効果が減少される。
赤血球や、白血球、血漿、血小板の他に、人間の血液はさらにＴ細胞、幹細胞およびある場合には腫瘍細胞も含んでいる。これらの細胞はほぼ同じ密度を有しているが、その沈降速度と寸法とが異なる。一般的に、幹細胞はＴ細胞より大きく、腫瘍細胞より小さい。しかしながら、ある種の腫瘍細胞（約３０％）は幹細胞より小さい。
既存の純化装置は周辺血液を純化して、輸血あるいは再注入の目的のための周辺細胞集合として知られているものを隔離することができる。周辺細胞集合は、代表的には、主として血漿と、赤血球と、幹細胞と、Ｔ細胞からなっており、また、もしドナーの血液がこのような細胞を含んでいる場合には腫瘍細胞も含まれる。周辺細胞集合の輸血は一般的な医療処置であるが、多数のＴ細胞あるいは腫瘍細胞を患者に輸血することは逆の影響がある。しかしながら、輸血の前に、周辺細胞集合あるいは白血球からＴ細胞と腫瘍細胞を除去することは極めて困難である。
ガン性の腫瘍細胞をなくすために化学治療あるいは放射線治療のような治療処置を受けた後に、ガン患者はしばしば周辺細胞あるいは骨髄の輸血を受けて、治療の副作用として破壊された幹細胞と置き換える。外国人ドナーからの血液成分を注入する場合の危険性を減少させるために、これらの輸血の幾つかは自己移植になっていて、この場合には患者から集められた血液組成が後でその患者に再び注入される。
最初にガン患者から集められた血液組成はガン性の腫瘍細胞を有しているかもしれず、それらは再注入の間にガン患者に再び注入される。このように腫瘍細胞を再注入することは、患者の体にある腫瘍細胞を減らそうとする目的の治療処置の効果を減じることになるであろう。
他生的な輸血として知られている他のタイプの輸血においてはドナーから血液組成を集め、その集められた血液組成をドナーとは異なる被輸血者に注入することからなっている。しかしながら、ある場合には、他生的な輸血を受けた被輸血者は、移殖体と被移殖体との関係の疾病として一般的に知られた病気になる。この移植疾患においては、血液組成に含まれるＴ細胞が被輸血者に注入され、Ｔ細胞は被輸血者の体がドナーの体とは、“異なった”体であることを“認識”する。これらのＴ細胞は、通常の免疫学的な保護機能を発揮するよりもむしろ、被輸血者の体の中の健全な細胞を“攻撃”する。
再注入の前に腫瘍細胞から幹細胞を分離したり、あるいはＴ細胞から幹細胞を分離するという従来の試みは、成功するのに限度があった。１つの分離方法においては、集められた血液組成のサンプルの中へ選択的な抗体が注入される。この選択的な抗体は集合体の中で幹細胞に化学的に付着し、それらを“表示”する。その表示された幹細胞を残りの血液組成から分離するために、その集合された血液組成は、選択的な抗体と化学的に付着する材料を塗付した静止ビードの中を通される。これらの化学付着によって、ビード上に表示された幹細胞が保持され、それらを残りの血液成分から濾過することになる。表示された幹細胞をビードから除去するために、ビードに化学溶液が注入され、材料と選択的な抗体との間の化学付着を破壊する。しかしながら、この分離方法は極めて高価で、冗長で、時間のかかる方法である。
幹細胞から腫瘍細胞を分離したり、あるいは幹細胞からＴ細胞を分離するために、遠心分離による浄化法が用いられてきている。しかしながら、既存の浄化装置の場合には、これは時間のかかる、困難な、また限定効果的なものである。
これら、およびその他の理由のために、粒子の分離を改良する必要がある。
発明の要約
本発明は関連した技術の１あるいはそれ以上の制限や短所をほぼなくすための装置および方法に関するものである。これらおよびその他の長所および本発明の目的を達成するために、ここで具現化し広範に記載するように、本発明は液体から第１粒子を濾過するための装置を有している。この装置は、モータと、回転軸線の周りで回転するためにモータに連結された遠心分離機のロータと、ロータ上に流体チャンバーを保持するためのホルダーであって、流体チャンバーの出口が流体チャンバーの入口よりも回転軸線により近くなって位置している、そのホルダーと、流体チャンバーの入口へ物質を供給するための装置と、少なくとも１つのモータと供給装置とを制御する装置であって、流体チャンバー内で飽和した第２粒子の流動床を維持し、第１粒子を流体チャンバー内に保持させる、その制御装置とからなっている。
他の観点においては、本発明は第１粒子を第２粒子から分離する方法を含む。この方法は、流体チャンバーを有した遠心分離機のロータを回転軸線の周りで回転させる段階を有している。本発明の方法によると、ロータの回転が制御され、第２粒子が流体チャンバーの入口の中へ通過していく。流体チャンバーの中では第２粒子によって飽和した流動床が形成されている。少なくとも第１粒子を有した液体は流体チャンバーの入口の中へ流され、流動床は流体チャンバーの中で保持され、流動床は第１粒子が入口から出口へ流れるのを防ぎ、他方で液体が出口へ流れるのをほぼ許す。
本発明の方法が血液の濾過と関連して用いられる場合には、液体が血漿からなっていて、第１粒子が白血球からなっていてもよく、また第２粒子は血小板あるいは赤血球からなっていてもよい。従って、流動床は白血球を濾過してその通過を阻止することができる。
さらに、本発明は流体の構成成分を分離するための装置を有していても良い。この装置は遠心分離機のロータによって受け留められるような形状の管を有している。この管は流体チャンバーの入口に連結された入口と、流体チャンバーに対して流体連結された出口を有している。
他の観点から言うと、本発明は全体的に環状になったチャンネルと、複数個の管と、流体チャンバーとを有するチューブセットからなっている。
他の観点からいうと、本発明は液体から粒子成分を分離するための流体チャンバーを有している。流体チャンバーは壁部の内壁上に形成された少なくとも１つの溝を有している。
他の観点からいうと、流体チャンバーはその内壁に形成された少なくとも１つのステップを有している。
他の観点からいうと、本発明は流体チャンバーをロータ上に保持するためのホルダーを有した装置を含む。このロータ上には、遠心分離機の力に応じて粒子を分離することのできる分離チャンバーを受け留めるための装置が設けられている。
他の観点からいうと、本発明は飽和した粒子の流動床からなるバリアーを、流体チャンバー内を流れる白血球に対して形成することによって、液体から白血球を分離するための方法からなっている。
付加的な観点からいうと、本発明は第３粒子による飽和した流動床を形成することによって、第２粒子から第１粒子を分離するための方法からなっている。
本発明の他の観点からいうと、寸法の大きな第２粒子からより小さな第１粒子を分離する方法が提供される。この方法は第１粒子と第２粒子とを有する液体に、第１粒子より大きく、かつ第２粒子より小さな第３粒子を加えるステップと、少なくとも１つの第１粒子と第３粒子の飽和した流動床を形成するステップとからなっている。
他の観点からいうと、本発明は遠心力発生装置に連結された流体チャンバーと、流体チャンバー内で飽和した粒子の流動床を形成するための装置と、飽和した流動床を流体チャンバー内に保持するための装置とを有している。
他の観点からいうと、本発明は流体チャンバーと、内部の粒子を遠心力で分離するために、遠心分離機のロータによって受け留められる形状になった分離チャンバーを、流体チャンバーを分離チャンバーに流体連結するための装置とを有する装置からなっている。
他の観点からいうと、本発明は血液成分を分離するための方法からなっている。この方法は血液に遠心力を加え、血液を少なくとも血漿と、血小板と、白血球とからなる血液組成に分離し、それによって少なくとも一部の血小板がこの段階中において活性化されるようにするステップと、血液成分を濾過して白血球を除去し、かなりの数の血小板を活性化された状態に維持するステップとからなっている。
他の観点からいうと、本発明は、最初に液体中の粒子を密度差および／あるいは沈降速度の差に応じて分離し、この初期の分離ステップにおいて分離された少なくとも一部分の粒子を流体チャンバー内へ流入させ、さらに流体チャンバー内の粒子を沈降速度の差に応じて分離することによって、液体から粒子を分離するための装置と方法とからなっている。
他の観点からいうと、本発明は分離チャンバーから分離された血液成分を流体チャンバー内へ流して、分離された血液成分を濾過することによって、血液成分を分離するための装置と方法とからなっている。
他の観点からいうと、本発明はコリオリのジェット流および／あるいは密度逆転を減少させるための方法と装置とからなっている。
他の観点からいうと、本発明はかなりの量の希釈流体を加えることなしに粒子を分離するための方法からなっている。
他の観点からいうと、本発明は血液成分を分離し、および／あるいは濾過するための装置と方法からなっている。
特に本発明は連続的に粒子を分離するための方法からなっている。
本発明の他の観点から言うと、流動床を形成している粒子の沈降速度が変化される。
本発明の他の観点からいうと、流動床を形成する粒子は赤血球からなり、阻止される粒子は幹細胞と腫瘍細胞とからなるグループから選択された細胞からなっている。
他の観点からいうと、本発明は第１粒子を、第１粒子の沈降速度とは異なった沈降速度を有する第２粒子から分離するための方法からなっている。この方法は、第３粒子の沈降速度を変化させるステップと、流体チャンバーの中で飽和した第３粒子の流動床を形成するステップと、飽和した第３粒子の流動床によって、流体チャンバー内の第２粒子の移動を阻止し、他方で液体と第１粒子が流体チャンバーを通過するのを許可するステップとからなっている。
他の観点からいうと、本発明の方法は第１粒子、第２粒子、第３粒子を有する液体を流体チャンバー内へ流入させるステップと、流体チャンバー内で飽和した第３粒子の流動床を形成するステップとからなっている。飽和した第３粒子の流動床は第２粒子が流体チャンバー内を流れるのを阻止する。上記方法はまた、液体と、第１粒子と、第３粒子の一部分が流体チャンバーを通過することを許可するステップからなっている。
他の観点からいうと、本発明は流体チャンバーの出口から流出する粒子を、流体チャンバーの出口から流出する液体から分離する付加的なステップからなっている。
本発明はまた、第１粒子を第２粒子から分離するための装置を有している。この装置はモータと、回転軸線の周りで回転するためにモータに連結された遠心分離機のロータと、このロータ上に流体チャンバーを保持するためのホルダーであって、流体チャンバーの出口が流体チャンバーの入口よりも回転軸線により近くなって位置している、そのホルダーとを有している。第１粒子と第２粒子とが流体チャンバーの入口へ供給され、また第２粒子の沈降速度を変化させる物質も同様に供給される。さらに、上記装置は、飽和した第１粒子の流動床を流体チャンバー内で維持し、第２粒子を流体チャンバー内に保持するために、モータと、流体チャンバーへ供給される物質の内の少なくとも１つを制御するための構造を有している。
本発明の他の変形例においては、流体チャンバーの出口から流出する粒子と液体とを分離するための構造が設けられている。
本発明の他の観点からいうと、流動床を形成している粒子は、第２粒子を分散させている液体の中に溶かされた溶質の濃度に対して浸透的に応答する粒子からなっていてもよい。本発明のこの観点から言うと、流動床の形成粒子の寸法と、従って沈降速度とは、溶質の濃度調節、従って流体チャンバー内の粒子の分離特性を調節することによって調節される。
今まで述べてきた全般的な説明とこれから述べる詳細な説明とが例示的なものであり、特許請求の範囲の中でさらに本発明を説明しようとしていることは理解できるはずである。添付した図面は本発明をさらに理解するために提供されるものであり、この明細書の中に組み込まれ、かつその一部を構成している。図面は本発明の実施例を説明し、そしてその記載事項と一緒になって本発明の原理を説明しようとするものである。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の１実施例による遠心分離機の斜視図である。
図２は図１に示した流体チャンバーの分解した側面図である。
図３は図１の装置の構成要素の詳細を示すための、その装置の部分概略図である。
図４は本発明によるチューブセットの一部を示す図である。
図５は図１の遠心分離機に取り付けられた図４のチューブセットの構成要素である流体チャンバー内で形成された、飽和した流動床の概略図である。
図６は図２の流体チャンバーの第１変形実施例の断面図である。
図７は図２の流体チャンバーの第２変形実施例の断面図である。
図８は図２の流体チャンバーの第３変形実施例の断面図である。
図９は図２の流体チャンバーの第４変形実施例の断面図である。
図１０は本発明の遠心分離機の変形実施例の透視図である。
図１１は本発明の遠心分離機の他の実施例の概略断面図である。
図１２は図１１の遠心分離機の部分的な斜視図である。
図１３は本発明の他の実施例における分離チャンバーと流体チャンバーの説明図である。
図１４は本発明の他の実施例における、分離チャンバーと多くの流体チャンバーとからなる遠心分離機の部分図である。
図１５は図４の一部分を含む、本発明におけるチューブセットを説明する概略線図である。
図１６は図２の流体チャンバーの第５変形実施例の断面図である。
図１７は図１６の流体チャンバーの第６変形実施例の断面図である。
図１８は主物質容器および添加容器に連結された流体供給管を有した、本発明の実施例の概略線図である。
図１９は本発明の実施例に関した流体チャンバーと補助流体チャンバーとを有した、遠心分離機の部分的な概略図である。
図２０は本発明の実施例に関した流体チャンバーと分離チャンネルとを有した、遠心分離機の部分的な概略図である。
好的実施例の説明
添付した図面を参照しながら、本発明の好的実施例について詳細に説明する。
本発明の実施例は、本発明の譲渡者によって製造されたコーペスペクトラ社製の２段シールレス血液成分遠心分離機を参照して使用することによって説明される。前記コーペスペクトラ社製の遠心分離機はイトー（Ito）による米国特許第４，４２５，１１２に記載されたような１−オメガ／２−オメガのシールレスパイプ結合を組み込んでおり、ここでもその開示全体を参照している。コーペスペクトラ社製の遠心分離機は、またマルゼー（Mulzet）による米国特許第４，７０８，７１２にほぼ記載されたような２段血液成分分離チャンネルも使用しており、その開示全体もまたここでは参照する。本発明の実施例はコーペスペクトラ社製遠心分離機と関係しながら説明するが、この説明はいかなる意味においても本発明を制限することがない。
当業者には明らかなように、本発明は、血液をその成分に分離するために一般的に用いられる各種の遠心分離機にも都合よく使用することができる。特に、本発明は、２段チャンネルあるいは１−オメガ／２−オメガのシールレスパイプ結合を採用しているといないとにかかわらず、血小板集合管あるいは血小板の多い血漿管のような成分集合管を採用したあらゆる遠心分離機と一緒に用いてもよい。
本発明によると、液体から第１の粒子を濾過するための装置が提供され、これはモータに連結された遠心分離機のロータを有し、このモータは回転軸線の周りで遠心分離機のロータを回転させる。ここで説明し、図１に示したように、遠心分離機１０はロータ１２を有している。ロータ１２は環状溝あるいは通路１４を有しており、これは図４に示したチューブセット７０の配管あるいはチャンネル４４を受け留めるようになされた開放上面を有している。通路１４はロータの回転軸線１３を完全に取り囲んでおり、ロータ１２の頂面１７上に位置した壁部１５によって内面上で境を接している。ロータ１２にはモータ１６が連結され、ロータ１２を回転軸線１３の周りを回転させる。この連結状態は直接的に、あるいはロータ１２に取り付けられたアーム１９に連結されたシャフト１８を介して間接的に確立される。あるいは、シャフト１８は伝達ギヤ（図示せず）を介してモータ１６に連結されてもよい。ロータ１２にはモータ１６とシャフト１８を保護するためのシュラウド２０が位置している。
本発明によると、ロータ上に流体チャンバーを保持するためのホルダーが設けられており、流体チャンバーの出口が流体チャンバーの入口よりも、回転軸線に対してより近くに位置している。ここで説明し、図１に示したようにホルダーはロータ１２上に流体チャンバー２２を保持するための取り付けブラケット２４を有しており、全体的にその出口３２が入口２８よりも、回転軸線１３により近くに位置している。流体チャンバー２２は、図１に示したように、取り付けブラケット２４の中に取り付けられている。流体チャンバー２２はまた、通路１４の下のような別な位置においてロータ１２に固定されてもよい。流体チャンバー２２はＰＥＴＧのような透明あるいは半透明の共重合エステルでできていて、遠心分離操作中のチャンバー内部における内容物を選択的なストロボ（図示せず）を用いて見ることができるようにしてもよい。
図２は示したように、前記流体チャンバー２２は入口２８を有する第１チャンバー部分２６を、出口３２を有する第２チャンバー部分３０に連結することによって形成されている。入口２８と出口３２は縦方向軸線（Ａ−Ａ）に沿って配置されている。
本発明の実施例においては、流体チャンバー２２は約１４．５ｍｌの内部容積を有しているが、このパラメータは特定の使用目的に応じて増減することができる。第１チャンバー部分２６の内部は約３０度の円錐角３４ａを有した円錐形状になっている。第２チャンバー部分３０の内部もまた約１２０度の円錐角３４ｂを有した円錐形状になっている。これらの角度は変更してもよい。例えば、円錐角３４ｂは約９０度から１２０度の範囲であってもよく、また円錐角３４ａは約３０度から９０度の範囲であってもよい。
流体チャンバー２２の容積は、特定の流速範囲、粒子寸法範囲、および遠心分離機のロータ１２の速度範囲に関して、飽和した流動粒子床（後述）を提供するのに十分な血小板を収容するのに少なくとも十分な大きさになっている。
好ましくは、流体チャンバーの内部は、チャンバー部分２６と３０が連結する第１チャンバー部分２８と出口３２との中間位置に位置する最大断面積３３を有している。流体チャンバーの内部の断面積は、最大断面積部分３３から軸線（Ａ−Ａ）の両方向において、減少あるいは漸減する。流体チャンバー２２は円錐形の内部形状を有した２つの部分２６、３０からなっていることが示されているが、その内部形状はパラボラ形状あるいは入口あるいは出口の面積より大きな主断面積部分を有したどのような形状になっていてもよい。流体チャンバー２２は分離的な部分からよりも、単一ピースのプラスチックから構成される。
本発明によると、流体チャンバーの入口に物質を供給するための装置も設けられている。ここで説明し、図３に概略的に示したように、ポンプ３６が出口配管３８を介して流体チャンバー２２に流体的に連結されている。ポンプ３６は流体チャンバー２２の出口３２から流体と粒子を吸引する。ポンプ１６は、好ましくは、血液成分に重大な損傷を与えないような形の蠕動ポンプあるいはインペラポンプであるが、どのような流体ポンプ装置あるいは吸引装置であってもよい。他の実施例（図示せず）においては、ポンプ３６は物質を流体チャンバー２２を通して流体チャンバーの中へ直接移動させるために、流体チャンバー２２の入口に流体的に連結されていてもよい。ポンプ２２はどのような都合の良い場所に取り付けもよい。
本発明によると、流体チャンバーの中で第２粒子の飽和した流動床を維持し、かつ第１粒子を流体チャンバー内に保持するためのモータおよび／あるいは供給装置を制御するための装置も設けられている。ここで説明し、図３に示したように、制御装置は遠心分離機モータ１６とポンプ３６との両方に連結されたコントローラ４０を有していてもよい。以下に詳細に説明するように、遠心分離機の操作中に、コントローラ４０は粒子を分離させるために、流体チャンバー２２の中で飽和した粒子の流動床を保持する。コントローラ４０は、当業界では共通的に知られているＲＯＭあるいはＲＡＭによって提供されたプログラムを有したコンピュータを有していてもよい。
コントローラ４０は、モータ１６に加えられる電気の周波数、電流、あるいは電圧を制御することによって、遠心分離機のロータ１２の回転速度を変化させることができる。あるいは、ロータの速度は、例えばモータ１６とロータ１２との間の回転連結を変化させるためにギア比を変化させるような、伝達器（図示せず）の位置を変化させることによって変化させることができる。コントローラ４０は、ロータ速度を常時監視するために、回転速度検出器（図示せず）からの入力を受け留めてもよい。
コントローラ４０はまた、流体チャンバー２２に供給される物質の流速を変化させるために、ポンプ３６を制御することもできる。例えば、コントローラ４０はポンプ３６に提供される電気を変化させてもよい。あるいは、コントローラ４０は、入口２８に連結された入口管４２内、あるいは出口管３８内のいずれかに設けられた弁構造（図示せず）を制御することによって、流体チャンバー２２への流速を変化させてもよい。コントローラ４０は、流体チャンバー２２に流入する物質の流速を監視するために、入口管４２内に配置された流速計（図示せず）からの入力を受け留めてもよい。図３に示した実施例においては、多数の操作をする単一のコントローラ４０が概略的に示されているが、本発明による制御装置は各々が単一の機能あるいは多数の機能を発揮するどのような数の個々のコントローラを有していてもよい。コントローラ４０は、当業界において知られているように、多くの他の方法によって流速を制御してもよい。
上述したように、ロータ１２は、図１に示したように、頂面に沿って開放は環状通路１４を有した形状になっている。この通路１４は、図５において部分的に示したように、チューブセット７０のチャンネル４４を受け留めるために設けられている。図４において最も良く示したように、チューブセット７０は、好ましくは、全体的に長方形断面を有したチャンネル４４の中へ組み込まれて形成された半剛性のパイプを有している。コネクタ７１がチャンネル４４の端部どうしを連結し、通路１４の中に組み込まれる環状形あるいはループ形を形成している。供給管７８が、全ての血液を半剛性のチャンネル４４の入口へ供給し、遠心分離機の操作中およびチャンネル４４内の流速を制御している間に、チューブセグメント４２と、出口管７２、７４と、制御管７６が血液成分を取り出すことができる。チャンネル４４と、チューブセグメント４２と、管７２、７４、７６、７８の全体的な形状、機能のさらに詳しいことは米国特許第４，７０８，７１２に示されている。
保護シース８０が管７２、７４、７６、７８および出口管３８を取り囲んでいる。チューブセット７０のチャンネル４４が通路１４の中に取りはずし自在に配置される時には、管７２、７４、７６および７８はそれぞれ壁１５に形成された溝８２、８４、８６を通って延在し、入口管４２は通路４２によって形成された溝８８の中で保持されている（図１および図５参照）。
図１５はチューブセット７０の第２の実施例のより完全な図である。このチューブセット７０は、さらに、血液成分を集めるための複数個の付加的な要素を有しており、それらは、限定的ではないが、１あるいはそれ以上のドナー近接管９０２、サンプル装置９０４、スパイク９０６、チューブセット７０へ流体を加えるための充填された溶液袋（図示せず）、廃棄物袋９０８、アキュムレータ袋９１０、血液成分袋９１２、ポンプ３６のような各種の流体ポンプと相互適合するためのポンプカートリッジ９１４、空気チャンバー９１６、モニター装置のインターフェース９１８、相互連結チューブと取り付け装置９２０、および各種の付属要素やアクセサリーからなっている。
図３、図５に示したように、分離チャンバー４６がチャンネル４４の流路内に位置している。粒子は、最初は、遠心分離機の速度に応じた密度および／あるいは沈降速度に関連し、分離チャンバー４６の中で分離する。この分離チャンバー４６は通路１４の外壁上に位置したリッヂ４８を有し、これはチャンネル４４の一部分を変形し、チャンネル４４内にダム５０を作り出す。あるいは、ダム５０はチャンネル４４の流路内に取り付けられた永久的な構造物であってもよい。図面には単一の分離チャンバー４６とダム５０が示されているが、流路は、その望みの使用目的に応じて、多数の分離チャンバーとダムを有していてもよい。
チャンネル４４が通路１４の中に位置している時には、チャンネル４４の中にはダム５０に近接して集合ウェル５４が形成される。ウェル５４の出口５６を流体チャンバー２２の入口２８に連結しているチューブセグメント４２が、集合ウェル５４内の分離された物質を流体チャンバー２２へ送給する。図３から図５に示した実施例はチューブセグメント４２を有しているが、分離チャンバー４６と流体チャンバー２２との間にどのような流体連結装置を用いてもよい。例えば、流体チャンバー２２の入口２８はチャンネル４４に直接連結されてもよい。
次に図３と図５を参照しながら、血液の粒子を分離する方法を説明する。本発明は血液成分の分離プロセスに関連して説明しているが、最大限の観点から言うと本発明はそれに限定されないことがわかるはずあである。本発明は多数の異なった粒子を分離するために用いてもよい。さらに、本発明は２本針および１本針の両方の血液純化装置あるいは濾過装置に適用することができる。例えば、このような使用目的のための発明は、採取した血液成分の単一針再循環装置と題する、１９９５年８月１日付の米国特許第５，４３７，６２４号によって実施されており、ここでもその開示を参照している。
好ましくは、流体チャンバー２２には最初は、流体血漿の密度よりも小さいかあるいはそれに等しい密度を有した、空気や、食塩水、あるいは血漿のような、密度の小さい流体媒体が詰められている。この充填流体は、流体チャンバー２２の中で飽和された血小板の流動床を効率的に確率することができる。食塩水が用いられている時には、この液体は供給管７８を通ってチャンネル４４に入っていく。次に食塩水は出口５６に流入し、コントローラ４０がポンプ３６を起動させると流体チャンバー２２の中を流れる。コントローラ４０はまたモータ１６の運転を開始させ、遠心分離機のロータ１２と流体チャンバー２２を図３の矢印（Ｂ）の方向へ回転させることができる。この回転中は、遠心分離機のロータ１２と流体チャンバー２２に連結された流体管７２、７４、７６、７８および出口管３８は、当業界で知られ、かつ米国特許第４，４２５，１１２に開示された、１−オメガ／２−オメガのシールレスチューブ連結によってねじれないようになっている。
この装置が充填され、遠心分離機が回転されると、全血液あるいは血液成分が供給管７８通って半剛性チャンネル４４へ導入される。全血液が使用される時には、この全血液は、血液をドナーから供給管７８を通して直接的に移送することによって、半剛性チャンネル４４へ加えることができる。あるいは、血液は血液袋のような容器から供給管７８へ移送してもよい。
チャンネル４４の中の血液は遠心分離機のロータ１２が図３の矢印（Ｂ）の方向へ回転し続けた時に、遠心力を受ける。この遠心力は、図３の矢印（Ｃ）で示したような、ロータ１２の回転軸線１３から半径方向に離れる方向に作用する。
血液成分はチャンネル４４の中で初期分離する。全血液の成分は次のように密度の小さくなる順、即ち、１．赤血球  ２．白血球  ３．血小板  ４．血漿の順で層状になる。コントローラが４０が遠心分離機のロータ１２の回転数を制御し、この粒子の層の形成を確実なものにする。この血液粒子は分離チャンバー４６内のチャンネル４４の外壁面に沿って、バッフィーコート層５８と外層６０とを形成する。外層６０はバッフィーコート層５８における粒子の密度より大きな密度を有する粒子からなっている。代表的には、外層６０は赤血球と白血球からなり、バッフィーコート層５８は血小板と白血球とからなっている。
最も密度の小さな血液成分である血漿は、バッフィーコート層５８の頂面に沿ってチャンネル４４内を流れる。バッフィーコート層５８の高さがダム５０の頂部に接近すると、流れる血漿がバッフィーコート層５８における血小板と幾らかの白血球を、ダム５０を越えて洗い出す。これらの粒子はダム５０を越えて流れ出ると、それらは集合ウエル５４の中へ入る。血小板の幾らかはまた集合ウエル５４を通り過ぎ、次に逆流して集合ウエル５４の中へ戻ることがあり、このことは１９９５年４月１４日付の、「全血液の単一原子成分のような希薄組成のスピルオーバ採集」と題する米国特許出願０８／４２２，５９８に記載されており、ここでもその開示を参照している。
外層６０における白血球と赤血球は出口管７４を通して取り出され、血小板の少ない血漿は出口管７２を通して取り出される。コントローラ４０は、当業界で知られているように、これらの血液組成を取り出すために、管７２、７４あるいは７６に連結された選択的なポンプ（図示せず）を制御することができる。赤血球と白血球と、血漿がこのようにして取り出されると、それらは集合された血液成分と再結合されるか、あるいはさらに分離される。あるいは、これらの取り出された血液成分はドナーの中へ再注入されてもよい。
血漿は血小板と白血球を集合ウエル５４から、飽和した粒子の流動床が形成されるように流体の充填された流体チャンバー２２の中へ運ぶ。コントローラ４０はロータ１２の回転速度を所定の回転速度の範囲内に維持し、この飽和した流動床の形成を簡単にしている。さらに、コントローラ４０はポンプ３６を制御して、血漿と血小板と白血球を所定の流速でチューブセグメント４２内に流し、流体チャンバー２２の入口２８の中へ流入させる。これらの流れる血液成分は充填流体を流体チャンバー２２から流出させる。
血小板と白血球が流体チャンバー２２の中へ入ると、それらは２つの反対方向の力を受ける。ポンプ３６によって流体チャンバーの中を流れる血漿が第１の粘性の吸引力を確立し、この場合、流体チャンバー２２を流れる血漿は粒子を図３の矢印（Ｄ）の方向に出口３２の方へ押し出す。ロータ１２と流体チャンバー２２との回転によって生じた第２の遠心力は、矢印（Ｃ）方向へ作用して、粒子を入口２８の方へ押し出す。
コントローラ４０は流体チャンバー２２内の血小板と白血球を集合させるために、ロータ１２の回転速度とポンプ３６の流速を制御する。血漿が流体チャンバー２２の中を流れる時には、血漿の流速は、血漿の流れが最大断面積部分３３に近づくにつれて減少する。この流れは最大断面積部分３３において最小速度となる。回転する遠心分離機のロータ１２が流体チャンバー２２の中で十分な重力場を作り出すので、血小板は最大断面積部分３３の近くにおいては、血漿と共に流体チャンバー２２から流出していくよりも蓄積することの方が多くなる。白血球は最大断面積部分３３より幾分下のところで蓄積する。しかしながら、この最初の飽和した粒子の流動床の確立期間中は、密度の逆転によってこれらの粒子は若干混合される傾向がある。
大きな白血球は小さな血小板よりも入口２８に近い方においては多く蓄積し、これはそれらの沈降速度が異なるからである。好ましくは、回転速度と流速とは、飽和した粒子の流動床が形成されている間は、血小板と白血球とは流体チャンバー２２から全く殆ど流出していかないように制御される。
血小板と白血球とは流体チャンバー２２の中で蓄積し続け、その間血漿は流体チャンバー２２を流れていく。血小板の濃度が増加すると、粒子間の間隔は減少し、血漿の流れからの粘性的な吸引力は次第に増加する。最終的には、血小板の床は流体チャンバー２２の中で飽和した粒子の流動床になる。この流動床は今では血小板で飽和しているので、１個の新しい血小板が流体チャンバー２２内の飽和床の中へ入ってくると、１個の血小板が床から出ていかなければならない。従って、上記流動床は血小板が入口２８を流れて床へ流入してくる付加的な血小板の割合と同じ割合で床から出ていくので、安定した状態で作用する。この床が図５において概略的に示されており、ここでは記号“Ｘ”血小板を示し、記号“Ｏ”が白血球を示している。以下で説明し、図５に示したように、飽和した粒子の流動床は実質的に白血球“Ｏ”が流体チャンバー２２を通過していくのを妨害あるいは阻止している。
粒子の流動床は流体チャンバー２２の中へ流入してくる粒子の濃度とは無関係に、それ自身自動的に確立される。流体チャンバー２２へ流入する血漿は血小板の飽和点の前後において血小板の床を通過していく。
血小板の飽和床は流体チャンバー２２の中で、最大断面積部分３３の近くにおいて、流速と遠心力場に応じて、その占拠容積を変化させる。飽和床内の血小板の数は幾つかの要素、例えば、流体チャンバー２２内への流入速度、流体チャンバー２２の容積、および回転速度に依存している。もしこれらの変数が一定であれば、飽和した流動床における血小板の数もほぼ一定に維持される。流体チャンバー２２へ流入する血液成分の速度が変化すると、床は、過剰の血小板を解放するか、あるいは流体チャンバー２２へ流入する付加的なな血小板を受け入れるかによって、それ自身を維持するように自己調節する。たとえば、流体チャンバー２２へ流入する血漿の流速が増加すると、この付加的な血漿の流れが過剰の血小板を現在超飽和状態になっている床から洗い出し、床は増加した流速において、それ自身をもとの飽和状態に再び戻す。従って、床内の血小板の濃度は床の血小板を放出したことによって低くなる。
血小板の飽和した流動床が形成されると、流動する血漿が付加的な、血小板を流体チャンバー２２および床の中へ持ち込む。これらの付加的な血小板は、床に加わり、床を通過する血漿の粘性的な吸引力を増加させる。ある点において、この粘性吸引力は最大断面積部分３３付近の血小板を飽和床および流体チャンバー２２から流出させるのに十分な大きさになる。従って、回転速度と流体チャンバー２２への流入速度が一定ならば、血小板の飽和流動床の中へ流入する血小板の数と濃度は、床から放出される血小板の数と濃度とにほぼ等しい。このことは従来の技術と全く対照的である。
上記床は血小板で飽和されているが、この、血小板の床にはわずかな数の白血球が散在していることがある。しかしながら、これらの白血球はその沈降速度がより大きいので、入口２８に向かって血小板の床から“落ち”ていくか、あるいは出ていく。大部分の白血球は一般的には、図５に示し、以下に説明するように、流体チャンバー２２の中で、飽和血小板の床と入口２８との間で集合する。
血小板粒子の飽和流動床は、流体チャンバー２２へ流入してくる白血球に対するフィルターあるいはバリアーとして機能する。血液成分が流体チャンバー２２へ流入すると、血漿は自由に床を通過する。しかしながら、飽和した血小板の流動床は流体チャンバー２２の中へ入る白血球に対する実質的なバリアーとなり、これらの白血球を流体チャンバー２２内で保持する。従って、床は連続的に流体チャンバー２２内へ流入する血液成分から白血球を効果的に濾過し、飽和床から解放された血漿と血小板とは流体チャンバー２２から放出させる。これらの濾過された殆ど全ての白血球は流体チャンバー２２の中で飽和した、血小板の流動床と入口２８との間において蓄積する。
飽和した粒子の流動床における粒子分離あるいは濾過は、従来技術による浄化に関する多数の制限を不要のものにする。例えば、粒子はバッチ処理ではなく、連続的な安定状態の下で分離あるいは濾過される。さらに、付加的な浄化用の流体媒体は不要となる。さらに、飽和した粒子の流動床が確立されると、流体チャンバー２２から出ていく粒子の寸法を変化させることなしに、流速をある範囲を越えて変化させることができる。従来技術による浄化とは異なり、本発明は数値的に優勢な粒子を含んだ飽和した粒子床を確立する。この床は自動的に優勢な数の粒子を通過させ、寸法のより大きい粒子は拒絶する。
本発明による装置と方法は、流体チャンバー２２を通過する血小板と血漿から殆ど全ての白血球を分離させる。白血球に対するバリアーが、少なくとも部分的に形成されるが、それは白血球が飽和した粒子の流動床を形成する血小板よりも大きな寸法と、大きな沈降速度とを有しているからである。従って、寸法あるいは沈降速度が異なることによって、同様な密度の粒子が分離される。
ダム５０における最初の分離と、飽和した流動床とが大部分の赤血球と白血球とを除去するので、流体チャンバー２２から出てくる流体は主に血漿と血小板とからなっている。ここで説明した装置は人間の全血液を用いて３０回操作される。各々の操作の結果として３ｘ１０″個の血小板あたり３ｘ１０6個以下の赤血球を有した白血球の不足した製品が得られる。これらの結果に基づいて、流体チャンバー２２から出てくる血小板製品は、少なくとも３ｘ１０11個の血小板が流体チャンバー２２から流出した時に、白血球が５ｘ１０6個以下であるという希薄白血球の標準に終始（少なくとも９９％回数）合致するであろう。
濾過された白血球がフィルターの中に残るような従来の多孔質フィルターとは異なり、本発明はかなりの部分の白血球がドナー経回収、回帰できるようにしている。
好ましくは、最初にチャンネル４４に入った血小板の８０％〜９９％が実行可能な状態で回収される。もっと好ましくは、最初にチャンネル４４に入った血小板の少なくとも９５％あるいは少なくとも９８％がチャンネル４４からも流体チャンバー２２からも回収される。
血液成分が分離チャンバー４６において最初に分離される時には、かなりの数の血小板がわずかに活性化されることがある。飽和した血小板の流動床は、このわずかな活性化とは関係なしに、白血球を血漿と血小板とから濾過することができる。従って、本発明は、血液組成が分離チャンバー４６において初期分離された後に、白血球を濾過するための待ち時間を必要としなくなる。このことは従来型のフィルターを用いる方法と対照的である。
分離後は、流体チャンバー２２を出てきた血小板と血漿とは適当な容器に集められ、後の使用のために貯蔵される。半剛性のチャンネル４４から除去された赤血球と白血球は、ドナーへの再注入あるいは貯蔵のための装置における残余の血漿と結合されてもよい。あるいはこれらの血液組成は装置１０によってさらに分離されてもよい。
本発明の１実施例においては、前記コントローラ４０はロータ１２の回転速度を好ましくは１８００ないし２４００ＲＰＭ（回転／分）の範囲内で制御する。好ましくは、該回転速度は流体チャンバー２２の中に、入口２８に近いところの約８００Ｇから出口３２に近いところの約５００Ｇまでの範囲の重力場を発生させるために、２４００ＲＰＭで制御される。該コントローラ４０は流体チャンバー２２への流入速度を１ｍｌ／分から１５ｍｌ／分の範囲内に維持する。好ましい流速の範囲は２ｍｌ／分から８ｍｌ／分である。中でも特に初期の血小板の数と、処理される全血液の全容量に関する特別な流速が選択される。
本発明の１実施例においては、飽和した流動床を形成するために用いられた流速と同じ流速において炉過が行なわれる。粒子の炉過率を増加させるために、炉過中の流速は、流動床の形成中に用いられる流速よりも選択的に大きくしてもよい。このような選択的な調節のために、コントローラ４０は、飽和した流動床を維持しながら、流体チャンバー２２の中へ流入する血液成分の流速を増加することができる。コントローラ４０はポンプ３６の速度を増加させることによって流量を増加させる。
コントローラ４０は、血液組成が流体チャンバー２２の中へ流入する時に、濾過処理中にわたって飽和した流動床を維持する。コントローラ４０は、流体の供給量と遠心分離機のロータ１２の回転とを制御することによって、流体チャンバー２２の中の流れは滑らかにかつ安定して確保される。このような調節によって流体チャンバー２２内の力が適当に平衡され、飽和した流動床が維持される。以下にもっと詳細に説明するように、コントローラ４０は、飽和した流動床を維持しながら、流体チャンバー２２内への流入量を増加させてもよい。
血液成分の分離過程の終りにおいては、コントローラ４０は、チャンネル４４のバッフィーコート層５８の中および流体チャンバー２２の飽和した流動床の中において保持された血小板を回収してもよい。コントローラ４０は、ロータ１２の回転速度を減速するか、あるいはチャンネル４４から出てくる血漿の量を増加させることによって、バッフィーコート層５８内の血小板を回収する。例えば、バッフィーコート層内の血小板を回収する好ましい方法においては、ロータ速度は２４００ＲＰＭから突然１８００ＲＰＭに減速され、次に２４００ＲＰＭにまで増速される。これによってバッフィーコート層５８に保持された血小板と白血球とがダム５０の上を溢流し、流体チャンバー２２の中へ流入される。流体チャンバー２２の中では、飽和した血小板の流動床がバッフィーコート層５８から白血球が通過するのを防ぎ、同時にバッフィーコート層５８の血小板が流動床に加わり、飽和した流動床から血小板を解放する。従って、本装置はバッフィーコート層５８からほぼ全ての白血球を炉過してもよい。これによって血小板の収率が大きく増加される。
バッフィーコート層５８は、上述した米国特許出願第０８／４２２，５９８号において記載されたようにして、ダムの上を溢流する。このことは特に一核性の細胞集合過程において効果的であり、それは流体チャンバー２２が一核性細胞から赤血球を分離することができるからである。
さらに、飽和した流動床における血小板は、かなりの数の血小板を流体チャンバー２２から回収するために採集される。床から採集している間は、コントローラ４０が流速を増加し、および／または遠心分離機のロータ１２の速度を減速したりすることによって、床から血小板を解放する。このことによって、流体チャンバー２２からは飽和した流動床を形成している大部分の血小板が放出され、血小板の収率をかなり増加させる。このような採集操作はほぼ全ての血小板が除去されて、流体チャンバー２２から許容できない数の白血球が流れ始める直前まで続けられる。
床を形成している採集された血小板は、以前に集められた血小板と結合されてもよい。さらに、高い濃度の白血球からなる流体チャンバー２２の残余の内容物は、後の使用のために分離的に集合したり、あるいはドナーへ戻すためにチャンネル４４から除去された血液成分と再結合させてもよい。
本発明は特に、数の多い方の第２粒子の有する液体から分離しようとする第１粒子をトレースあるいは汚染することができる。好ましくは、濾過しようとしている白血球のような第１粒子は、飽和した粒子の流動床を形成するには不十分な濃度を有している。しかしながら、本発明は、その最も広い使用目的から言うと、特定の粒子濃度とは関係なく第１粒子を液体から分離させるか、あるいは第２粒子から第１粒子を分離させるかのいずれかに向かっている。
本発明の装置および方法は、白血球を除去し、血小板を集めることについて説明してきたが、この説明は本発明の範囲に関する制限事項であると解釈するべきではない。本発明はあらゆる粒子状の血液成分を互いに他から分離するために用いてもよい。例えば、上記飽和した流動床は、赤血球が連銭状態（クランプ状）になっていない限り、赤血球で形成して、白血球が流体チャンバー２２から流出するのを防ぐようにしてもよい。あるいは粒子を移送させる液体は血漿のための食塩水あるいはその他の代用品であってもよい。さらに、本発明は、幹細胞を集めるために、へその緒から取り出した全血液から白血球あるいは他の組成を取り出すために用いてもよい。さらに、本発明は血液あるいは生物学的な関連物質には無関係に、液体から粒子を濾過あるいは分離することに用いてもよい。
本発明による装置と方法は、幹細胞を有する白血球と腫瘍細胞とを、幹細胞の飽和した粒子流動床を形成して、腫瘍細胞が流体チャンバー２２から流出するのをほぼ防ぐことによって分離させることができる。あるいは、腫瘍細胞が飽和した粒子流動床を形成して、幹細胞が流体チャンバー２２から流出するのをほぼ防ぐようにしてもよい。
本発明の他の観点においては、腫瘍細胞ような小さい方の第１粒子を、幹細胞のような大きい方の第２粒子から、中間の寸法の第３粒子によって飽和した粒子の流動床を形成することによって、分離することもできる。最初に、中間寸法の第３粒子を、第１粒子と第２粒子とを移送する液体に加える。好ましくは、付加さる第３粒子の濃度は、第１粒子、第２粒子の濃度を越えている。これらの第３粒子は、好ましくは、磁性マイクロビーズ、あるいは他の粒子から容易に分離可能な何か他の物質である。
次に、第１粒子、第２粒子、および第３粒子を移送する液体が流体チャンバー２２の中へ通される。最終的には、第３粒子が上述したのと同じ方法によって、飽和した粒子流動床を形成する。より多くの液体と粒子が流体チャンバー２２の中へ流入すると、液体と寸法の小さな方の第１粒子とが飽和した第３粒子の流動床を通過し、流動床の特性と粒子の沈降特性によって、第２粒子は流動床を通過することができない。従って、流体チャンバー２２の中で第１粒子と第２粒子が分離される。
前記飽和した流動床は、より多くの第３粒子が流動床の中へ流入したり、あるいは流体チャンバー２２への流入速度が変化した時に、第３粒子を解放する。これらの第３粒子は液体から除去され、第１粒子は流体チャンバー２２から流出していく。好ましい実施例においては、磁石を有した除去装置（図示せず）が磁性のある第３粒子を磁気的に急進し、液体から除去する。従って、かなり純度の高い第１粒子が得られる。
このような他の方法は、濃度が低く、かつ密度が類似しているが、寸法の異なっている第１粒子と第２粒子とを分離するのに有効である。流動床を形成するための第３粒子は、好ましくは、第１粒子と第２粒子と一緒にして加えられるが、それらは流体チャンバー２２の中へ分離過程の時に導入してもよい。本発明のこの観点は、上述したように腫瘍細胞を幹細胞あるいは他の血液組成から分離するのに有効である。あるいは、第１粒子がＴ細胞であって、第２粒子が幹細胞であってもよい。しかしながら、この本発明の変形的な方法は多くの異なったタイプの粒子を分離するために用いられる。例えば、幹細胞を輸血した後に、対宿主性移植片病を減少させるために、Ｔ細胞を幹細胞から分離することができる。
本発明の他の実施例について以下説明するが、類似あるいは同一の要素については、図面全体を通して、下２桁を同じ番号にした参照数字によって表すことにする。
図６に示したように、本発明の他の実施例は入口１２８と出口１３２とを備えた流体チャンバー１２２を有する。流体チャンバー１２２の内面には最大断面積部分１３３の位置において溝１９０が形成されている。流体チャンバー１２２の縦方向軸線（Ａ−Ａ）に対してほぼ直角になった頂部と底部１９１、１９２が側部１９３によって連結されている。好ましくは、側部１９３は軸線（Ａ−Ａ）に平行で、軸線を取り囲んでほぼ環状の溝１９０を形成している。
本発明の１実施例においては、側部１９３は０．１インチ（２．５４mm）であり、頂部および底部１９１、１９２は各々０．８インチ（２０．３mm）である。しかしながら、溝１９０は本発明から逸脱しなければ、どのような多くの異なった形状、寸法になっていてもよい。
溝１９０は流体チャンバー１２２内でコリオリのジェット流を散らすための助けとなる。従って、溝１９０は飽和した粒子の流動床の粒子バリアーの能力を改善する。粒子分離操作中に液体の流速が突然増加すると、粒子の通過を防ぐ飽和した粒子の流動床の能力に限度が生じてしまう。流体チャンバー２２の中へ流入する液体はコリオリのジェットの影響を受ける。ジェット流は、液体と粒子が、床自身の中へ流入するよりもむしろ、飽和した粒子の流動床と流体チャンバー２２の内壁面との間を通過するので、飽和した粒子の流動床のフィルター効果を減少させる。溝１９０を有する流体チャンバー１２２は、コリオリジェット流を流体チャンバー１２２の軸線（Ａ−Ａ）を部分的に取り囲んだ円周方向に溝の中へ流すことによって、これら影響と反作用する。従って、該溝１９０は、特に液体の流速が増加した時に、飽和した流動床の粒子通過の防止能力を改善する。
図１６、図１７は流体チャンバー１０２２と１０２２´を示しており、これらはそれぞれ別の実施例の溝１０９０と１０９０´を有している。図１６に示したように、流体チャンバー１０２２は側部１０９３を有した溝１０９０、最大断面積部分１０３３の位置における流体チャンバー１０２２の内面において円周的に形成された頂部と底部１０９１、１０９２とからなっている。これらの頂部と底部１０９１、１０９２は縦方向軸線（Ａ−Ａ）に対して直角になっており、一方側部１０９３は軸線（Ａ−Ａ）に平行になっていて、ほぼ環状の溝１０９０を形成している。
図１６に示したように、側部１０９３よりも軸線（Ａ−Ａ）に近く位置した円周方向のリップ１０９４が頂部１０９１から延在している。底部１０９２とリップ１０９４とが溝の入口１０９６を形成している。図１６に示したように、溝の入口１０９６は完全に軸線（Ａ−Ａ）を取り囲んでいてもよい。
あるいは、図１７に示したように、溝の入口は、最大断面積部分１０３３´の位置において、流体チャンバー１０２２´の円周方向において離隔配置された複数個のスロット状の入口１０９５´であってもよい。この実施例においては、リップ１０９４´は底部１０９２´へ向かって延在し、スロット状入口１０９５の間に位置した内部溝壁部１０９７´を形成している。
好ましくは、第１の入口１０９５´はコリオリジェットの位置に対応した位置に設けられ、第２の入口（図示せず）はその直径方向反対側に位置している。コリオリジェット流は第１のスロット状入口１０９５´において溝１０９０´の中へ入り、溝１０９０´に沿って、時計方向および反時計方向に円周方向に進み、別のスロット状入口から出ていく。
図１６および図１７における形状はコリオリジェットのモーメント方向を改善し、さらにその特性を改善するものと思われる。図１６と図１７における溝の形状は、ここで説明しているあらゆる流体チャンバーの実施例に関連して選択的に採用してもよい。
図７は別の実施例の流体チャンバー２２２を示している。流体チャンバー２２２の内面には、最大断面積部分２３３の位置と入口２２８との間において複数個のステップ２９４が形成されている。４段のステップ２９４しか図示されていないが、流体チャンバー２２２にはどのような数のステップ２９４を設けてもよい。
各々のステップ２９４は、流体チャンバーの縦方向軸線（Ａ−Ａ）に対してほぼ直角に向かったベース面２９５を有している。さらに、ベース面２９５に直角になった側面２９６が位置している。図７は側面２９５とベース面２９５とが交差したコーナーを示しているが、このコーナーの代わりに凹面状の溝を設けてもよい。好ましい実施例においては、各々のステップ２９４は軸線（Ａ−Ａ）を取り囲んで、円筒形の領域を形成している。さらに、流体チャンバー２２は選択的に溝２９０を有している。
好ましい実施例においては、ベース面２９５は０．０５インチ（１．２７mm）で、側面２９６は０．０２インチ（０．５１mm）である。しかしながら、これらの面の寸法と、各々のステップ２９４の形状は、本発明の範囲あるいは精神を逸脱しない限り修正可能である。
流体チャンバー２２２に対してステップ２９４を付加するとまた、飽和した粒子流動床の粒子通過防止特性が、特に流速が増加している間の特性が改善される。ステップ２９４は流体チャンバー２２２内のコリオリジェットを減らすために、モーメントの偏向表面、および再方向決め表面を提供することによって、この改善を行なう。コリオリジェットが発生すると、ジェットの液体と粒子は、遠心分離機の回転方向に面した流体チャンバー２２２の内面に沿って移動する。そのために、ジェットは流体チャンバーの内面と飽和した粒子流動床あるいは流体チャンバー２２２内に位置した浄化場との間で、粒子を移動させる。従って、ジェットの中で移動する粒子は、分離されることなく流体チャンバー２２２を出ていく。
ステップ２９４は、液体および粒子のコリオリジェット流のモーメントを、軸線（Ａ−Ａ）の周りの全体的に円周方向に向けさせたりあるいは変化させる。従って、最初はジェットの中で流れていたかなりの数の粒子が、飽和した流動床の中あるいは分離しようとしている浄化場の中へ入るにちがいない。
図７に示したように、流体チャンバー２２２はステップ２９４と同じ形状の付加的なステップ２２５を有していてもよい。付加ステップ２２５は最大断面積部分２３３の位置と流体チャンバーの出口２３２との間に配置されている。上述した場合と同じように、これらのステップ２２５はコリオリジェット流の方向を、軸線（Ａ−Ａ）を取り囲む円周方向に再び向けさせようとするものである。
ステップ２９４、２２５を付加することに加えて、第２のチャンバー部分２３０の円錐角２３４ｂは、密度逆転によって生じる粒子汚染を減らすために、１２０度ないし４０度へ減少させてもよい。もし沈降速度の速い方の粒子が最大断面積部分２３３を越えて移動した場合には、より小さな角度の壁部が、これらの粒子の幾つかが出口２３２へ直接流れるのを部分的に制限することになり、それは部分２３０の中では密度逆転が生じないからである。従って、沈降速度の速い方の粒子は、重力遠心分離の場の影響によって、出口２３２から流出するよりも、最大断面積部分２３３と入口２２８との間へ“落下”するかあるいは逆流するであろう。選択的に、ここで説明している全ての流体チャンバーは、円錐角２３４ｂが１２０度以下の第２チャンバー部分２３０を有していてもよい。
図８は、ステップ３９４と、溝１９０に類似した選択的な溝３９０とを有した流体チャンバー３２２の付加的な実施例を示している。図８に示したように、各各のステップ３９４は軸線（Ａ−Ａ）にほぼ直角なベース面３９５を有している。この実施例はまたベース面３９５に対して鋭角をなした側面３９６を有している。
図９においては、流れ制限ステップ４９４と選択的な溝４９０とからなる流体チャンバー４２２の他の実施例が示されている。各々のステップ４９４の側面４９６は軸線（Ａ−Ａ）に対してほぼ平行であり、ベース面４９５に対して鈍角をなしている。
図６から図９においては、溝１９０、２９０、３９０、４９０とステップ２９４、３９４、４９４は、チャンバーの軸線（Ａ−Ａ）を完全に、あるいは部分的に取り囲んでいる。これらの特徴は、流体チャンバーの安定状態における特性を改善するだけではなく、以下に述べるように、流体の流速を増加させ易くするためのものである。血液成分の分離中は、溝１９０、２９０、３９０、４９０とステップ２９４、３９４、４９４は、さもなければ飽和した血小板の流動床をバイパスしてしまうような白血球の数を大きく減少させる。
溝１９０、２９０、３９０、４９０とステップ２９４、３９４、４９４と、付加的なステップ２２５とは、本発明の範囲あるいは精神を逸脱しなければ、多くの異なった形状に形成してもよい。例えば、１あるいはそれ以上のステップ２９４、３９４、４９４のベース面および／あるいは側面は凹状になっていてもよい。さらに、ステップ２９４、３９４、４９４は軸線（Ａ−Ａ）を取り囲んだらせん形状であってもよい。さらに、軸線（Ａ−Ａ）の周りに延在するベース面２９５、３９５、４９５の一部は、残りの部分よりも低く位置させて、凹面を形成してもよい。
流体チャンバー１２２、２２２、３２２、４２２、１０２２、１０２２´は、飽和した粒子流動床を形成するのに用いるためと説明してきたが、この説明はその最も広い観点における本発明の範囲を制限しようとするものではない。サートリー（Sartory）の特許で述べられているような粒子分離の困難さが減少あるいはなくなるので、従来技術からは十分に進歩してきた。これらの流体チャンバー１２２、２２、３２２、４２２はどのような粒子分離法にも使用できる。特に、チャンネル、ステップ、あるいは付加ステップを有する流体チャンバーは浄化のために使用することができる。
溝１９０、２９０、３９０、４９０とステップ２９４、３９４、４９４と付加ステップ２２５は射出成型法で形成してもよい。好ましくは、流体チャンバー２２、１２２、２２２、３２２、４２２、１０２２、１０２２´は最初は多くのピース、好ましくは２つのピースに射出成型されて、次に幾つかの既知の技術、例えば、ＲＦ溶接、超音波溶接、ホットプレート溶接、溶剤接着、あるいは接着剤接着によって一緒にして接着される。あるいは、これらの流体チャンバーは単一のプラスチック材料から、例えばブロー成形によって形成してもよい。しかしながら、流体チャンバーを製作するのにどのような製法を用いてもよい。
流体チャンバー１２２、２２２、３２２、４２２、１０２２、１０２２´の１つが流体チャンバー２２と置き換えられた場合に、コントローラ４０は第１粒子を有した液体の流れを多くの好ましい方法で制御することができる。これらの流体チャンバーの設計がコリオリジェットおよび／あるいは密度逆転を減少させるので、前記コントローラ４０は飽和した粒子流動床を崩壊させることなしに、流速を増加させることができる。
ロータ１２の回転速度をほぼ一定の速さに維持しながら、コントローラ４０は流体チャンバー１２２、２２２、３２２、４２２、１０２２、１０２２´を通る流れを以下の異なったルーチンの１つ、あるいはその組み合わせによって増加させることができる。１つのルーチンにおいては、コントローラ４０は流体チャンバー１２２、２２２、３２２、４２２、１０２２、１０２２´内の流れを急速に、あるいは瞬時に増加させることにより、流速を増加させる。他のルーチンにおいては、流速は徐々に増加される。さらに他のルーチンにおいては、コントローラ４０は、流速を徐々に増加させ、この増加された流速を維持し、次にこの流速を再び徐々に増加させることによって、連続的な方法で流速を増加させる。
しかしながら、本装置１０が図１から図５に示した流体チャンバー２２を有している場合には、流速の制御はもっと制限されてもよい。流体チャンバー２２に流入する液体と粒子の流速は急速に、あるいは極端に変化してはならず、さもないと流動床の効果が一時的に崩壊するという結果になる。流速が突然減速されても流動床には影響を与えないが、流速が突然上昇、それも十分に大きく上昇すると、流動床は崩壊されて、白血球のような粒子が流体チャンバー２２から出ていく結果となる。
コントローラ４０は飽和した流動床を維持しながら、流体チャンバー２２の中への流れを増加させる。コントローラ４０は、最終的な流速に到達するまで、連続的な方法で流速を徐々に増加させることにより、この流速増加を実行する。図２に示した流体チャンバー２２を有した好的実施例においては、コントローラ４０はラチェット法によって流体チャンバー２２の中への流速を増加させる。
コントローラ４０は流動床を維持し、最初はロータ１２の回転速度を減速することによって、ラチェット法における流速を増加させる。しかしながら、ロータ１２の回転速度は、外層６０における赤血球がダム５０の上を溢流するような速度にまでは低下せず、さもなければ非常に多量の赤血球と白血球とが流体チャンバー２２の中へ流入するであろう。本発明の１実施例においては、コントローラ４０は、ダム５０における遠心力が８５０Ｇ以上に維持されるようにロータ１２の回転速度を低下させる。次にコントローラはＫ＝Ｑi／Ｎi2に関する値を計算し、ここでＫは定数であり、Ｑiは流体チャンバー２２への今までの流入流速であり、Ｎiは遠心分離機のロータ１２の今までの回転速度である。
コントローラ４０がロータ１２の回転速度を減速し、Ｋを計算すると、コントローラ４０は同時に流体チャンバー２２への流入流速とロータ１２の回転速度との両方を増加させる。従って、流体チャンバー２２内の遠心力が増加して、流体チャンバー２２内で増加する流体の流れる力と反作用して、飽和した粒子流動床を他の粒子に対するバリアーとして維持する。流体チャンバー内への新しい流速Ｑと、新しい回転速度Ｎが方程式Ｑ／Ｎ2＝Ｋを満足させる。従って、Ｑ／Ｎ2＝Ｑi／Ｎi2となる。
流速をさらに増加させるために、コントローラ４０は流速と回転速度との両方を同時に増加させ続けることができる。また、もし必要ならば、コントローラ４０はラチェット法を繰り返して、流速をさらに増加させる。このことは、回転速度を減速させて、同時に流速と回転速度とを増加させるという過程を繰り返すことによって達成される。
さらに、コントローラ４０は、もし流体チャンバー２２への流体の流れが止まって流動床が崩壊される場合には、好ましくは、飽和した粒子流動床をその最初の状態に戻す。コントローラ４０は常時流速Ｑと回転速度Ｎとの両方を監視して、Ｋ＝Ｑ／Ｎ2を計算する。もし流体チャンバー２２の中へ入る流れが瞬間的に止まって飽和した流動床を崩壊させれば、該流動床を形成している粒子は一時的に流体チャンバー２２の中に保持される。流体チャンバー２２への流体の流れが再開されると、コントローラ４０は流速Ｑと回転速度Ｎとの両方を制御して、これらのパラメータは、流体チャンバー２２への流体の流れが中断される直前におけるＫ＝Ｑ／Ｎ2の関係を満足させる。これによって崩壊した流動床の粒子は自動的に飽和した流動床の中へ自動的に戻される。
流動床が崩壊した後は、飽和した粒子の流動床は、多くの他の方法によって復帰することができる。例えば、流体の流れが止まった後は、流動床を復帰させるために、流速はステップ状にあるいは徐々に増加される。
図１０は本発明の他の実施例を示している。この実施例においては、遠心分離機のロータ５１２上に流体チャンバー５２２が取り付けられている。このロータ５１２は外部ボウル５２１とクリップ５２３とを有し、クリップはプラスチック材料から細長い可撓性の管状あるいはベルト状に形成された分離チャンバー５４６を保持するためのものである。図１０に示した装置は、遠心力を発生させることにより、分離チャンバー５４６内において粒子、特に血液成分を分離させる。本装置の形態と操作についてのさらに詳細なことは、ウィリアムソン−IV（Williamson）による米国特許第５，３６２，２９１号、ブラウン（Brown）他による米国特許第５，３６０，５４２号、デニヘイ（Dennehey）他による米国特許第５，０７８，６７１号を参照すればよく、これらの開示はここでも参考にしている。
流体チャンバー５２２が遠心分離機のロータ５１２上に取り付けられ、あるいは保持されており、その出口５３２は遠心分離機のロータ５１２の回転軸線５１３の方へほぼ向かっている。粒子が分離チャンバー５４６の一部分の中で初期分離されてから、入口管５４２が液体と粒子とを流体チャンバー５２２へ供給する。同様に、出口管５３８が物質を流体チャンバー５２２から分離チャンバー５４６の他の部分へ送給する。
図１０に示した実施例を用いると、液体中の粒子は、粒子の密度差および寸法差によって、分離チャンバー５４６の中で分離される。初期分離された後、液体と粒子、例えば血小板とは白血球とを有した血漿が流体チャンバー５２２の中へ流入する。流体チャンバー５２２の中では飽和した粒子流動床が形成されて、流れている液体から特定の粒子をさらに分離する。
本発明のさらに他の実施例が図１１と図２２に示されている。この実施例は容器の形をした下分離チャンバー６４６と、集合容器６２７との両方からなっている。ホルダー６２９、６３１が分離チャンバー６４６と容器６２７を、それぞれ、遠心分離機のロータ６１２の上に保持している。図１１の矢印（Ｅ）によって示したように、流体管６３５、６３８が流体を分離チャンバー６４６および容器６２７から出入りさせている。さらに、構成要素としては拘束用のカラー６３７と容器のホルダークランプ組立体６３９とがある。粒子は分離チャンバー６４６の中で、遠心力によって、密度差および寸法差によって分離される。この装置の形態、操作についてのさらに詳細なことは、バクスターハッチケアー社製のＣＳ−３０００と、血液分離のオペレーターマニュアル（７−１９−３−１３６）を参照すれば良く、ここでもその開示を参考にしている。
図１１および図１２に示したように、ホルダー６２４が流体チャンバー６２２をロータ６１２上に保持している。入口管６４２が分離チャンバー６４６の中で初期分離された液体と粒子を流体チャンバー６２２内へ送給する。さらに、出口管６３８が流体チャンバー６２２と集合容器６２７との間を流体連結している。このような形態によって、流体チャンバー６２２の中には、上で説明したように、粒子を濾過するための飽和した粒子流動床が形成される。
図１３は本発明の他の実施例を示している。この実施例は、好ましくは、剛的な透明性のプラスチック管でできた分離チャンバー７４６を有し、これは遠心分離機の中へ挿入することができる。入口７４１が全血液を分離チャンバー７４６の第１段７４３の中へ流入させ、赤血球は管７４５から取り出され、血小板の多い血漿は管７４２の中を流れる。さらに、管７４７と出口７４９とが第２段７５１において、それぞれ血小板の少ない血漿と、血小板とを取り出すことができる。この実施例の構造的な形態と操作についてのさらに詳細なことは、フレセニウスＭＴＡＳ１０４の血液分離装置の簡単な操作マニュアル（４／６．９０（ｏｐ））を参照すればよく、ここでもその開示を参考にしている。
図１３に示したように、流体チャンバー７２２が分離チャンバー７４６に連結されている。上に述べたと同様に、分離チャンバー７４６の中で初期分離された後に、流体チャンバー７２２の中に飽和した粒子流動床が形成されて、粒子を分離する。
他の実施例（図示せず）においては、流体チャンバー７２２は第２段７５１の出口７４９に連結されていてもよい。この実施例は、図１から図５に示した実施例に関して説明した粒子分離と同じ方法で、粒子を分離することができるであろう。
図１４は本発明のさらに他の実施例を示している。図示したように、図１から図５の実施例と同じようにして、分離チャンバー８４６と第１流体チャンバー８２２ａが遠心分離機のロータ８１２の上に設けられている。さらに、出口管８３８が流体チャンバー８２２ａの出口８３２ａと補助流体チャンバー８２２ｂの入口８２８ｂとを流体的に連結している。取り付けブラケット（ホルダー）８２４ａ、８２４ｂが流体チャンバーおよび補助流体チャンバー８２２ａ、８２２ｂを、それぞれ、遠心分離機のロータ８１２の回転軸線からほぼ等しい半径方向距離のところに保持している。
図１４に示した実施例を用いると、遠心分離機のロータ８１２が回転して、密度および／あるいは沈降速度によって、分離チャンバー８４６内で初期分離する。液体がこの分離された粒子を第１流体チャンバー８２２ａの中へ移送し、そこで粒子は、飽和した粒子流動床あるいは浄化場を形成した後に、さらに分離する。その後で、分離された液体と粒子は管８３８を通って補助流体チャンバー８２２ｂの中へ流入し、そこで粒子は飽和した粒子流動床あるいは浄化場によってさらに分離される。従って、粒子は、流体チャンバー８２２ａ、８２２ｂの１つに飽和した粒子流動床を形成し、かつ他の流体チャンバー８２２ａ、８２２ｂに浄化境界を形成することによって、あるいは両方の流体チャンバー８２２ａ、８２２ｂにおいて、飽和した粒子流動床あるいは浄化場を形成することによって、流体チャンバー８２２ａ、８２２ｂの中で分離する。
選択的に、流体チャンバー８２２ａ、８２２ｂは異なった諸元、例えば異なった容積、長さ、あるいは最大直径を有していてもよい。例えば、流体チャンバー８２２ａは補助流体チャンバー８２２ｂよりも大きな容積を有している。これらの諸元の違いによって、２つの異なった粒子が各々のチャンバー８２２ａ、８２２ｂの中で分離される。
図１４の実施例は多くの粒子を同時に分離することができる。さらに、各種のタイプの粒子が単一の手順によって採集される。もちろん、本発明の範囲を逸脱することなしに１あるいはそれ以上の流体チャンバーを付加することができる。さらに、両方の流体チャンバー８２２ａ、８２２ｂは円筒状になっていてもよい。
当業者には、本発明の範囲あるいは精神から逸脱することなしに、本発明の構造および方法に各種の修正および変更を加えることが可能であることがわかるであろう。
図６から図９および図１６、図１７に示した流体チャンバー１２２、２２２、３２２、４２２、１０２２、１０２２´は、流体チャンバー２２、５２２、６２２、７２２、８２２ａ、８２２ｂに置き換えることができる。さらに、補助流体チャンバーあるいは補助分離チャンバーを含めることによって、修正することができる。本発明は最初に液体が粒子を分離するための分離チャンバーを有しているとして説明してきたが、本発明はこの初期分離作業なしで実行する。
コントローラ４０は今までロータ速度と流速を制御するものとして説明してきたが、コントローラ４０は他のパラメータも制御することができる。例えば、コントローラは流体チャンバーの中へ粒子を移送するために用いられる液体の密度あるいは何かの特性を制御することができる。
さらに、本発明は血液組成の分離に関連して述べてきたが、本発明はその最もも広い観点から言うとそれに限定されるものではない。本発明は他の医学的、非医学的な用途にも用いることができる。
流体チャンバー内で飽和した流動床を形成するために用いられる粒子は、濾過のために流体チャンバーを通過する流体内の粒子と異なっていてもよい。さらに、最初に、非常に白血球の少ない極めて高密度の血小板で、飽和した流動床を形成することもできる。
さらに、本発明の流体チャンバーは、本発明の範囲から逸脱することなしに、浄化装置あるいは他のあらゆる粒子分離装置も含んで、分離プロセスの中で用いることができる。
本発明によると、飽和した流動床を形成するために用いられる粒子の沈降速度を変えるための装置も設けられている。図１８から図２０までは、そのような装置の例を有した本発明の実施例を示している。図１８に示したように、チューブセット１１００の一部分は、好ましくは、分離使用とする液体および粒子からなる主物質を収容するための、主容器１１０２を有している。
本発明の好的実施例においては、主容器１１０２内の主物質は、例えば、血漿、赤血球、幹細胞、Ｔ細胞、および選択的に腫瘍細胞からなる周辺細胞を集めたものである。上述したように、血液を純化して周辺細胞の集合体を得るための装置は当業界において知られている。以下にもっと詳細に説明すると、主物質の中の、赤血球のような特定の粒子が、図１９、図２０においてそれぞれ示した流体チャンバー１１２２あるいは１１２２´内において飽和した粒子流動床を形成するために用いられる。流体チャンバー１１２２、１１２２´は、好ましくは、前述した流体チャンバー２２、１２２、２２２、３２２、４２２、５２２、６２２、７２２、８２２ａ、８２２ｂ、１０２２、１０２２´の内の１つと同様にして構成されている。
図１８に示したように、チューブセット１１００はまた、好ましくは、流体チャンバー１１２２、１１２２´内の飽和した流動床を形成している主物質における粒子の沈降速度を変化させるための添加物を収容した、一連の添加容器１１０４も有している。一連の出口管１１１２と１１１４がそれぞれ主容器１１０２と各々の添加容器１１０４とをチューブセット１１００の供給管１１２１に連結しており、従って出口管１１１２と１１１４内を流れる主物質と添加物は、供給管１１２１の中で混合される。図１９、図２０に示したように、供給管１１２１は（それぞれ）流体チャンバー１２２２、１２２２´の入口１１４０、１１４０´に連結されている。
図１８において概略的に示されている一連のポンプ１１２４、１１２６が、主容器１１０２および添加容器１１０４から供給管１１２１への出口管１１１２、１１１４における流量を制御している。好ましくは、ポンプ１１２４と１１２６は蠕動ポンプであり、図３に関連した前述したコントローラ４０と同様なコントローラ１１０６に連結されている。コントローラ１１０６は供給管１１２１を流れ、混合する主物質の量を計測する。
当業者によって認められているように、例えば、弁あるいはインペラポンプのような他のタイプの流量制御装置が蠕動ポンプ１１２４、１１２６の代わりに用いることができる。本発明は、その最も広い観点においては、前述した構造の全てを必要としてはいない。例えば、添加物は、添加容器１１０４、ポンプ１１２６、出口管１１１４を用いないで、直接主容器１１０２の中へ導入することができる。飽和した流動床を形成している粒子が磁性であるので、流体チャンバー１１２２、１１２２´に近接した可変磁場が粒子を形成している流動床の沈降速度を変化させることができる。
上述した構造物を用いて、流体チャンバー１１２２、１１２２´内で飽和した流動床を形成する粒子の沈降速度を変化させることができる。以下に説明するようにして、沈降速度を変化させることにより、飽和した流動床の濾過特性を変化させることができる。
使用する場合においては、容器１１０４の中の１あるいはそれ以上の添加物が選択されるが、その理由は、それらが流動床を形成している粒子の沈降速度を、主物質中の第１粒子の沈降速度よりも速く、かつ主物質中の第２粒子の沈降速度よりも遅い沈降速度に変化させることができるからである。コントローラ１１０６がポンプ１１２６を制御して、飽和した流動床における粒子の沈降速度を正確に制御する。流動床を形成している粒子の沈降速度が適当に制御されると、該流動床はある特定の粒子を流体チャンバー１１２２、１１２２´内を通過させることができ、他の粒子は流体チャンバー１１２２、１１２２´の中で保持される。
流動床を形成している粒子の沈降速度が増加されると、飽和した流動床は流体チャンバー１１２２あるいは１１２２´の中で粒子を保持するが、これはもし流動床を形成している粒子の沈降速度が変化しなかった場合には普通に通過していくものである。逆に、流動床を形成している粒子の沈降速度が減速されると、飽和した流動床は粒子を流動床内を通過させることができ、これはもし流動床を形成している粒子の沈降速度が変化しなかった場合には、流体チャンバー１１２２、１１２２´の中に普通に保持されるものである。
本発明の好的実施例においては、飽和した流動床を形成するのに赤血球が用いられ、添加容器１１０４の１つが、水あるいは少濃度の食塩を入れた食塩水のような添加物を収容していてもよい。例えば、添加容器１１０４の１つにおける添加物は重量比で約０．４％の塩化ナトリウムを有する食塩水であってもよい。そのような添加物は赤血球に比べて低張である。他の添加容器１１０４は、赤血球に比べて高張の、好ましくは、高濃度の食塩を有した食塩水のような添加物を収容している。例えば、添加容器１１０４の１つにおける高張の添加物は、重量比で約７％の塩化ナトリウムを有する食塩水であってもよい。
低張あるいは高張の添加物は所定の粒子濃度の溶液ならどんなに多くのタイプの溶液であってもよい。例えば、これらの物質は溶質として蛋白質であってもよい。
以下にもっと詳細に説明するように、低張の添加溶液は赤血球の寸法を浸透的に増加させようとする。反対に、高張の添加溶液は赤血球の寸法を減少させようとする。前述したように、粒子の沈降速度はストークスの法則に従って、粒子の寸法と直接関係する。従って、粒子の寸法が増加すると沈降速度は増加し、粒子の寸法が減少すると沈降速度も減少する。
他の添加容器１１０４は、好ましくは、蛋白質あるいは蔗糖を含む溶液を収容している。そのような溶液は主容器１１０２から流出する血漿のような液体の密度および／あるいは粘度を変化させる。上述したように、粒子の沈降速度はまたストークスの法則に従って流体の密度と粘度に関連する。従って、供給管１１２１に密度／粘度を変化させる成分を添加することにより、飽和した粒子流動床の沈降速度が変化させる。
少なくとも１つの添加容器１１０４は、好ましくは、主溶液における多数の飽和した流動床の形成粒子を連結させて、個々の粒子の寸法よりも大きな寸法の一連の飽和した流動床の形成粒子のグループを形成する物質を収容している。粒子のグループが個々の粒子より大きいので、飽和した流動床形成粒子のグループの沈降速度は、ストークスの法則による個々の粒子の沈降速度より大きくなる。好的実施例においては、そのような物質を形成する粒子のグループはデキストランあるいはフィブローゲンの高分子からなっている。これらの物質は赤血球を連銭状体にする、即ち、赤血球が互いに連結し分離した赤血球のグループを形成する。
図１９に示した本発明の実施例においては、供給管１１２１は流体チャンバー１１２２の入口１１４０に連結されている。流体チャンバー１１２２は遠心分離機１１３６の遠心分離ロータ１１３４に取り付けられ、これは好ましくは、図１および図３に示したモータ１６、シャフト１８、アーム１９、ホルダー２４、ポンプ３６、コントローラ４０と同じモータ、シャフト、アーム、ホルダー、ポンプ、コントローラ１１０６を有している。
図２０に示した本発明の他の実施例においては、供給管１１２１は流体チャンバー１１２２´の入口に１１４０´に連結されている。流体チャンバー１１２２´は、図１９に示した遠心分離機１１３６と同様に、遠心分離機１１３６´の遠心分離ロータ１１３４´に取り付けられている。
本発明に関して言うと、粒子と液体が流体チャンバーから出た後に、粒子を液体から分離するための装置が設けられている。図１９に示したように、中間チューブ１１３８は流体チャンバー１１２２の出口１１４２を補助チャンバー１１４６の入口１１４４に連結している。補助チャンバー１１４６は遠心分離機のロータ１１３４上に取り外し自在に取り付けられている。
図１９に示したように、流体チャンバー１１２２と補助チャンバー１１４６とは、ロータ１１３４の回転軸線からほぼ同じ距離だけ離れている。補助チャンバー１１４６の最大断面積部分は、好ましくは、流体チャンバー１１２２のそれより大きく、従って、補助チャンバー１１４６は飽和した粒子流動床を形成することなしに粒子を保持することができる。他の実施例（図示せず）においては、補助チャンバー１１４６は流体チャンバー１１２２よりもロータ１１３４の回転軸線から遠くへ離れている。ロータ１１３４が回転している間は、この間隔によって補助チャンバー１１４６内の粒子は、流体チャンバー１１２２内の粒子よりも大きな遠心力を受けることになり、従って、補助チャンバー１１４６は流体チャンバー１１２２と同じ大きさの最大断面積部分を有していてもよい。
以下にもっと詳細に説明するように、流速とロータ１１３４の回転速度を制御することによって、補助チャンバー１１４６における遠心力によって、粒子は流体チャンバー１１２２を通過して補助チャンバー１１４６内に保持され、液体は出口１１４８を通って出口管１１５０内へ入ることができる。
図１９に示したように、補助チャンバー１１４６は、好ましくは、流体チャンバー１１２２より大きく、補助チャンバー１１４がかなりの数の粒子を保持することができるようになっている。好ましくは、補助チャンバー１１４６の内部は流体チャンバー１１２２の内部と同じようになっている。
図２０に示した他の実施例においては、中間チューブ１１３８´が流体チャンバー１１２２´の出口１１４２´を、遠心分離機のロータ１１３４´に取り付けられた分離チャンバー１１５４の入口１１５２に連結している。遠心分離機のロータ１１３４´の外側に近いところにおいて、分離チャンネル１１５４が分離チャンネル１１５４に流入する粒子を集合するための集合ウエル１１５６を有している。遠心分離機のロータ１１３４´が回転すると、粒子は集合ウエル１１５６の中へ沈降され、沈降速度のより遅い液体と、多分幾つかの沈降速度のより遅い粒子とは、集合ウエルの頂部境界１１５８の上方に保持される。
図２０に示したように、集合ウエル１１５６は、粒子濃縮管１１６０に連結された粒子濃縮出口１１６４を有している。粒子濃縮管１１６０は集合ウエル１１５６内に保持された粒子を取り出す。頂部境界１１５８の上方には液体出口１１６６が設けられ、液体出口管１１６２に連結されている。液体出口管１１６２は頂部境界１１５８より上の液体を取り出す。さらに、液体出口管１１６２は頂部境界１１５８より上における沈降速度のより遅い粒子を取り出すことができる。
好ましくは、前記粒子集合ウエル１１５６と、粒子濃縮出口１１６４と、液体出口１１６６とは、分離チャンネル１１５４の一端に、あるいはその近くに位置し、入口１１５２は分離チャンネル１１５４の反対端に、あるいはその近くに位置している。この間隔によって、液体から粒子を分離して、集合ウエル１１５６内にかなりの数の粒子を集合させ、それに対応したかなりの数の粒子を濃縮管１１６０を通して取り出すための十分な時間が確保される。
以下図１８から図２０を参照しながら、周辺細胞の集合からＴ細胞、腫瘍細胞、幹細胞、および／あるいは血漿を分離するための方法を説明する。本発明は周辺細胞の集合からこれらの物質を分離することについて説明しているが、本発明からその最も広い意味において、それに限定されるものではないことがわかるであろう。例えば、本発明は誕生に続いて採集される骨髄採集の集合あるいはへその緒の細胞の集合における物質を分離するために簡単に用いることができる。さらに、本発明の方法はその最も広い意味において、図１８から図２０に示した実施例と関係して説明した構造とは異なった構造によって実行することもできる。
周辺細胞の集合が得れる献血手順の後で、周辺細胞の集合は主容器１１０２の中へ入れられる。周辺細胞の集合のかなりの部分は、血漿を、赤血球と幹細胞と、Ｔ細胞とがなっている。もしドナーの血液が腫瘍細胞を含んでいた場合には、これらの細胞もまた周辺細胞の集合の中に存在する。
結果的に、周辺細胞の集合からの赤血球は、流体チャンバー１１２２、１１２２´内に飽和した流動床を形成するために用いられる。もし周辺細胞の集合における赤血球の数が飽和した流動床を形成するのに不十分であれば、赤血球の数が主容器１１０２内の幹細胞、Ｔ細胞、およびあらゆる腫瘍細胞の数より多くなるように、好ましくは、主容器１１０２に付加的な赤血球が付加される。
粒子分離手順の開始時点において、容器１１０２に関連したポンプ１１２４が起動され、周辺細胞の集合を主容器１１０２から供給管１１２１へ送給する。さらに、添加物を添加容器１１０４から供給管１１２１に供給するために１あるいはそれ以上のポンプ１１２６が用いられる。供給管１１２１においては、周辺細胞の集合と１あるいはそれ以上の物質とが混合して、赤血球の沈降速度を増加あるいは減少させる。
供給管１１２１へ低張溶液が添加されると、赤血球は浸透的にその寸法を増加させ、それによって赤血球の沈降速度が増加される。反対に、供給管１１２１へ高張の溶液が添加されると、赤血球はその寸法を減少させ、それによって赤血球の沈降速度が減少される。低張溶液あるいは高張溶液として食塩水が用いられる場合には、供給管１１２１における周辺細胞の集合と添加物との混合物は重量比で約０．６％から約５％の塩化ナトリウムを含んでいてもよい。好ましくは、供給管１１２１における塩化ナトリウムあるいはその他の溶質の量は、もし赤血球がその寸法を増加させた時に、赤血球の溶血（破壊）を防ぐのに十分な量である。例えば、食塩水が用いられる時には、供給管１１２１における塩化ナトリウムの量は、好ましくは、約０．４重量％である。
蛋白質あるいは蔗糖を含む溶液が供給管１１２１に添加される。溶液は供給管１１２１内の血漿の密度／あるいは粘度を増加させ、それによって赤血球の沈降速度が減少される。デキストランあるいはフィブロゲンの高分子からなる媒体が供給管１１２１に添加されると、媒体は供給管１１２１における赤血球を連銭状態にし、それによって赤血球の沈降速度を増加させる。
コントローラ１１０６が、赤血球の沈降速度および分離しようとしている細胞の沈降速度とに応じて、１あるいはそれ以上のポンプ１１２６を起動させる。例えば沈降速度の遅いＴ細胞から沈降速度の速い幹細胞を分離するために、赤血球の沈降速度が幹細胞の沈降速度とＴ細胞の沈降速度との間に入るように、添加物の量が制御される。
周辺細胞の集合と添加物とが供給管１１２１を通って流体チャンバー１１２２、１１２２´の入口１１４０、１１４０´の中へ流れる。コントローラ１１０６がロータ１１３６、１１３６´の回転速度と流体チャンバー１１２２、１１２２´への流速とを制御し、流体チャンバー１１２２、１１２２´内で赤血球の飽和した流動床を確立する。
赤血球の飽和した流動床は、前述した飽和した血小板の流動床と同じふるまいをする。血漿と、添加物と、沈降速度の遅いＴ細胞は飽和した赤血球の流動床と出口１１４２、１１４２´を通過し、該流動床は流体チャンバー１１２２、１１２２´内に沈降速度のより速い幹細胞を保持する。赤血球が流体チャンバー１１２２、１１２２´の中へ流入し続け、飽和した流動床の中へ入ると、赤血球が出口１１４２、１１４２´から出てくる。流動床が飽和しているので、赤血球が入口１１４０、１１４０´を出る時の速さは、赤血球が出口１１４２、１１４２´を通過する時の速さに等しい。
飽和した赤血球の流動床が沈降速度のより速い粒子を濾過し続ける場合には、ポンプ１１２４と１あるいはそれ以上の補助ポンプ１１２６は、供給管１１２１の中で周辺細胞の集合と添加物とを混合し続ける。これによって、飽和した流動床に流入する赤血球と流動床の中の赤血球とは、分離しようとする第１粒子と第２粒子との中間の沈降速度を有することになる。
図１９の実施例においては、飽和した流動床を出た血漿と、添加物と、Ｔ細胞と、赤血球の一部とが出口１１４２と中間チューブ１１３８を通って、補助チャンバー１１４６の入口１１４４の中へ入る。補助チャンバー１１４６の中では、ロータ１１３４の回転によって発生する遠心力がＴ細胞と赤血球を保持する。その内に血漿と添加物とが出口１１４８から出口管１１５０の中へ流れる。これによってＴ細胞と赤血球球とが血漿と添加物から分離される。
流体チャンバー１１２２内の幹細胞および赤血球と、補助チャンバー１１４６内のＴ細胞および赤血球が、蛋白質、蔗糖、デキストラン、あるいはフィブロゲンのような幾らかの添加物の残りを保持する。これらの細胞からこの残りを洗い出すために、１台のポンプ１１２６が、好ましくは、食塩水のような洗浄媒体を、分離手順か完了する前に、対応的な添加容器１１０４から、流体チャンバー１１２２と補助チャンバー１１４６を通して送給する。もし必要ならば、ロータ１１３４の回転速度は、洗浄中に流体チャンバー１１２２と補助チャンバー１１４６内に粒子を保持するため変化させてもよい。
周辺細胞の集合の全てが主容器１１０２から流出すると、コントローラ１１０６は遠心分離機のロータ１１３４の回転を停止させる。幹細胞と赤血球を流体チャンバー１２２２から取り出すために、処理者は遠心分離機のロータ１１３４から流体チャンバー１１２２を外し、供給管１１２１あるいは中間チューブ１１３８を流体チャンバー１１２２から分離させる。同様にして、処理者は補助チャンバー１１４６内に保持されたＴ細胞と赤血球を取り出す。
図２０の実施例においては、飽和した流動床を出た血漿と、添加物と、Ｔ細胞と、赤血球の一部とが出口１１４２´と中間チューブ１１３８´を通って、分離チャンネル１１５４の入口１１５２の中へ入る。遠心分離機のロータ１１３４´の回転によって発生する遠心力が集合ウエル１１５６の中でＴ細胞と赤血球とを沈降させ、一方血漿と添加物は集合ウエル１１５６頂部境界１１５８の上方で保持される。Ｔ細胞と赤血球とが集合ウエル１１５６において集合すると、粒子濃縮管１１６０がそれらを出口１１６４を通って取り出す。同時に、液体出口管１１６２が血漿と添加物を流体出口１１６６を通って取り出す。
主容器１１０２が空になると、コントローラ１１０６はロータ１１３６´の回転を停止する。次に処理者は、流体チャンバー１１２２´を遠心分離機のロータ１１３４´から外し、供給管１１２１´あるいは中間チューブ１１３８´を流体チャンバー１１２２´から分離することによって、幹細胞と赤血球を流体チャンバー１１２２´から取り出す。
沈降速度のより遅い幹細胞から沈降速度のより速い腫瘍細胞を分離するために、１あるいはそれ以上のポンプ１１２６が添加物を１あるいはそれ以上の添加容器１１０４から供給管１１２１の中へ添加する。この添加物は赤血球の沈降速度を、腫瘍細胞の沈降速度と幹細胞の沈降速度の中間の沈降速度になるように制御する。
上述したように、赤血球の飽和した流動床が流体チャンバー１１２２、１１２２´の中で形成される。腫瘍細胞が赤血球の沈降速度より速い沈降速度を有しているので、飽和した赤血球の流動床は腫瘍細胞を流体チャンバー１１２２、１１２２´の中で保持する。今は赤血球の沈降速度より遅い沈降速度を有した幹細胞が、流動床を出ていく赤血球の一部と共に、流体チャンバー１１２２、１１２２´の出口１１４２、１１４２´から流出して行く。
補助チャンバー１１４６あるいは分離チャンネル１１５４においては、上述した方法によって、幹細胞と赤血球が血漿と添加物から分離し、同じ様にしてＴ細胞と赤血球が血漿と添加物から分離する。図１９の実施例が用いられる場合には、１つの添加容器１１０４から出てくる食塩水のような洗浄媒体が、好ましくは、上述した様に、流体チャンバー１１２２および補助チャンバー１１４６内の粒子から添加物の残りを洗い出す。
主容器１１０２が空になると、処理者は腫瘍細胞と赤血球を流体チャンバー１１２２あるいは１１２２´から取り出す。幹細胞と赤血球は図１９に示した補助チャンバー１１４６から、あるいは図２０に示した粒子濃縮出口から取り出される。
本発明は、幹細胞を飽和した赤血球の流動床内に保持し、一方で腫瘍細胞を該流動床を通過させることによって、沈降速度のより遅い腫瘍細胞を沈降速度のより速い幹細胞から分離するために用いてもよい。本発明は、その最も広い意味において、多くの異なったタイプの粒子を互いに他と分離するためにも用いられる。従って、本発明がこの明細書の中で説明した例に限定されることはないことが理解できるはずである。むしろ、本発明は添付した請求の範囲およびそれらの等価物の範囲の中で出会う修正へ変更を含もうとするものである。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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