СЪЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦЕНТРИФУГИ И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
REMOVABLE DEVICE FOR CENTRIFUGE AND METHOD FOR USE THEREOF

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
[0002]
Настоящая заявка испрашивает приоритет по безусловной заявке США № 14/879,163, «Removable Apparatus for a Centrifuge and Method of Using Same», поданной 9 октября 2015 г., которая целиком включена в настоящую заявку путем отсылки.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003]
Настоящее изобретение в одном варианте осуществления относится, в общем, к центрифуге, в которой устройство можно вставлять в барабан и извлекать из него, и к способу установки или применения упомянутого устройства.
[0004]
Способность обрабатывать клетки животных и человека является главным требованием к рынку лабораторных исследований, размножения клеток и клеточной терапии. Происходит рост применения живых клеток животного и человеческого происхождения для терапевтического применения. Такое применение создает потребность в технологиях, которые однозначно настроены на работу с работу с живыми клетками в качестве конечного продукта. Примеры известных способов изготовления биофармацевтических препаратов раскрыты в патенте США № 7,588,692 и опубликованной патентной заявке США № 2011/0207225, которые целиком включены каждый(-ая) в настоящую заявку путем отсылки.
[0005]
Противоточное центрифугирование является методом, который создает окружающую среду, в которой такой материал, как частицы (например, живые клетки), удерживаются во взвешенном состоянии между центробежной силой и втекающей суспендирующей текучей средой в качестве псевдоожиженного слоя. Псевдоожиженный слой может служить для сбора клеток и допускать обмен средами, в которых они поддерживаются. Изменения режимов работы или эксплуатации центрифуги можно использовать для селективного вывода клеточных популяций из псевдоожиженного слоя, элютриации и/или удерживания клеток в слое. Противоточное центрифугирование позволяет удалять механические примеси из клеточной суспензии и допускает повышенную живучесть удерживаемой клеточной популяции за счет жизнеспособности клеток при селективном удалении мертвых клеток. Для обработки живых клеток важно, чтобы система была стерильной.
[0006]
Специалисту в данной области техники известно, что, для получения надежной, замкнутой и/или стерильной системы с текучими средами, в системе противоточного центрифугирования применяют соединительную конструкцию в форме, так называемой, «скакалки» (смотри, например, публикацию США № 2010/0261596, Schimmelpfennig, et al.). Данная конструкция исключает потребность в скользящих уплотнениях между неподвижными и вращающимися элементами. Существующие системы требуют выполнения сложного, трудоемкого и подверженного ошибкам процесса для установки «скакалки» и ограничены размерами единственной камеры, что ограничивает функциональность.
[0007]
Настоящее изобретение устраняет вышеупомянутые недостатки существующей технологии и достигает вышеуказанных и других целей. Например, в одном варианте осуществления настоящая заявка относится к системе противоточной центрифуги, которая позволяет поставлять полный стерильный одноразовый набор, включающий в себя противоточное центрифугирование, не нуждающийся в дополнительных стерильных соединениях, и монтаж вращающихся элементов противоточной центрифуги может выполняться как один, сильно упрощенный этап. Такая конструкция облегчает адаптацию технологии пользователями и интеграцию технологии в виде составной части более крупной технологической системы, без сложных монтажных процедур или потребности в стерильных соединениях.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0008]
Вышеприведенное описание сущности изобретения, а также нижеприведенное подробное описание изобретения будут понятнее при прочтении в связи с прилагаемыми чертежами. С целью иллюстрации изобретения, на чертежах показаны различные наглядные варианты осуществления. Однако, следует понимать, что изобретение не ограничено конкретными показанными схемами расположения и средствами.
На чертежах:
[0009]
Фигура 1 - вид сверху в перспективе устройства в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0010]
Фигура 2 - вид в разрезе устройства, показанного на фиг. 1;
[0011]
Фигура 3 - частично покомпонентный вид устройства, показанного на фиг. 1;
[0012]
Фигура 4 - вертикальная проекция устройства, показанного на фиг. 1;
[0013]
Фигура 5 - вид сверху в перспективе устройства по меньшей мере частично вставленного в барабан;
[0014]
Фигура 6 - другой вид сверху в перспективе устройства, расположенного по меньшей мере частично внутри барабана, при этом крышка центрифуги показана в открытом положении;
[0015]
Фигура 7 - другой вид сверху в перспективе устройства, расположенного внутри барабана, при этом крышка центрифуги показана в закрытом положении; и
[0016]
Фигура 8 - другой вид сверху в перспективе по меньшей мере участков системы привода устройства.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0017]
В последующем описании используются некоторые термины исключительно для удобства и без ограничения. Определения «нижний» и «верхний» обозначают направления на чертежах, на которые даются ссылки. Если специально не поясняется в настоящей заявке, то признаки единственного числа в форме артиклей не ограничены одним элементом, но должны толковаться как имеющие значение «по меньшей мере один». Терминология включает в себя термины, упомянутые выше, их производные и термины аналогичного смысла.
[0018]
В одном варианте осуществления настоящее изобретение включает в себя сочетание одноразового или съемного корпуса или устройства, выполненного с возможностью применения с барабаном центрифуги. Устройство может включать в себя одну, две противоположных или более камер, формирующих часть одного пластикового ротора, прикрепленного к узлу рукоятки. Ротор может быть стерильно соединен с двумя, четырьмя или более неподвижно закрепленными трубками посредством узла рукоятки. Трубки могут обеспечивать отверстия для впуска и выпуска текучей среды в/из камеру(ы). Ротор может быть смонтирован на зубчатом колесе и приводится в движение упомянутым колесом с удвоенной частотой вращения узла рукоятки. Узел рукоятки может содержать подшипник для свободного вращения на нем зубчатого колеса и, следовательно, ротора. Узел рукоятки может отвечать, в основном, за удерживание опор вращения трубки(-ок) во время вращения и предотвращения нежелательного скручивания трубок.
[0019]
Подшипник ротора и трубки в форме «скакалки», содержащиеся в одноразовом корпусе, облегчают быструю и удобную загрузку одноразового (корпуса) в сопутствующий узел барабана центрифуги с использованием одного фиксирующего действия. Устройство предусматривает различные объемы обработки в зависимости от выбранного варианта размера одноразового (корпуса). В одном варианте осуществления устройство также предусматривает два одновременных процесса посредством обеспечения двух отдельных камер на отдельных контурах циркуляции текучих сред.
[0020]
В частности, в одном варианте осуществления устройство может быть жестким ротором, формованным из пластика, содержащим две противоположных камеры. Размер камер можно изменять в зависимости от пользовательских технологических требований. Четыре полимерные трубки могут стерильно подсоединяться к впускным отверстиям формованного ротора. Трубки могут быть выполнены с возможностью переноса технологических текучих сред в и из каждую(ой) из камер. Трубки могут проходить по всей длине устройства в форме «скакалки» и могут переходить через все компоненты устройства, главным образом, через главный подшипник ротора. Главный подшипник ротора может закрепляться к полимерному приводному зубчатому колесу для соединения сборки с нижней половиной формованного ротора. Зубчатое колесо может сопрягаться или зацепляться с другим зубчатым колесом в сопутствующем узле барабана центрифуги.
[0021]
Узел рукоятки может содержать или поддерживать нижнюю половину зубчатого колеса. Узел рукоятки может закрепляться к подшипниковому узлу. Узел рукоятки может поддерживать и защищать трубки и любую оболочку, охватывающую трубки. Узел рукоятки может включать в себя установочные и фиксирующие конструктивные элементы, которые взаимодействуют сопутствующим барабаном центрифуги, чтобы позиционировать и закреплять устройство. Оболочка может быть сформирована из различных полимерных компонентов и может соединяться с нижней стороной узла зубчатых колес. Трубки могут проходить по проходу в оболочке. Оболочка может содержать подшипники, которые сопрягаются с конструктивными элементами в узле рукоятки. Оболочка может заканчиваться в фиксирующем конструктивном элементе, который фиксирует трубки и оболочку в неподвижном положении на сопутствующем узле барабана центрифуги.
[0022]
В процессе эксплуатации, устройство можно загружать в узел барабана центрифуги. Затем устройство можно фиксировать функционально в барабане центрифуги, например, посредством одного или более конструктивных элементов на узле рукоятки и/или посредством закрепления фиксатора. Трубки можно предварительно соединить с набором трубок на центрифугирующем устройстве. Набор трубок может управлять расходами, подсоединять различные текучие среды и/или управлять одним или более путями протекания текучих сред в/из камер(ы). Барабан центрифуги и узел рукоятки могут вращаться совместно с установленной частотой вращения. Зубчатая передача в барабане центрифуги может сопрягаться с по меньшей мере участком устройства, тем самым, вынуждая по меньшей мере ротор и камеры вращаться со удвоенной скоростью узла рукоятки. При использовании трубок в конфигурации, так называемой, «скакалки», упомянутая разность скоростей позволяет зафиксированному концу (например, верхнему концу) трубок оставаться неподвижным в то время, как формованный ротор вращается с удвоенной скоростью барабана центрифуги (и узла рукоятки), без скручивания. Посредством изменения частоты вращения и расхода текучей среды можно выполнять различные процедуры обработки клеток.
[0023]
Устройство по настоящему изобретению является усовершенствованием существующей технологии по меньшей мере потому, что корпусной узел способствует быстрой и легкой загрузке устройство в сопутствующий узел барабана центрифуги. Кроме того, формованный ротор предусматривает различные технологические условия в зависимости от выбранных размеров и/или формы камер. Кроме того, формованный ротор с двумя отдельными камерами допускает одновременное проведение двух процессов в одном устройстве в контурах отдельных камер. Таким образом, устройство предусматривает более скоростное и простое использование, а также большую функциональность и универсальность по сравнению с известным уровнем техники. Устройство можно применять для выполнения множества различных процедур обработки клеток, например, промывки или обмена средами клеток/частиц, уменьшения объема клеток/частиц, сепарации (элютриации) клеток/частиц, удаления клеток/частиц (например, эрадикации красных кровяных телец (RBC)) и/или рециркуляции суспензии клеток/частиц через камеру противоточной центрифуги (CFC).
[0024]
В других вариантах осуществления вышеописанный узел рукоятки можно заменить полностью закрытым цилиндрическим или имеющим другую форму корпусом. В качестве альтернативы, узел рукоятки можно уменьшить, чтобы закрывать или поддерживать только зубчатое колесо и нижний подшипник оболочки. Сопутствующее центрифугирующее устройство может закрывать или поддерживать любые остальные компоненты. Узел рукоятки может также включать в себя альтернативные конструктивные элементы для удерживания подшипника, например, один или более зажимов, элементов прессовой посадки и т.п.
[0025]
В одном варианте осуществления комбинированное устройство может включать в себя противоточную центрифугу, содержащую барабан и систему привода. Устройство предназначено для применения в противоточной центрифуге. Устройство может включать в себя по меньшей мере две камеры. Каждая камера может включать в себя впускное отверстие и выпускное отверстие. Зубчатое колесо может быть прикреплено к по меньшей мере участку каждой камеры таким образом, что вращение зубчатого колеса вращает камеры. Зубчатое колесо может быть выполнено с возможностью приведения во вращение системой привода противоточной центрифуги. Узел рукоятки может быть закреплен с возможностью вращения к зубчатому колесу. Узел рукоятки может быть выполнен с возможностью приведения во вращение системой привода противоточной центрифуги. Множество трубок может продолжаться через узел рукоятки и в камеры. Одна из множества трубок может быть присоединена к впускному отверстию каждой камеры, и одна из множества трубок может быть присоединена к выпускному отверстию каждой камеры. В одном варианте осуществления зубчатое колесо может вращаться с удвоенной скоростью узла рукоятки, когда устройство вставлено в барабан противоточной центрифуги, для удерживания материала во взвешенном состоянии в по меньшей мере одной камере, когда текучая среда, содержащая материал, протекает из резервуара по трубкам и в камеры.
[0026]
В одном варианте осуществления каждая камера имеет первый конец и противоположный второй конец. Первый конец каждой камеры может быть впускным концом. Второй конец каждой камеры может быть выпускным концом. Диаметр первого конца может быть меньше диаметра второго конца для формирования, в общем, конической формы. Первый конец может располагаться проксимально периферическому внешнему контуру пластин. Первая из множества трубок может быть присоединена к первому концу первой камеры. Вторая из множества трубок может быть присоединена к первому концу второй камеры. Третья из множества трубок может быть присоединена к второму концу первой камеры. Четвертая из множества трубок может быть присоединена ко второму концу второй камеры.
[0027]
Фигуры 1-8 изображают одноразовое устройство, обозначенное, в общем, позицией 10, в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения. Устройство 10 может иметь конфигурацию для применения в противоточной центрифуге 20 и может быть изготовлено с использованием любого из множества различных методов изготовления, например, литьевым прессованием, формованием раздувом, механической обработкой, трехмерной печатью и т.п. Устройство 10 может включать в себя одну, две противоположных, три или четыре камеры 12. В одном варианте осуществления камеры 12 сформированы двумя противоположными пластинами 12a, 12b. Пластины 12a, 12b могут быть закреплены. При объединении или закреплении, пластины 12a, 12b могут формировать каналы или проходы 13, который позволяют текучей среде протекать по ним.
[0028]
В одном варианте осуществления каждая камера 12 может иметь коническую форму, при этом вершина или суженный конец конуса расположен с наружной стороны от геометрического центра каждой пластины 12a, 12b, и расширенный конец каждого конуса расположен ближе к геометрическому центру каждой пластины 12a, 12b. В одном варианте осуществления или конфигурации текучая среда предназначена для протекания в каждый конус в его вершине и из каждого конуса в отверстие на расширенном конце каждого конуса. В другом варианте осуществления или конфигурации поток может быть обратным (т.е. в расширенный конец и из вершины), например, для сбора клеточной популяции в небольшой отфильтрованной массе текучей среды. Камеры 12 не ограничены по размеру, форме и/или конфигурации, представленным и описанным в настоящей заявке, но могут включать в себя любой из множества различных размеров, форм и/или конфигураций. Кроме того, каждая камера 12 может иметь одно, два или более впускных отверстий и/или выпускных отверстий.
[0029]
Устройство 10 может включать в себя узел 14 рукоятки. Узел 14 рукоятки может быть выполнен с возможностью захвата пользователем, при вставке устройства 10 в противоточную центрифугу 20 и извлечения устройства 10 из противоточной центрифуги 20. На узле 14 рукоятке может располагаться выступ или зажим 32 для облегчения зацепления с по меньшей мере барабаном 18 противоточной центрифуги 20 и извлечения узла 14 рукоятки из противоточной центрифуги 20. Зажим 32 может по меньшей мере временно, зацеплять уступ (не показанный), например, внутри противоточной центрифуги 20. Зажим 32 может быть пружинно поджатым. Узел 14 рукоятки может быть механизмом опоры подшипника, как описано ниже.
[0030]
Множество трубок 16 (например, четыре трубки) может продолжаться через узел 14 рукоятки. В частности, каждая трубка 16 может продолжаться из набора трубок (не показанного) через узел 14 рукоятки и до по меньшей мере одной из камер 12. Набор трубок может включать в себя или находиться под управлением контроллер для руководства расходами, путями протекания и/или типом подаваемой текучей среды. Каждая трубка 16 может быть выполнена с возможностью обеспечения протекания текучей среды между набором трубок и/или одним или более резервуаров 50 (схематически показанных на фиг. 8 и очевидных специалистам в данной области техники) и по меньшей мере одной из камер 12. В одном варианте осуществления резервуар(ы) 50 могут содержать текучую среду, в том числе живые клетки или другой материал. Текучая среда может перекачиваться или иначе принуждаться к протеканию в по меньшей мере одну из трубок 16. В варианте осуществления, включающем в себя четыре трубки 16 и две камеры 12, текучая среда может закачиваться в две трубки 16. Каждая трубка 16 может соответствовать или присоединяться к одному из каналов 13, и каждая трубка 16 может быть сформирована из гибкого материала. Трубки 16 могут находиться в оболочке 17 для защиты трубок 16.
[0031]
В одном из вариантов осуществления первая трубка 16 присоединена к вершине конуса первой из камер 12, и вторая трубка 16 присоединена к вершине конуса второй из камер 12. Кроме того, третья трубка 16 присоединена к отверстию на расширенном конце конуса первой из камер 12, и четвертая трубка 16 присоединена к отверстию на расширенном конце конуса второй из камер 12. Таким образом, текучая среда протекает в камеры 12 по первой и второй трубкам 16, и текучая среда вытекает из камер 12 по третьей и четвертой трубкам 16.
[0032]
Первый подшипник 26 может располагаться в верхнем участке узла 14 рукоятки, второй подшипник 28 может располагаться в нижнем участке узла 14 рукоятки, и третий подшипник 30 может располагаться проксимально и/или внутри зубчатого колеса 24 (подробно описанного ниже). Каждая трубка 16 может продолжаться через каждый из первого, второго и третьего подшипников 26, 28, 30.
[0033]
Как показано на фигурах 3 и 8, зубчатое колесо 24 может быть прикреплено к каждой камере 12 таким образом, что вращение зубчатого колеса 24 вращает камеры 12. В частности, зубчатое колесо 24 может располагаться внутри участка узла 14 рукоятки, и выступающая часть или ведущее колесо 24a зубчатого колеса 24 может продолжаться вверх через отверстие узла 14 рукоятки и входить в зацепление с нижним участком нижней пластины 12b. По меньшей мере, участок зубчатого колеса 24 может оставаться открытым другим отверстием (например, окном 25) узла 14 рукоятки. В результате, зубчатое колесо 24 может входить в согласованное зацепление с и/или приводиться в движение ротором и/или системой привода, обозначенной, в общем, позицией 40 (смотри фиг. 8), противоточной центрифуги 20 или внутри нее. Узел 14 рукоятки может приводиться в движение другим участком противоточной центрифуги 20, например, другим участком системы привода внутри противоточной центрифуги 20. Передаточные отношения системы привода могут устанавливать отношение 2:1 скоростей, так что понижающая зубчатая передача точно поддерживает отношение 2:1. В одном варианте осуществления система привода может включать в себя первую систему привода и вторую систему привода таким образом, что обе системы привода являются отдельными и независимыми.
[0034]
На участке устройства может располагаться идентификационное устройство 34, например, чип радиочастотной идентификации (RFID-чип), для содержания и записи некоторой информации (например, заводского номера, числа часов использования и/или числа оборотов устройства 10 внутри противоточной центрифуги 20). Идентификационное устройство 34 может допускать считывание/запись.
[0035]
Устройство 10 выполнено с возможностью вставки и извлечения в/из барабан(а) 18 противоточной центрифуги 20 в процессе эксплуатации. Когда устройство 10 вставлено в барабан 18 противоточной центрифуги 20, зубчатое колесо 24 и каждая камера 12 могут приводиться во вращение системой привода с удвоенной скоростью узла 14 рукоятки, который приводится во вращение отдельным участком (например, зубчатым колесом) системы привода. Текучая среда может подаваться или впрыскиваться в камеры 12 в направлении, противоположном центробежной силе, действующей на камеры 12, (внутрь, к геометрическому центру противоположно направлению наружу, от геометрического центра). Поток текучей среды может усиливаться, пока не устанавливается равновесие между силой потока текучей среды и центробежной силой. Это позволяет материалу (например, клеткам) удерживаться или находиться во взвешенном состоянии в среде, и среду можно изменять или замещать, при необходимости. Центрифуга 20 может создавать терморегулируемую окружающую среду для устройства 10, когда колпак 22 (смотри фиг. 7) находится в закрытом положении. Температура (или температурный диапазон) может селективно регулироваться пользователем или устанавливаться автоматически. Устройство 10 может быть выполнено с возможностью отправления в отходы после одноразового использования.
[0036]
В одном варианте осуществления ротор (и, следовательно, зубчатое колесо 24 и камера(ы) 12) могут вращаться со скоростью до нескольких тысяч (например, приблизительно 3,000) оборотов в минуту (об/мин), при этом узел 14 рукоятки может вращаться с вдвое меньшей скоростью. В частности, в одном варианте осуществления первый подшипник 26 может вращаться в первом направлении (например, против часовой стрелки) со скоростью, приблизительно, 1,500 об/мин, и второй подшипник 28 может вращаться во втором направлении (например, по часовой стрелке) со скоростью, приблизительно, 1,500 об/мин. Камера(ы) 12 и узел 14 рукоятки могут вращаться вокруг одной и той же оси вращения.
[0037]
Один способ по настоящему изобретению включает в себя открывание колпака 22 противоточной центрифуги 20 и вставку устройства 10 по меньшей мере частично в барабан 18 противоточной центрифуги 20. Затем, колпак 22 можно закрыть для заключения устройства 10, при этом по меньшей мере участок трубок 16 продолжается вверх через отверстие в колпаке 22. Затем зубчатое колесо 24 устройства 10 можно приводить в движение так, что две противоположных камеры 12 вращаются с удвоенной частотой вращения узла 10 рукоятки. Перед, после или одновременно с вращением зубчатого колеса 34, текучую среду можно перекачивать из резервуара 50 в одну, две или более трубок 16. Иначе говоря, две противоположных камеры 12 можно вращать так, что центробежные силы уравновешивают тяговые силы, что позволяет слою частиц или клеток удерживаться в суспензии. Узел 14 рукоятки может вращаться вдвое медленнее скорости вращения зубчатого колеса 34, чтобы поддерживать замкнутый путь протекания текучей среды из внешнего оборудования к каждую вращающуюся камеру 12, без потребности во вращающихся уплотнениях. После того, как биофармацевтическая процедура (например, удерживание материала во взвешенном состоянии в текучей среде в камерах 12) заканчивается, колпак 22 можно открыть, и устройство 10 можно извлечь из противоточной центрифуги 20. И наконец, устройство 10 можно управлять в отходы.
[0038]
Специалистам в данной области техники будет очевидно, что в вышеописанные варианты осуществления можно вносить изменения, не отклоняющиеся от общей концепции изобретения. Поэтому следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено конкретными раскрытыми вариантами осуществления, но предполагает охват модификаций в пределах существа и объема настоящего изобретения, определяемых прилагаемой формулой изобретения.