ES2957211T3

ES2957211T3 - Sistema de biorreactor automatizado para la descelularización de un órgano

Info

Publication number: ES2957211T3
Application number: ES15766285T
Authority: ES
Inventors: Ryan Bonvillain; John Cheadle; Thomas Peterson
Original assignee: United Therapeutics Corp
Current assignee: United Therapeutics Corp
Priority date: 2014-09-02
Filing date: 2015-09-01
Publication date: 2024-01-15
Anticipated expiration: 2035-09-01
Also published as: US20240315238A1; KR20170048430A; JP7110449B2; CN119184066A; CA3217634A1; EP3188595A2; KR102400425B1; JP2021152035A; CN107105639A; EP3188595B1; US12022823B2; US20180228144A1; US12458015B2; CA2959526C; WO2016036764A3; JP2017530105A; US10757932B2; CA2959526A1; WO2016036764A2; US20200352157A1

Abstract

Un sistema de biorreactor automatizado para descelularizar un órgano incluye una cámara principal para contener el órgano. El sistema incluye además una cámara de reactivo que contiene un reactivo en fase líquida. Un conducto de reactivo suministra el reactivo en fase líquida a la cámara principal, y un conducto de perfusión suministra el reactivo desde la salida de reactivo en la cámara principal al órgano. Una bomba de perfusión impulsa el flujo del reactivo. Un sensor de presión de perfusión detecta la presión del reactivo que fluye. Un sistema de control controla la bomba de perfusión para impulsar el flujo del reactivo basándose en una entrada recibida representativa de una presión deseada y una entrada recibida de la presión detectada. El sistema de control puede realizar automáticamente todos los pasos de un protocolo de descelularización basado en la entrada del sensor. También se podrá disponer de un sistema automatizado de descontaminación de residuos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de biorreactor automatizado para la descelularización de un órgano

Campo de la invención

El sistema y métodos descritos en el presente documento generalmente se refieren a un biorreactor y sus sistemas, y más específicamente, a un sistema de biorreactor automatizado para la descelularización de un órgano, a un sistema para implementar automáticamente un protocolo para la descelularización de un órgano, y un sistema de descontaminación de desechos para un biorreactor.

Antecedentes

Si bien el alotrasplante de pulmón es el tratamiento para la enfermedad pulmonar en estadio terminal, el número de pacientes que esperan un trasplante de pulmón está creciendo constantemente y sólo una pequeña porción de los pacientes recibe un trasplante de órganos debido a la disponibilidad limitada de órganos de donantes. Por ejemplo, la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) afecta a más de 64 millones de personas en todo el mundo. La Organización Mundial de la Salud ha pronosticado que para 2030 la EPOC se convertirá en la tercera causa de mortalidad. Como otro ejemplo, la hipertensión arterial pulmonar (HAP) afecta la vasculatura de los pulmones y puede provocar insuficiencia cardiaca derecha y la muerte. Si bien existen tratamientos aprobados por la FDA para la HAP, no existen curas, lo que deja al trasplante de pulmón como la única opción para algunos pacientes. Sencillamente, no hay suficientes órganos para satisfacer la demanda.

Incluso en pacientes que reciben órganos disponibles para trasplante, el éxito clínico del trasplante de pulmón en un paciente se ve obstaculizado por la inmunodepresión y el rechazo crónico, que puede producirse incluso años después de que el paciente se haya sometido al trasplante de órgano. En el mejor de los casos, el paciente mantiene a raya estos problemas tomando medicamentos, que pueden tener sus propios efectos secundarios graves, durante el resto de la vida del paciente.

La ingeniería de tejidos presenta una alternativa al trasplante clásico. Esta clase de enfoque regenerativo tiene el potencial de eludir eficazmente las limitaciones impuestas por los grupos de donantes de tejido y prevenir el rechazo de aloinjertos proporcionando armazones tridimensionales para la siembra de células madre o autólogas que son específicas de un paciente en particular. La tecnología implica tratar un órgano con una serie de detergentes, sales y/o enzimas para eliminar completamente el material celular en un procedimiento conocido como descelularización, dejando intacta la matriz extracelular, de modo que la matriz pueda servir como armazón para la posterior regeneración de tejido. La descelularización habitualmente implica la perfusión secuencial de un órgano con una serie de detergentes y lavados repetitivos para eliminar el ADN residual y otros desechos celulares del órgano. Esto puede dar como resultado un armazón en el que se retienen las proteínas de la matriz extracelular (ECM), la arquitectura de los órganos y la vasculatura. Dicho de otro modo, el armazón conserva las características estructurales del órgano, pero carece de células vivas o componentes celulares. Puesto que los antígenos celulares que estimulan el rechazo inmunitario se hallan habitualmente en la superficie celular, la eliminación de tales antígenos puede reducir el riesgo de rechazo después de implantar armazones recelularizados en los pacientes. Para los pulmones, el procedimiento de descelularización es particularmente complejo, ya que requiere la conservación de las vías respiratorias y los alvéolos, así como del lecho capilar pulmonar, para garantizar la integridad del tejido de intercambio de gases.

La intervención y manipulación humana durante los protocolos de descelularización realizados manualmente aumentan el riesgo de contaminación, disminuyen la consistencia del producto final y pueden afectar negativamente a la estructura tridimensional y la microarquitectura del armazón resultante, desperdiciando así una cantidad considerable de tiempo y recursos con un producto potencialmente inviable.

La técnica anterior relacionada puede hallarse en Andrew P. Priceet al.:“Automated Decellularization of Intact, Human-Sized Lungs for Tissue Engineering”, TISSUE ENGINEERING: parte C, vol. 21, n.° 1, publicado en línea el 16 de junio de 2014, que describe un sistema automatizado que puede usarse para descelularizar órganos completos de tamaño humano, en particular pulmones. Dicho documento no menciona el uso de un conducto de perfusión y una bomba asociada para suministrar un reactivo desde una salida de reactivo hasta una entrada de perfusión y utiliza una entrada tanto para la entrada de reactivo como para la entrada de perfusión. Además, Bonvillain R. W.et. al.:“Nonhuman primate lung decellularization and recellularization using a specialized largeorgan bioreactor”, JOVE (JOURNAL OF VISUALIZED EXPERIMENTS), vol. 82, 15 de diciembre de 2013, describe protocolos para lograr la descelularización completa de los pulmones.

Sumario

La presente invención se define por la reivindicación independiente adjunta. Las respectivas reivindicaciones dependientes describen características opcionales y distintas realizaciones.

Se desea proporcionar un sistema de biorreactor mejorado y sistemas relacionados con el mismo.

Una realización de la presente invención se refiere a un sistema de biorreactor automatizado para la descelularización de un órgano que incluye una cámara principal configurada para contener el órgano y que tiene al menos una entrada de reactivo, al menos una salida de reactivo, y al menos una entrada de perfusión. El sistema incluye además al menos una cámara de reactivo que contiene un reactivo en fase líquida y al menos un conducto de reactivo configurado para suministrar el reactivo en fase líquida desde la al menos una cámara de reactivo hasta la cámara principal a través de la al menos una entrada de reactivo. Al menos un conducto de perfusión está configurado para suministrar el reactivo en fase líquida desde la al menos una salida de reactivo en el interior del órgano a través de la al menos una entrada de perfusión. Al menos una bomba de perfusión está configurada para impulsar el flujo del reactivo en fase líquida a través del al menos un conducto de perfusión. Al menos un sensor de presión de perfusión detecta una presión del reactivo en fase líquida que fluye a través del al menos un conducto de perfusión. Un sistema de control recibe una entrada representativa de una presión deseada del reactivo en fase líquida que fluye a través del al menos un conducto de perfusión, recibe una entrada de la presión detectada mediante el al menos un sensor de presión de perfusión, y emite una señal para controlar la al menos una bomba de perfusión para impulsar el flujo del reactivo en fase líquida basándose en la entrada recibida representativa de la presión deseada y la entrada recibida de la presión detectada.

La presente divulgación también se refiere a un sistema para implementar automáticamente un protocolo para la descelularización de un órgano que incluye al menos un sensor de presión de perfusión configurado para detectar una presión de líquido que fluye en el interior del órgano, al menos una válvula de perfusión configurada para controlar el flujo de líquido en el interior del órgano, y al menos una bomba de perfusión configurada para impulsar el flujo de líquido en el interior del órgano. El sistema incluye además un sistema de control configurado para recibir un protocolo con etapas para la perfusión del órgano, recibir una entrada del al menos un sensor de presión de perfusión, y controlar la al menos una válvula de perfusión y la al menos una bomba de perfusión para realizar automáticamente todas las etapas del protocolo para descelularizar el órgano.

La presente divulgación se refiere además a un sistema de descontaminación de desechos para un biorreactor que incluye una cámara principal configurada para contener un órgano para la perfusión, una cámara de desechos configurada para recibir fluido de desecho desde la cámara principal, y un conducto de desechos configurado para suministrar el fluido de desecho desde la cámara principal hasta la cámara de desechos. El sistema incluye además una cámara de fluido de descontaminación configurada para almacenar fluido de descontaminación y un conducto de descontaminación configurado para introducir el fluido de descontaminación desde la cámara de fluido de descontaminación en el fluido de desecho.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista esquemática de un biorreactor para el sistema de biorreactor automatizado según una realización a modo de ejemplo.

La figura 2 es un diagrama de bloques de un sistema de control para el biorreactor de la figura 1 según una realización a modo de ejemplo.

La figura 3 es una captura de pantalla que ilustra una realización de una pantalla principal de una interfaz de usuario del sistema de control de la figura 2.

Descripción detallada

Visión general

El sistema de biorreactor automatizado descrito en el presente documento contempla un biorreactor que puede estar configurado para realizar todas las etapas de un protocolo de descelularización automáticamente, con poca a ninguna entrada de usuario necesaria para la ejecución con éxito del protocolo después de su inicio. El sistema de biorreactor automatizado incluye una cámara principal donde tiene lugar la descelularización y una serie de cámaras de reactivo que suministran a la cámara principal los reactivos necesarios para facilitar la descelularización en un circuito cerrado continuo. Un sistema de control, que tiene un controlador y una interfaz de usuario, se incorpora en el sistema de biorreactor automatizado para automatizar completamente el procedimiento de descelularización en el sistema cerrado controlando las válvulas y las bombas que impulsan el flujo de reactivos en todas las etapas del protocolo. Al proporcionar una automatización completa del procedimiento de descelularización, se reduce la interacción humana directa con los componentes del biorreactor, aumentando de ese modo la esterilidad, consistencia y eficiencia en el procedimiento, lo que mejora la probabilidad de obtener un órgano descelularizado más viable, y estructuralmente sano para un trasplante posterior. Además, el sistema de biorreactor automatizado permite un sistema de control central capaz de realizar simultáneamente múltiples protocolos a través de múltiples biorreactores, aumentando adicionalmente la eficiencia y la consistencia a través de múltiples sistemas.

Aunque los procedimientos descritos a continuación están en el contexto de un protocolo de descelularización de un pulmón, el sistema de biorreactor automatizado descrito en el presente documento no se limita a tal protocolo u órgano. Por ejemplo, el sistema de biorreactor automatizado también puede utilizarse para realizar otras aplicaciones para las que puede requerirse la perfusión de un órgano. Estas aplicaciones pueden incluir, pero no se limitan a, procedimientos donde se requieren pulmones descelularizados, así como cualquier análisis aguas abajo de los materiales de armazón resultantes, la recelularización del armazón, y la ingeniería de un pulmón activo, funcional. Además, el sistema de biorreactor automatizado también puede utilizarse para la perfusión de cualquier órgano o parte de órgano adecuados. Por tanto, el término “órgano” incluye órganos completos, así como cualquier porción funcional del órgano, tal como un lóbulo de un pulmón.

La figura 1 muestra una realización de un sistema 100 de biorreactor automatizado para realizar un protocolo de descelularización completo de un pulmón porcino. El sistema 100 de biorreactor automatizado de la figura 1 generalmente incluye una cámara 15 principal configurada para contener un pulmón 5 que va a perfundirse, una sección 10 de llenado de cámara, y una sección 20 de perfusión. También se proporciona un sistema 30 de descontaminación de desechos para el sistema 100 de biorreactor automatizado.

Tal como se muestra en la figura 2, el sistema 100 de biorreactor automatizado incluye además un controlador 50, que está acoplado eléctricamente a, y configurado para controlar, diversos componentes dentro de cada una de las secciones del biorreactor, tal como se describirá con más detalle a continuación. Además, una interfaz 70 de usuario está conectada además a y se comunica con el controlador 50 para la gestión por parte del usuario del sistema 100 de biorreactor automatizado, tal como se describirá con más detalle a continuación.

Cámara principal

La cámara 15 principal puede ser cualquier cámara adecuada capaz de crear y mantener un entorno estéril, sellado para la perfusión del órgano o el pulmón 5. La cámara 15 principal incluye preferiblemente una entrada 14 de reactivo, una salida 23 de reactivo, una entrada 24 de perfusión, y salidas 31, 32 de desechos, que se describen con más detalle a continuación. Además, la cámara 15 principal está posicionada encima de un sensor 60 de peso, que se describe con más detalle a continuación. En algunas realizaciones, al menos porciones del cuerpo de la cámara 15 principal son transparentes o translúcidas, de modo que un usuario puede ver el órgano durante el uso del sistema de biorreactor. En algunas realizaciones, la cámara 15 principal tendrá entradas para la manipulación del interior de la cámara principal durante su uso. Esta manipulación puede producirse insertando físicamente objetos, tales como herramientas e instrumentos, en la cámara 15 principal o puede proporcionar una interfaz para un usuario para manipular objetos ya presentes en la cámara. Por ejemplo, las entradas pueden diseñarse de modo que la cámara 15 principal pueda usarse como una cámara sellada con guantes.

Sección de llenado de cámara

Tal como se muestra en la figura 1, la sección 10 de llenado de cámara incluye preferiblemente una pluralidad de cámaras 11 de reactivo, cada una conectada en comunicación de fluido a la cámara 15 principal a través de un conducto de reactivo, que puede tomar la forma de tubería 40. Aunque se representan múltiples cámaras 11 de reactivo, pueden utilizarse números menores o mayores de cámaras. Las cámaras 11 de reactivo están configuradas para contener un tipo específico de reactivo en fase líquida necesario para una etapa dada en el protocolo de descelularización. El reactivo en fase líquida puede estar en forma de disolución, emulsión o suspensión. Las cámaras 11 de reactivo pueden ser cualquier recipiente adecuado para contener los reactivos, tales como garrafas, jeringas, o similares. Además, los reactivos contenidos en cada una de las cámaras 11 de reactivo pueden ser cualquier reactivo adecuado necesario para descelularizar un órgano, tal como solución salina tamponada con fosfato (PBS), dodecilsulfato de sodio (SDS), Triton X-100, o similares. La tubería 40 del conducto de reactivo puede estar compuesta de cualquier material convencional apropiado para la transferencia de los reactivos y los biomateriales y para mantener conexiones estériles entre las cámaras, tales como una tubería de silicio o similares. Tal como se muestra en la figura 1, el conducto de reactivo, por ejemplo, la tubería 40, permite que los reactivos en fase líquida fluyan al interior de la cámara 15 principal a través de una conexión a la entrada 14 de reactivo.

Entre las cámaras 11 de reactivo y la cámara 15 principal están posicionados un colector 12 de válvula de reactivo y una bomba 13 de reactivo. El colector 12 de válvula de reactivo controla el flujo de un reactivo en fase líquida desde una cámara 11 de reactivo dada hasta la cámara 15 principal, que aloja el pulmón 5. El colector 12 de válvula de reactivo incluye una pluralidad de lumbreras de válvula. El número de lumbreras de válvula dispuesto en el colector 12 de válvula de reactivo puede ser cualquier número adecuado para permitir un flujo en línea de tantos reactivos en fase líquida como sean necesarios para el protocolo. Tal como se muestra en la figura 1, el colector 12 de válvula de reactivo incluye cinco lumbreras de válvula, que permiten el control de flujo de hasta cinco cámaras 11 de reactivo a través de la tubería 40 que se conecta a la entrada 14 de reactivo de la cámara 15 principal. El colector 13 de válvula de reactivo también puede ser cualquier mecanismo de válvula adecuado que pueda controlar el flujo de un reactivo en fase líquida desde una cámara 11 de reactivo específica hasta la entrada 14 de llenado de cámara de la cámara 15 principal. Preferiblemente, el colector 12 de válvula de reactivo incluye válvulas de reactivo en forma de mecanismos de válvula de solenoide de tipo pinza. Estos mecanismos de válvula de solenoide de tipo pinza pueden controlar el flujo de reactivo en fase líquida a través de la tubería 40, que es flexible cuando se usa el mecanismo de válvula de tipo pinza, aplicando una fuerza a la tubería 40 para impedir el flujo del reactivo en fase líquida. Un mecanismo de válvula de este tipo es un dispositivo de corte externo, que minimiza el contacto con los reactivos contenidos dentro de la tubería 40, aumentando de ese modo la esterilidad del sistema.

La bomba 13 de reactivo está conectada a la tubería 40 aguas abajo del colector 12 de válvula de reactivo. La bomba 13 de reactivo impulsa el flujo de un reactivo en fase líquida desde una cámara 11 de reactivo dada al interior de la entrada 14 de reactivo. La bomba 13 de reactivo puede ser cualquier mecanismo adecuado para el bombeo de fluido en el interior de la cámara 15 principal. En la realización mostrada en la figura 1, la bomba 13 de reactivo es una bomba peristáltica con doble cabezal para permitir una velocidad de flujo y presión aumentadas, y para mantener la esterilidad de los líquidos dentro de la tubería 40. Tal como se muestra en la figura 2, tanto el colector 12 de válvula de reactivo como la bomba 13 de reactivo están acoplados eléctricamente a, y configurados para controlarse mediante, el controlador 50.

Tal como se describió anteriormente, la cámara 15 principal está colocada sobre el sensor 60 de peso, tal como, por ejemplo, una balanza. El sensor 60 de peso está configurad para detectar el peso presente en la cámara 15 principal. Tal como se muestra en la figura 2, el sensor 60 de peso comunica un peso detectado al controlador 50. Sistema de perfusión

Una realización del sistema 20 de perfusión se muestra en la figura 1. Está configurado preferiblemente como un sistema de circulación cerrado que tiene un conducto de perfusión, en la forma preferida de tubería 40 adicional, que conduce desde una salida 23 de reactivo de la cámara 15 principal hasta una entrada 24 de perfusión de la cámara 15 principal, de modo que puede recircularse el reactivo en fase líquida contenido en la cámara 15 principal y perfundirse a través del pulmón 5. La tubería 40 que forma el conducto de perfusión se extiende adicionalmente en el interior de la cámara 15 principal a través de la entrada 24 de perfusión y en el interior del pulmón 5 contenido en la cámara 15 principal. Tal como se ilustra en la figura 1, la tubería 40 puede estar configurada para extenderse en el interior de la arteria pulmonar del pulmón 5 de modo que la perfusión puede producirse a través del circuito cardiopulmonar del pulmón 5.

El flujo del reactivo en fase líquida a través del pulmón 5 se impulsa mediante una bomba 21 de perfusión, que, tal como se muestra en la figura 2, está acoplada eléctricamente a, y configurada para controlarse mediante, el controlador 50. Tal como se muestra en la figura 1, la bomba 21 de perfusión puede ser una bomba peristáltica con un único cabezal. Un amortiguador 22 de impulsos puede incluirse y posicionarse entre la bomba 21 de perfusión y la cámara 15 principal. El amortiguador 22 de impulsos puede servir para evitar la entrada de burbujas en el interior del reactivo en fase líquida antes de la perfusión en el interior del pulmón 5, o puede servir para impedir el daño al pulmón 5 provocado por los impulsos en el flujo que pueden generarse por la bomba 21 de perfusión durante el funcionamiento. El amortiguador 22 de impulsos puede ser cualquier recipiente cerrado adecuado configurado para contener fluido residual que circula en el sistema de perfusión. Además, el amortiguador 22 de impulsos puede estar dotado además de un agitador para reducir la posibilidad de estancamiento en el pocillo del amortiguador 22 de impulsos, una condición que podría conducir a la contaminación. Además, el amortiguador 22 de impulsos puede permitir la reducción del ruido en una forma de onda de salida de presión en el flujo del reactivo en fase líquida en el pulmón 5. Esto, a su vez, puede permitir que la presión se mida de manera más precisa mediante un sensor 25 de presión de perfusión, que se describe con más detalle a continuación.

Un sensor 25 de presión de perfusión está conectado a la tubería 40 aguas arriba desde la entrada 24 de perfusión de la cámara 15 principal para detectar la presión del reactivo en fase líquida que fluye a través de la tubería 40 y en el interior del pulmón 5. Tal como se muestra en la figura 2, el sensor 25 de presión de perfusión está configurado adicionalmente para comunicar la presión detectada del reactivo en fase líquida con el controlador 50. El sensor 25 de presión de perfusión puede estar configurado para detectar la presión del reactivo en fase líquida en cualquier punto aguas arriba desde la entrada 24 de perfusión. Tal como se muestra en la figura 1, el sensor 25 de presión de perfusión está conectado a la tubería 40 de modo que el sensor 25 de presión de perfusión detecta la presión en la entrada 24 de perfusión. El sensor 25 de presión de perfusión puede colocarse fuera de la cámara a una altura que coincide aproximadamente con la altura a la que el pulmón 5 flota en la cámara principal 5 durante la perfusión. Sistema de descontaminación de desechos

Tal como se muestra en la figura 1, una realización preferida del sistema 30 de descontaminación de desechos generalmente incluye una cámara 34 de fluido de descontaminación y una cámara 35 de desechos. La cámara 35 de desechos está conectada en comunicación de fluido para recibir fluido de desecho desde la cámara 15 principal a través de un conducto de desechos, que puede estar en forma de tubería 40, mientras que la cámara 34 de fluido de descontaminación está conectada en comunicación de fluido a la cámara 35 de desechos a través de un conducto de descontaminación, que puede estar formado por una tubería 40 adicional. La cámara 34 de fluido de descontaminación está configurada para contener un fluido de descontaminación, tal como, por ejemplo, lejía, mientras que la cámara 35 de desechos está configurada para contener una mezcla que contiene el fluido de desecho desde la cámara 15 principal y el fluido de descontaminación desde la cámara 34 de fluido de descontaminación.

Tal como se muestra en la figura 1, entre la cámara 15 principal y la cámara 35 de desechos están posicionadas dos válvulas 33 de drenaje, que controlan el flujo de fluido de desecho desde la cámara 15 principal a través de las salidas 31, 32 de desechos. Tal como se describió anteriormente con el colector 12 de válvula, las válvulas 33 de drenaje también pueden incluir válvulas de solenoide de tipo pinza como el mecanismo de cierre de válvulas para una mejora de la esterilidad del sistema cerrado. Además, las salidas 31, 32 de desechos también pueden estar dotadas cada una de una válvula de una vía para impedir el flujo de fluido de desecho de vuelta al interior de la cámara 15 principal.

Está conectada aguas abajo de las válvulas 33 de drenaje una bomba 36 de descontaminación, que, tal como se muestra en la figura 2, está acoplada eléctricamente a, y controlada mediante, el controlador 50. La bomba 36 de descontaminación impulsa el flujo de fluido de desecho desde la cámara 10 principal hasta la cámara 27 de desechos. Además, la bomba 36 de descontaminación, tal como se muestra en la figura 1, también puede impulsar el flujo de fluido de descontaminación desde la cámara 34 de fluido de descontaminación hasta la cámara 35 de desechos. Tal como se ilustra en la figura 1, la bomba 55 de descontaminación puede tomar la forma de una bomba peristáltica con cuatro cabezales, en la que dos cabezales de bomba están configurados para impulsar el flujo de fluido de desecho dentro de la tubería 40 que conecta la cámara 15 principal a la cámara 35 de desechos, y los otros dos cabezales de bomba están configurados para impulsar el flujo de fluido de descontaminación desde la cámara 34 de fluido de descontaminación hasta la cámara 35 de desechos.

En algunos casos, determinados protocolos de descontaminación requieren que el fluido de desecho se mezcle con una proporción específica de fluido de descontaminación antes de que pueda drenarse de manera segura y adecuada el fluido de desecho. Por ejemplo, antes de la eliminación, el fluido de desecho puede mezclarse con lejía en una proporción deseada (por ejemplo, el 10 %) del volumen total del fluido de desecho. Para lograr esto, en una realización, el conducto de descontaminación que conduce desde la cámara 34 de fluido de descontaminación hasta la cámara 35 de desechos tiene un diámetro que es más pequeño por la proporción deseada (por ejemplo, 1/10 del tamaño) en relación con el diámetro del conducto de desechos que conduce desde la cámara 15 principal hasta la cámara 35 de desechos. Y, tal como se ilustra en la figura 1, puesto que la bomba 36 de descontaminación impulsa el flujo tanto del fluido de desecho desde la cámara 15 principal como del flujo de fluido de descontaminación desde la cámara 34 de fluido de descontaminación, la bomba 36 de descontaminación puede estar configurada para bombear a una velocidad de flujo constante de modo que pueda mezclarse el fluido de descontaminación en una proporción adecuada con respecto a la velocidad del fluido que fluye en el interior de la cámara 35 de desechos. Además, tal como se muestra en la figura 1, para asegurar el mezclado adecuado del fluido de descontaminación con el fluido de desecho, el fluido de descontaminación puede introducirse en el fluido de desecho en línea dentro del conducto de desechos y aguas arriba de la cámara 35 de desechos. Sin embargo, el fluido de descontaminación también puede introducirse en el fluido de desecho directamente en la cámara 35 de desechos y mezclarse posteriormente dentro la cámara 35 de desechos.

Además, pueden utilizarse alternativamente bombas independientes para impulsar el flujo de fluido de desecho desde la cámara 15 principal hasta la cámara 35 de desechos y el flujo de cámara 34 de fluido de descontaminación hasta la cámara 35 de desechos. En este sentido, el controlador 50 puede entonces controlar cada una de la bomba 36 de descontaminación y la bomba adicional para impulsar el flujo de fluido de desecho desde la cámara 10 principal y el fluido de descontaminación desde la cámara 34 de fluido de descontaminación, respectivamente. Cada una de las bombas puede controlarse para funcionar a una velocidad de flujo respectiva de modo que el fluido de descontaminación se mezcla con el fluido de desecho en una proporción necesaria para una eliminación segura y adecuada.

Tal como se muestra en la figura 1, un conducto de drenaje, en forma de tubería 40 adicional, se extiende desde la cámara 35 de desechos hasta un drenaje 37. Entre la cámara 35 de desechos y el drenaje 37 está posicionada una bomba 38 de drenaje, que impulsa la mezcla de flujo de fluido de desecho y fluido de descontaminación desde la cámara 35 de desechos hasta el drenaje 37. Tal como se muestra en la figura 2, la bomba 38 de drenaje, que puede ser una bomba peristáltica con doble cabezal, está conectada eléctricamente a, y controlada mediante, el controlador 50. Alternativamente, sin embargo, la bomba 38 de drenaje puede omitirse y el conducto de drenaje puede extenderse en cambio desde la parte inferior de la cámara 35 de desechos. Una válvula, tal como una válvula de solenoide de tipo pinza, puede incluirse aguas abajo una salida de la cámara 35 de desechos. El controlador 50 puede entonces configurarse para controlar la válvula de modo que, cuando se abre, la mezcla de fluido de desecho y fluido de descontaminación se permite que fluya hasta el drenaje 37 por gravedad.

Tal como se muestra adicionalmente en la figura 1, se muestra una pluralidad de cámaras 39 de contención secundarias, que sirven como medida secundaria para impedir que el fluido de desecho fluya fuera del sistema 100 de biorreactor automatizado. Tal como se ilustra en la figura 1, la cámara 15 principal, la cámara 34 de fluido de descontaminación, y la cámara 35 de desechos están cada una colocadas en una cámara 39 de contención secundaria. Las cámaras 39 de contención secundarias sirven para contener cualquier rebosamiento de fluidos desde cada una de estas cámaras. Tal como se muestra en la figura 1, cada una de las cámaras 39 de contención secundarias está conectada a una pluralidad de conductos de drenaje, cada uno formado por la tubería 40, que permite que cualquier fluido contenido en las cámaras 39 de contención secundarias fluya en el interior del drenaje 37.

El sistema 100 de biorreactor automatizado no está limitado a los sensores mostrados en la figura 1, y pueden incorporar el uso de cualquier sensor adicional que puede medir una variable relevante para el procedimiento de perfusión. Por ejemplo, puede incluirse un sistema de control de temperatura. El sistema de control de temperatura puede tener sensores de temperatura colocados adyacentes a la cámara 15 principal para detectar la temperatura de los reactivos en fase líquida y el pulmón 5 contenido en la cámara 15 principal. El sistema de control de temperatura puede incluir además un elemento de calentamiento y/o enfriamiento configurado para calentar y/o enfriar la temperatura de los reactivos en fase líquida y el pulmón 5 contenido en la cámara 15 principal. Los sensores de temperatura pueden configurarse entonces para comunicar la temperatura detectada al controlador 50. El controlador 50 puede configurarse entonces para controlar el elemento de calentamiento y/o enfriamiento para ajustar la temperatura de los reactivos en fase líquida y el pulmón 5 a una temperatura segura para el procedimiento de descelularización. Mediante el control de la temperatura dentro de la cámara 15 principal, puede mantenerse además la esterilidad del sistema y la integridad estructural del órgano. También puede incluir sensores adicionales, pero no se limita a, sensores de pH, sensores de conductividad, y similares.

Tal como se describió anteriormente, el sistema 100 de biorreactor automatizado incluye un biorreactor para la descelularización de un pulmón en un entorno cerrado, estéril. Limitando la interacción humana con los mecanismos que controlan el procedimiento de descelularización y minimizando el contacto de las partes móviles del sistema (por ejemplo, mecanismo de válvula, bombas) con los componentes internos (por ejemplo, reactivos líquidos, órgano), puede lograrse un sistema de biorreactor más estéril, aumentando de ese modo la probabilidad de un armazón viable y estructuralmente sano después del procedimiento de descelularización.

Procedimiento de control

Una visión general del procedimiento de control para automatizar un protocolo completo para descelularizar un pulmón 5 se describirá ahora haciendo referencia continua a las figuras 1 y 2. En general, el sistema de control puede ejecutar automáticamente todas las etapas de un protocolo completo realizando, secuencial y/o simultáneamente, tres tipos de procedimientos: un procedimiento de llenado de cámara, un procedimiento de perfusión y un procedimiento de descontaminación de desechos.

El protocolo puede ser cualquier de los protocolos conocidos para la perfusión o descelularización de un órgano, así como ser un nuevo protocolo. El protocolo puede proporcionarse al sistema en cualquiera de una variedad de formas. Por ejemplo, el protocolo puede cargarse como parte de una hoja de cálculo de datos. Alternativamente, el protocolo, o varios protocolos, pueden almacenarse en el sistema para la selección por el usuario. Como alternativa adicional, el usuario puede modificar los protocolos almacenados pueden.

El sistema de control, o controlador 50 del mismo, puede ser un procesador de uso general, un procesador de señales digitales (DSP), un circuito integrado de aplicación específica (ASIC), un matriz de puertas programables en campo (FPGA) u otro dispositivo lógico programable, puerta discreta o lógica de transistores, componentes de hardware discretos o cualquier combinación de los mismos diseñados para realizar las funciones descritas en el presente documento. Un procesador de uso general puede ser un microprocesador, pero como alternativa, el procesador puede ser cualquier procesador, controlador, microcontrolador o máquina de estados convencional. Un procesador también puede implementarse como una combinación de dispositivos informáticos, por ejemplo, una combinación de un DSP y un microprocesador, una pluralidad de microprocesadores, uno o más microprocesadores junto con un núcleo de DSP o cualquier otra configuración similar. Las etapas de un método o algoritmo descrito en relación con las realizaciones divulgadas en el presente documento pueden realizarse directamente en hardware, en un módulo de software ejecutado por un procesador o en una combinación de ambos. Un módulo de software puede residir en una memoria RAM, una memoria flash, una memoria ROM, una memoria EPROM, una memoria EEPROM, registros, un disco duro, un disco extraíble, un CD-ROM o cualquier otra forma de medio de almacenamiento conocido en la técnica. Un medio de almacenamiento a modo de ejemplo está acoplado al procesador de modo que el procesador pueda leer información y escribir información en el medio de almacenamiento. Como alternativa, el medio de almacenamiento puede ser solidario con el procesador. El procesador y el medio de almacenamiento pueden residir en un ASIC. El ASIC puede residir en un terminal de usuario. Como alternativa, el procesador y el medio de almacenamiento pueden residir como componentes discretos en un terminal de usuario. En una o más realizaciones a modo de ejemplo, las funciones descritas pueden implementarse en hardware, software, firmware o cualquier combinación de los mismos. Tal hardware, software, firmware o cualquier combinación de los mismos puede ser parte o implementarse con cualquiera o una combinación de servidores, bases de datos, componentes asociados en el sistema, componentes del mismo y/o similares. Si se implementan en software, las funciones pueden almacenarse o transmitirse como una o más instrucciones o códigos en un medio legible por ordenador. Los medios legibles por ordenador incluyen tanto medios de almacenamiento informático como medios de comunicación, incluyendo cualquier medio que facilite la transferencia de un programa informático de un lugar a otro. Un medio de almacenamiento puede ser cualquier medio disponible al que pueda acceder un ordenador. A modo de ejemplo, y sin limitación, tales medios legibles por ordenador pueden comprender RAM, ROM, EEPROM, CD-ROM u otro almacenamiento en disco óptico, almacenamiento en disco magnético u otros dispositivos de almacenamiento magnético, o cualquier otro medio que pueda usarse para transportar o almacenar el código de programa deseado en forma de instrucciones o estructuras de datos y al que puede accederse mediante un ordenador. Además, cualquier conexión se denomina propiamente un medio legible por ordenador. Por ejemplo, si el software se transmite desde un sitio web, servidor u otra fuente remota mediante un cable coaxial, cable de fibra óptica, par trenzado, línea de suscriptor digital (DSL) o tecnologías inalámbricas como infrarrojos, radio y microondas, entonces el cable coaxial, el cable de fibra óptica, el par trenzado, la DSL o las tecnologías inalámbricas tales como los infrarrojos, la radio y las microondas se incluyen en la definición de medio. Disquete o disco, tal como se usa en el presente documento, incluye disco compacto (CD), disco láser, disco óptico, disco versátil digital (DVD), disquete y disco Blu-Ray donde los disquetes generalmente reproducen datos magnéticamente, mientras que los discos reproducen datos ópticamente con láseres. Las combinaciones de lo anterior también deben incluirse dentro del alcance de los medios legibles por ordenador.

Un procedimiento de llenado de cámara comienza con el controlador 50 emitiendo una señal al colector 12 de válvula de reactivo para abrir una o más de las válvulas (mientras que, al mismo tiempo, se cierra cualquier válvula innecesaria para el procedimiento) para permitir el flujo del reactivo en fase líquida contenido en la cámara 11 de reactivo dada. Al mismo tiempo, el controlador 50 también emite una señal a la bomba 13 de reactivo para impulsar el flujo del/de los reactivo(s) en fase líquida desde la(s) cámara(s) 11 de reactivo conectada(s) a la(s) línea(s) de válvula(s) ahora abierta(s) en la tubería 40 que conduce a la entrada 14 de reactivo. La bomba 13 de reactivo puede accionarse según los ajustes del protocolo y/o el usuario tal como se especifica. Por ejemplo, el controlador 50 puede emitir a la bomba 13 de reactivo para bombear a una velocidad de flujo constante (por ejemplo, 100 ml/min) o a una presión constante (por ejemplo, 30 mmHg). Si la bomba 13 de reactivo es una bomba peristáltica, el controlador 50 puede emitir adicionalmente a la bomba 13 de reactivo para hacerla funcionar en un sentido dado (es decir, horario o antihorario).

A medida que la cámara 15 principal se llena con el/los reactivo(s) en fase líquida deseado(s), el controlador 50 recibe de manera continua una entrada de un peso de la cámara 15 principal a medida que se detecta mediante el sensor 60 de peso, tal como se muestra en la figura 2. Usando este peso detectado, el controlador 50 determina entonces el volumen de reactivo en fase líquida presente en la cámara 15 principal en ese momento dado. Por ejemplo, el controlador 50 puede determinar el volumen de reactivo en fase líquida basándose tanto en el peso detectado de la cámara 15 principal y una densidad conocida del reactivo en fase líquida que está usándose, lo que puede almacenarse previamente en el programa antes de la ejecución del protocolo. Mediante la monitorización de manera continua del peso de la cámara 15 principal y, por tanto, del volumen de reactivo en fase líquida presente en la cámara 15 principal, el controlador 50 puede determinar entonces cuando se ha alcanzado el volumen de reactivo en fase líquida requerido para la etapa de llenado de cámara del protocolo.

Además, el controlador 50 también puede estar configurado para determinar si y/o cuando se ha introducido un volumen máximo de reactivo líquido en el interior de la cámara 15 principal. En este caso, el controlador 50 se programa, antes de la ejecución del protocolo, con un volumen umbral almacenado previamente que puede representar el volumen máximo de fluido que la cámara 15 principal es capaz de contener o, alternativamente, alguna proporción del volumen máximo. Durante la ejecución de una etapa de llenado de cámara, si el controlador 50 determina que la cámara 10 principal se ha llenado de modo que se ha alcanzado el volumen umbral, el controlador 50 puede estar configurado para detener la continuación de la etapa de llenado de cámara (deteniendo el funcionamiento de la bomba 13 de reactivo) incluso si la etapa de llenado de cámara todavía requiere reactivo líquido adicional que debe introducirse en el interior de la cámara 15 principal. El controlador 50 entonces puede avanzar automáticamente a la siguiente etapa en el protocolo (por ejemplo, una etapa de perfusión o una etapa de drenaje). En este sentido, monitorizando de manera continua el peso de la cámara 10 principal, el controlador 50 puede impedir el llenado excesivo de la cámara 15 principal, proporcionando de ese modo una salvaguardar para el sistema.

Durante un procedimiento de perfusión, con todas las válvulas cerradas en el sistema, el controlador 50 emite una señal para controlar la bomba 21 de perfusión para impulsar el flujo del reactivo en fase líquida contenido en la cámara 15 principal en el interior del pulmón 5 (por ejemplo, en la arteria pulmonar del pulmón 5). Tal como se ha descrito anteriormente de manera similar con el procedimiento de llenado de cámara, el controlador 50 puede emitir una señal para controlar la bomba 21 de perfusión para impulsar el flujo del reactivo en fase líquida a una presión constante o una velocidad de flujo constante, tal como se define mediante el protocolo. Además, si se utiliza una bomba peristáltica, el controlador 50 puede dirigir la bomba 21 de perfusión para hacerla funcionar también en un sentido dado.

Durante la perfusión, el controlador 50 recibe de manera continua una entrada de una presión del flujo del reactivo en fase líquida al pulmón 5 detectada mediante el sensor 25 de presión de perfusión, tal como se muestra en la figura 2. El controlador 50 también puede estar configurado para recibir una entrada de una presión deseada y/o velocidad de flujo del reactivo en fase líquida en el interior del pulmón 5. La presión y/o velocidad de flujo deseada puede definirse mediante el protocolo o puede especificarse por el usuario y puede introducirse en el sistema de control mediante una entrada representativa de la presión deseada a través del conducto de perfusión. Basándose en la presión detectada recibida y la entrada recibida representativa de la presión deseada, el controlador 50 puede emitir entonces una señal para controlar la bomba 21 de perfusión de modo que se mantiene de manera continua la presión y/o velocidad de flujo deseada en el interior del pulmón 5. El controlador 50 también puede estar configurado para detectar si y/o cuando se ha desviado la presión detectada mediante una cantidad umbral almacenada previamente de la presión y/o velocidad de flujo deseada del reactivo en fase líquida en el interior del pulmón 5. Por ejemplo, el controlador 50 puede estar configurado para detectar si y/o cuando la presión detectada es un 15 % mayor o menor que la presión y/o velocidad de flujo definida por el protocolo. El controlador 50 puede configurarse entonces para comunicar a la interfaz 70 de usuario esta deviación, lo que puede alertar posteriormente al usuario de la desviación para propósitos de solución de problemas.

Después de completarse la etapa de perfusión, el controlador 50 puede estar configurado para iniciar etapas de lavado adicionales usando, por ejemplo, agua o solución salina, para aclarar los reactivos líquidos residuales del pulmón 5 o el conducto de perfusión antes de avanzar a la siguiente etapa. En este caso, el controlador 50 puede emitir una señal al colector 14 de válvula de la sección 10 de llenado de cámara para abrir la válvula y permitir el flujo desde una cámara 11 de reactivo configurada para contener un fluido de lavado. El controlador 50 puede controlar entonces la bomba 13 de reactivo y la bomba 21 de perfusión para impulsar el flujo del fluido de lavado a través del sistema.

Durante un procedimiento de descontaminación de desechos, el controlador 50 emite una señal para abrir las válvulas 33 de drenaje para permitir el flujo de fluido de desecho desde la cámara 15 principal hasta la cámara 35 de desechos. Simultáneamente, el controlador 50 emite una señal a la bomba 36 de descontaminación para dirigir el flujo del fluido de desecho desde la cámara 15 principal hasta la cámara 35 de desechos. Tal como se describió anteriormente y se muestra en la figura 1, la bomba 36 de descontaminación también puede estar configurada para dirigir el flujo de fluido de descontaminación desde la cámara 34 de fluido de descontaminación hasta la cámara 35 de desechos. El controlador 50 puede emitir entonces una señal a la bomba 36 de descontaminación para dirigir el flujo tanto del fluido de desecho como del fluido de descontaminación a través de la tubería 40 de modo que los dos fluidos se mezclan en las proporciones adecuadas. Alternativamente, si se usan dos bombas independientes para dirigir el flujo del fluido de desecho y el fluido de descontaminación, respectivamente, el controlador 50 puede emitir una señal a cada una de las bombas para dirigir el flujo del fluido respectivo a una velocidad que asegurará un mezclado adecuado de los dos fluidos. Tal como se describió anteriormente de manera similar, el controlador 50 puede emitir una señal a la bomba 36 de descontaminación para bombear el fluido de desecho y/o el fluido de descontaminación que fluye a través de la tubería 40 a una presión constante o una velocidad de flujo constante.

A medida que avanza el procedimiento de descontaminación de desechos, el controlador 50 monitoriza de manera continua el volumen de fluido de desecho drenado desde la cámara 15 principal recibiendo una entrada del peso detectado mediante el sensor 60 de peso. Una vez que se ha drenado el volumen requerido de fluido de desecho desde la cámara 15 principal, tal como se define mediante el protocolo, el controlador 50 emite una señal a las válvulas 33 para cerrarlas. Una vez que se ha mezclado y sedimentado la mezcla de fluido de desecho y fluido de descontaminación en la cámara 35 de desechos durante la cantidad requerida de tiempo para asegurar una descontaminación adecuada, el controlador 50 emite entonces una señal a la bomba 38 de drenaje para impulsar el flujo del fluido contenido en la cámara 35 de desechos en el interior del drenaje 37 para la eliminación. Alternativamente, tal como se describió anteriormente, el controlador 50 puede estar configurado para emitir una señal para abrir una válvula ubicada en la parte inferior de la cámara de desechos de modo que el fluido contenido en la cámara 35 de desechos se drena por gravedad.

Tal como se mencionó anteriormente, y tal como se muestra en la figura 2, el controlador 50 se comunica con una interfaz 70 de usuario. La interfaz 70 de usuario permite a un usuario escribir de manera remota un protocolo de descelularización para cargar en el sistema de control, y luego configurar y gestionar el protocolo automatizado por el sistema 100 de biorreactor automatizado. Una realización de la pantalla principal de la interfaz 70 de usuario se muestra en la figura 3 y se describe con más detalle a continuación.

La interfaz 70 de usuario permite al usuario definir una serie de etapas (una “receta”) que contiene la información de funcionamiento para las funciones de las bombas y las válvulas. La receta definida por el usuario sirve para guiar el controlador 50 en cuanto a los componentes adecuados para controlar a un tiempo dado durante la ejecución del protocolo completo. El usuario puede escribir la serie de etapas usando cualquier programa basado en texto adecuado (de manera remota o dentro de la interfaz 70 de usuario), que puede cargarse entonces en el sistema de control para la ejecución. Además, la serie de etapas definidas por el usuario pueden almacenarse en el sistema de control para la recuperación y ejecución posterior, permitiendo de ese modo una selección y ejecución sencilla de protocolos y configuraciones usados habitualmente.

Antes de comenzar el procedimiento de descelularización automático, la interfaz 70 de usuario permite al usuario establecer los ajustes del sistema del biorreactor dado que está usándose para el protocolo de descelularización bajo un comando 89 de ajustes de sistema, que puede abrir una ventana independiente de la interfaz 70 de usuario para permitir al usuario establecer ajustes para el sistema de biorreactor. En este caso, las entradas de presión, salidas digitales para el bastidor de solenoides, y la tarea de la bomba puede estar configuradas en este caso para asegurar que los datos se leen de manera adecuada desde los dispositivos. Una vez que el usuario ha seleccionado los ajustes de sistema deseados, el usuario puede comenzar entonces la ejecución del protocolo seleccionado mediante el sistema 100 de biorreactor automatizado a través de la interfaz 70 de usuario a través de un comando de inicio. También puede incluirse un comando 90 de reinicio de hardware para iniciar el hardware antes de comenzar una nueva receta.

Durante la ejecución del procedimiento de descelularización automático, la interfaz 70 de usuario permite al usuario monitorizar y gestionar de manera remota la ejecución del protocolo. Por ejemplo, en la sección A de la pantalla principal de la interfaz 70 de usuario tal como se muestra en la figura 3, el usuario puede comenzar, detener o pausar la ejecución del protocolo a medida que avanza usando los botones 71 de comando. Mientras que pausa la ejecución usando el botón 71 de comando detiene de manera temporal todas las bombas, el usuario todavía puede encender las bombas usando los parámetros de anulación contenidos en la sección E, lo que se describe con más detalle a continuación. Además, los botones 71 de comando pueden incluir además un comando de omisión, que permite al usuario omitir una etapa actual en el protocolo y avanzar a una etapa posterior.

La interfaz 70 de usuario también puede proporcionar al usuario información en tiempo real sobre el estado del biorreactor a medida que se ejecuta el protocolo. Por ejemplo, tal como se muestra en la figura 3 en la sección C, la interfaz 70 de usuario puede permitir al usuario ver el tiempo restante en la ejecución de la etapa actual y/o el protocolo total en los indicadores 73. La interfaz 70 de usuario también puede proporcionar una lista de visualización de todas las etapas del protocolo en una pestaña 72 e indica la etapa actual que está ejecutándose por el sistema en un indicador 74. Además, la interfaz 70 de usuario puede permitir al usuario monitorizar la entrada recibida por el controlador 50 desde los diversos sensores presentes en el sistema. Por ejemplo, la interfaz 70 de usuario puede estar configurada para visualizar un gráfico 75 en forma de onda que muestra la presión tal como se detecta mediante el sensor 25 de presión a lo largo del tiempo en la sección D de la pantalla principal mostrada en la figura 3. El usuario puede manipular aspectos del gráfico en forma de onda con herramientas de manipulación gráfica adecuadas (por ejemplo, zoom, escale, arrastrar, etc.). En realidad, los valores medidos de la presión y la velocidad de flujo determinados mediante el controlador 50 basándose en la entrada de presión detectada recibida desde el sensor 25 de presión también pueden visualizarse a través de una table 76. Además, parar sistemas que utilizan múltiples sensores de presión, puede proporcionarse un botón 87 de alternancia de modo que el usuario pueda cambiar y/o añadir información en tiempo real sobres las presiones detectadas por cada uno de los sensores de presión. De manera similar, el volumen de reactivo en fase líquida contenido en la cámara 15 principal tal como se determina mediante el controlador 50 también puede visualizarse en tiempo real a través de un indicador 77 en la sección D. El usuario puede poner a cero y/o calibrar cualquier sensor de presión utilizando un comando 88 de recalibrado. Sin embargo, preferiblemente el comando 88 de recalibrado está sólo activo antes de que comience la receta y se vuelve inactivo mientras está activo un protocolo de descelularización automatizado.

Además, la interfaz 70 de usuario también puede estar configurada para informar al usuario de los estados de funcionamiento actuales de las válvulas y las bombas. Por ejemplo, la interfaz 70 de usuario puede indicar al usuario del estado de funcionamiento actual de una bomba dada (por ejemplo, estado inactivo, de pruebas, de alarma) en una pestaña 78. En esta pestaña, pueden visualizarse los errores para las entradas de presión, las bombas y los solenoides. También pueden visualizarse valores de depuración a escala, lo que incluye mediciones para la visualización de volumen y se usan para calcular los volúmenes para las etapas de llenado.

El estado principal del sistema (por ejemplo, estado de marcha lenta, de pruebas/ejecución, de alarma) puede indicarse al usuario a través de un indicador 79 en la sección C de la pantalla principal de la interfaz 70 de usuario. Tal como se describió anteriormente, el controlador 50 puede estar configurado para detectar si la presión detectada de una velocidad de flujo impulsada por una bomba dada en más de un umbral predeterminado. Si se produce tal desviación, el controlador 50 puede comunicar entonces este estado la interfaz 70 de usuario, que puede estar configurada para alertar al usuario del estado de alarma de la bomba (por ejemplo, cambios del indicador 79 de verde a amarillo cunado la lectura de presión se desvía un 15 % del punto de consigna de presión de al menos una bomba, luego de amarillo a rojo cuando la lectura de presión se desvía en más de un 30 % del punto de consigna de presión de al menos una bomba).

Para permitir la solución de problemas, la interfaz 70 de usuario puede contener parámetros de anulación en la sección E de la pantalla principal tal como se muestra en la figura 3. En esta sección, el usuario puede alterar los ajustes de la bomba y el estado de las válvulas durante la ejecución del protocolo para desviarse del protocolo cargado. Por ejemplo, los ajustes de las bombas pueden anularse a través de una sección 82 de control de bombas. Mediante el uso de la sección 82 de control de bombas, el usuario puede encender o apagar una bomba, cambiar el modo de funcionamiento de la bomba (por ejemplo, de velocidad de flujo constante a presión constante), cambiar el sentido de funcionamiento de la bomba (por ejemplo, de horario a antihorario), y/o cambiar el punto de consigna de velocidad de flujo y/o presión. De manera similar, los ajustes de las válvulas también pueden cambiarse en una sección 83 de control de válvulas, en la que el usuario puede abrir o cerrar una válvula específica en el sistema. Los ajustes del fluido también pueden cambiarse manualmente a través de una sección 84 de control de fluido. Tal como se muestra en la figura 3, el usuario puede seleccionar un fluido de un banco de menús desplegables, que corresponde al flujo de fluido controlado por las válvulas mostradas en la sección 83 de control de válvulas. Alternativamente, el usuario puede elegir insertar manualmente un fluido específico no contenido en el menú desplegable y, por tanto, puede utilizar un comando 85 de ajustes de fluido para actualizar el sistema. Una vez que se actualizan las selecciones, la información de densidad puede pasarse entonces al sistema de control para el cálculo del volumen de visualización y el volumen de llenado objetivo de la cámara 15 principal. También puede incluirse un comando de ajustes de recipiente para permitir al usuario introducir información sobre el propio biorreactor. Por tanto, la interfaz 70 de usuario permite la monitorización y gestión continua del procedimiento de descelularización automático para permitir un control más eficaz y eficiente del protocolo global.

La interfaz 70 de usuario también puede incluir un comando 81 de ajustes de notificación que permite al usuario recibir de manera remota notificaciones sobre el sistema a medida que se ejecuta el protocolo. Este comando 81 de ajustes puede permitir una notificación automática, en forma de, por ejemplo, correo electrónico, de cualquier cambio en una etapa dada por el sistema de control y actualizaciones periódicas sobre el estado del sistema en su conjunto. Además, la interfaz 70 de usuario puede permitir la inserción de comentarios con marca de tiempo a los registros de datos a través de un comando 86 de comentarios, que se guarda en el sistema para su posterior visualización. Esto puede permitir al usuario notificar cambios específicos hechos en el protocolo con propósitos de análisis, tales como insertar notas de indicación sobre etapas tomadas durante la configuración que podrían corresponder a anomalías en el registro de datos, por ejemplo, ajustando un sensor de presión.

La interfaz 70 de usuario también puede permitir la monitorización y gestión de la ejecución de una pluralidad de protocolos, ejecutándose cada uno dentro de un biorreactor independiente, tal como el mostrado en la figura 1. En este caso, el controlador 50 actúa como un sistema de control y central controla los componentes de cada uno de los biorreactores según cada una de la serie de etapas definidas por el usuario. La interfaz 70 de usuario puede permitir al usuario alternar entre protocolos ejecutados para monitorizar y gestionar cada protocolo independiente simultáneamente. Al permitir un sistema centralizado de este tipo, pueden realizarse varios protocolos de descelularización simultáneamente, aumentando de ese modo la eficiencia del procedimiento completo.

Protocolo a modo de ejemplo para la preparación de tejido pulmonar que va a descelularizarse mediante un sistema de biorreactor

Se prepara una zona de trabajo limpio en una cámara de seguridad biológica (BSC). Todas las etapas del procedimiento de preparación se realizan usando una buena técnica aséptica para minimizar la introducción de contaminantes microbianos ambientales. Se usan mangas y guantes estériles y guantes de recambio según sea necesario.

Las vísceras rojas (es decir, el circuito corazón-pulmón) se desempaqueta del recipiente de envío y se examina de manera critica para determinar traumatismos en la vasculatura, vías respiratorias, pleura y parénquima. Las vísceras rojas pueden diseccionarse entonces adecuadamente en condiciones estériles. Puede esterilizarse el envase. Se inserta la cánula de la arteria pulmonar en la arteria pulmonar y se fija, y se diseccionan las vísceras rojas de modo que se retira el miocardio. Puede recortarse cualquier tejido cardiaco restante. Luego puede someterse a perfusión el pulmón a través de las venas pulmonares con solución salina heparinizada para la anticoagulación durante la perfusión posterior en el sistema de biorreactor. Luego se pesa el pulmón preparado y se transfiere a una zona de campana de flujo laminar para cargarla en la cámara principal cuando se requiera.

Configuración a modo de ejemplo del biorreactor en la campana de flujo laminar

Con el ventilador de la campana de flujo laminar encendida, se pulveriza la campana de flujo laminar con la disolución de limpieza adecuada. La cámara principal esterilizada en autoclave se lleva cerca de la campana de flujo laminar, y se desenvuelve la capa exterior de la envoltura del autoclave. La cámara principal se desliza en el interior de la campana mediante una rampa. Con mangas y guantes quirúrgicos, se desenvuelve la capa interior de la envoltura del autoclave en la cámara principal y se retira de la campana. Se retiran los espaciadores entre el vidrio del biorreactor y la base. Una vez que se retiran todos los espaciadores, se verifica que el vidrio esté asentado sobre la junta inferior con un margen uniforme alrededor de la base.

Se retira la envoltura del autoclave que cubre el vidrio. Una persona fuera de la campana de flujo laminar retira la capa exterior del anillo superior y la introduce en la campana usando guantes estériles. Se coloca una talla estéril en el interior de la campana. Luego, se fija el anillo superior a los distanciadores metálicos mediante pernos y herramientas.

Se lleva la tapa de la cámara principal a la campana de flujo laminar. Se coloca la tapa encima de la cámara principal y los elementos de fijación unen la tapa al anillo superior. Ahora que la cámara principal está cerrada al entorno, todos los puertos de la tapa y la base están apretados. Con el dispositivo Biowelder, se suelda la línea del conducto de reactivo al conjunto de tuberías de reactivo. Se suelda el conjunto a una cámara de reactivo. Mediante el uso una bomba peristáltica se llena la cámara principal.

Después de llenar hasta el nivel del drenaje del tubo, se detiene la bomba de reactivo. El conducto de perfusión está soldado desde la base hasta un extremo del amortiguador de impulsos. El otro lado del amortiguador de impulsos está soldado al conducto de perfusión en la parte superior del biorreactor, completando el circuito de perfusión. Se comienza la perfusión perfundiendo la disolución a través del conducto de perfusión y se elimina el aire de las líneas usando una jeringa estéril. Se llena la cámara principal hasta aproximadamente 20 l.

Protocolo a modo de ejemplo para la instalación aséptica del pulmón en la campana de flujo laminar Se hace funcionar lentamente la bomba de perfusión (25 ml/min) y se purga todo el aire en el conducto de perfusión. Se lleva el órgano (pulmón) a la campana de flujo laminar en una bandeja estéril entallada. Se aflojan las manivelas de la tapa de la cámara principal. Con guantes estériles, se traslada el pulmón a la cámara principal y se realiza(n) la(s) conexión/conexiones.

Se evalúa el conducto de perfusión para detectar cualquier burbuja de aire. Mediante el uso de la bomba de reactivo, se bombea la disolución hacia atrás en el interior de la cámara de reactivo con 1x PBS hasta que la cámara principal tenga aproximadamente 20 l. Se sella el conducto de reactivo y se desconecta de la cámara de reactivo con 1x<p>B<s>. Luego se retira la cámara principal de la campana de flujo laminar y se transfiere a la estación de descelularización. Se desinfecta la campana de flujo laminar después de la instalación del pulmón con el desinfectante adecuado. Protocolo de descelularización automatizado de pulmón a modo de ejemplo

Una vez que la cámara principal se coloca encima de la balanza, se usa el dispositivo Biowelder para soldar las siguientes líneas y completar el circuito de fluido del biorreactor: (1) conducto de reactivo; (2) conducto de drenaje; (3) conexiones de la cámara de reactivo al colector de válvulas.

Luego se comienza la perfusión manualmente a una velocidad baja. Se llenan manualmente aproximadamente 1-2 l de PBS en la cámara principal a una velocidad de 1000 ml/min.

Se coloca el sensor de presión de perfusión fuera de la cámara a una altura de 40 l, coincidiendo con la altura a la que flotará el pulmón durante la mayor parte del experimento. Se pone a cero el sensor de presión de perfusión presionando el botón “Recalibrate”, luego se pone a cero el transductor de presión 1 (o cualquier transductor que controle la bomba de perfusión, especificado en la receta).

Se comienza el experimento presionando el botón “Start”, siguiendo las indicaciones para el archivo de receta adecuado, la ubicación para guardar los datos y los ajustes de la disolución/cámara.

Un ejemplo de procedimiento de descelularización automatizado al que podría estar expuesto un conjunto de pulmones es el siguiente: (1) perfundir PBS a 30 mmHg durante 2 horas una vez se comienza la receta, drenar 20 l de la cámara principal; (2) realizar cinco ciclos de llenado, perfusión y drenaje de la cámara a lo largo de cinco días con SDS al 0,5 %; (3) realizar un ciclo de llenado y drenaje de la cámara y un día de exposición a DiH<2>O; (4) realizar un ciclo de llenado, perfusión y drenaje de la cámara a lo largo de un día con Triton-X al 0,5 %; y (5) realizar cinco ciclos de llenado, perfusión y drenaje de la cámara a lo largo de cinco días con PBS de las etapas de lavado finales. Para este procedimiento es importante la monitorización frecuente del estado del tejido y la función del biorreactor; puede requerirse intervención manual para drenar los desechos de rebosamiento dependiendo de la eficiencia de la perfusión del tejido. Puede realizarse un muestreo de los fluidos de la cámara durante el procedimiento para realizar pruebas o análisis de esterilidad. Estas muestras se toman a través del puerto para hisopos en la parte superior de la cámara principal.

Almacenamiento a modo de ejemplo del tejido descelularizado

Al final del experimento, se almacenará el tejido descelularizado, se tomarán muestras y se fijará con formalina, o ambas cosas.

Se detiene el experimento en la interfaz del software presionando el botón “Stop”. Se drena la cámara principal manualmente (drene primero los residuos, si es necesario) hasta que no quede líquido en la cámara principal. Mediante el uso de una herramienta para Clipster o una herramienta de sellado térmico, se cierran todas las conexiones desde la cámara principal hasta la tubería periférica.

Antes de colocar la cámara principal en la campana de flujo laminar, se desinfecta el exterior de la cámara principal. Se carga la cámara principal en la campana de flujo laminar y luego en la bandeja/talla estéril. Se quita la tapa. Mediante el uso de guantes estériles, se desconecta el pulmón del conducto de perfusión y se introduce en la bandeja. Se retira la bandeja de la campana de flujo laminar y se lleva a una cámara de bioseguridad para su almacenamiento o muestreo. Se retira la cámara principal de la campana de flujo laminar y se desinfecta la unidad según el protocolo.

Protocolo a modo de ejemplo para la limpieza de la cámara y la estación

Todas las tuberías y accesorios aguas abajo de la cámara (conducto de drenaje, desechos) deben eliminarse en un recipiente de desechos con riesgo biológico. Las tuberías del conducto de perfusión también deben eliminarse de esta manera; sin embargo, pueden limpiarse y guardarse los sensores de presión.

Debido al recubrimiento de la cámara principal y la relativa fragilidad de sus componentes, las piezas de la cámara principal deben lavarse a mano con un detergente suave. Se dejan secar las piezas limpias de la cámara principal. Se quita la cámara de residuos de su tubería externa, se elimina esta tubería como desecho con riesgo biológico. Las propias garrafas pueden lavarse en el lavador de piezas. Debe lavarse a mano el tapón/tubo de inmersión de las garrafas de drenaje de desechos. Los contenedores de protección contra sobrellenado que albergan las garrafas de drenaje de desechos pueden lavarse a mano si hubo un derrame durante el experimento de descelularización. No es necesario lavar las garrafas con lejía, simplemente volver a llenarlas con lejía cuando sea necesario. El circuito de tuberías de la línea de lejía debe reemplazarse en cada descelularización para evitar el agrietamiento de los accesorios que están expuestos a la lejía.

El líquido residual del amortiguador de impulsos debe descontaminarse con lejía y verterse por el drenaje. Puede desmontarse y lavarse el propio amortiguador de impulsos. Puede lavarse a mano el agitador o en la cesta del lavador de piezas.

Funcionamiento a modo de ejemplo del programa del biorreactor

Se abre el programa del biorreactor desde el escritorio del ordenador y se actualizan los ajustes del sistema si se ha producido un cambio de hardware o software. En System Settings, deben establecerse las siguientes cuatro propiedades para un procedimiento de descelularización normal a fin de garantizar que los datos se lean correctamente desde los dispositivos: (1) dispositivo de entrada analógica (entradas de presión); (2) dispositivo DigOut (solenoides); (3) tarea de salida analógica (control de bomba); y (4) puerto COM de báscula (conexión de puerto de báscula). También se establecen los límites de velocidad de flujo, que determinan la velocidad de flujo mínima y máxima en la línea de perfusión cuando la bomba de perfusión está controlada por presión. La ID del PC se usa como identificador en el que se guardan los parámetros del sistema. Por ejemplo, cuando la ID del PC se establece en el “biorreactor 1”, todos los ajustes asociados se guardan en esta ID. La ID del PC (y los ajustes del sistema asociados) que se usó por última vez en la ejecución del programa aparecerá por defecto en ejecuciones posteriores del programa. Los parámetros de PID tienen por defecto un valor de 0,1 para Kp, Ki y Kd. La mediana de rango de filtro es un filtro que promedia los puntos de datos leídos del sensor de presión para minimizar el ruido. Cuanto mayor sea el valor especificado, mayor será el efecto de filtro observado. Por defecto tiene un valor de 2, pero puede modificarse para reducir el ruido en el gráfico de presión. Se ha hallado que un valor de 25 es adecuado para el procedimiento de descelularización automatizado.

El botón “Email Settings” abrirá la pantalla de Email Configuration. Los ajustes del correo electrónico pueden cambiarse en cualquier momento. Se marca una casilla para recibir mensajes de correo electrónico, que incluyen notificaciones de cambios de estado del sistema y correos electrónicos de estado de pruebas periódicas. Se introduce el intervalo en el que se recibirán los correos electrónicos. Por ejemplo, al especificar un intervalo de 01:00:00 se enviarán correos electrónicos periódicos cada hora. Se envían correos electrónicos periódicos como verificación del estado actual del sistema, etapas, bombas y válvulas de solenoide. Adicionalmente, se enviarán correos electrónicos de cambio de estado del sistema cada vez que cambie el estado del sistema, ya sea mediante funcionamiento automático o manual. Después de introducir toda la información de manera adecuada, se envía un correo electrónico de prueba haciendo clic en el botón “Test”. Si los ajustes son satisfactorios y se ha recibido el correo electrónico de prueba, se presiona el botón “Save and Exit” para guardar los cambios y volver a la pantalla principal.

Al hacer clic en el botón “Start”, aparece una casilla de Select Recipe. El archivo de texto de receta más reciente se abre haciendo clic en el botón “Open .XLS File”. Los archivos de recetas generalmente se encuentran en una carpeta del escritorio. Se revisa la receta para garantizar que se seleccionó el archivo adecuado y se hace clic en el botón “Continue”, que solicita al usuario que introduzca información de registro de datos. Se elige una carpeta en la que guardar los datos. La carpeta elegida debe reflejar la estación del biorreactor usada (4A, 4C, 5A, 5C). Se selecciona la frecuencia de guardado del punto de datos (60 segundos). Se selecciona el botón “Continue” una vez que se han introducido todos los ajustes para iniciar el procedimiento.

Al seleccionar la receta, se le pedirá al usuario que valide que los ajustes del fluido y del recipiente son adecuados. Después de seleccionar la receta, se le solicitará al usuario una última vez antes de iniciar el procedimiento de descelularización automatizado. Una vez iniciada, la receta puede pausarse haciendo clic en el botón “Pause” en el panel frontal. Es posible que un usuario necesite pausar la ejecución de la receta para resolver problemas. En un estado de pausa, el programa mostrará un botón “Resume” parpadeante, que solicita al usuario que continúe la ejecución después de la resolución manual de los problemas. En un estado de pausa, un usuario puede alternar válvulas, encender y apagar bombas y ajustar los ajustes de las bombas. Aunque las bombas pueden estar funcionando durante un estado de pausa, el color de fondo permanecerá gris, lo que indica un estado inactivo. Los datos continúan registrándose incluso en un estado de pausa. La receta se reanuda en la misma etapa y con el mismo tiempo de etapa restante en el que se detuvo. Si se cambió cualquier ajuste de la bomba durante la pausa, estos cambios persistirán al reanudar la etapa. Las bombas y las válvulas de solenoide pueden configurarse manualmente mientras se ejecuta la receta. Es posible que un usuario necesite ajustar manualmente estos ajustes para resolver problemas, tales como cambiar la bomba de perfusión a presión constante en lugar de flujo constante.

Los ajustes de anulación persistirán durante el resto de la etapa, así como también durante una acción de pausa y reanudación.

Una vez que la receta haya completado la etapa final, el estado principal mostrará “Test Completed”. Los datos se registran en un archivo al que puede accederse a través de Microsoft Excel. Se almacenan los datos de presión frente a marca de tiempo durante la duración de la ejecución.

Aunque lo anterior se refiere a realizaciones preferidas particulares, se entenderá que la presente invención no está limitada a las mismas. A los expertos habituales en la técnica se les ocurrirá que pueden realizarse diversas modificaciones a las realizaciones divulgadas dentro del alcance de la presente invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

A menos que se especifique lo contrario, “un/uno” o “una” significa “uno o más.”

Claims

REIVINDICACIONES

Sistema (100) de biorreactor automatizado para la descelularización de un órgano, que comprende: una cámara (15) principal configurada para contener el órgano, teniendo la cámara principal al menos una entrada (14) de reactivo, al menos una salida (23) de reactivo, al menos una entrada (24) de perfusión separada de la entrada de reactivo, y dos salidas (31, 32) de desechos;

al menos una cámara (11) de reactivo configurada para mantener un reactivo en fase líquida;

al menos un conducto de reactivo configurado para suministrar el reactivo en fase líquida desde la al menos una cámara de reactivo a la cámara principal a través de la al menos una entrada de reactivo;

al menos un conducto de perfusión configurado para suministrar el reactivo en fase líquida desde la al menos una salida de reactivo en el interior del órgano contenido en la cámara principal a través de la al menos una entrada de perfusión;

al menos una bomba (21) de perfusión configurada para impulsar el flujo del reactivo en fase líquida a través del al menos un conducto de perfusión;

al menos un sensor (25) de presión de perfusión configurado para detectar una presión del reactivo en fase líquida que fluye a través del al menos un conducto de perfusión;

al menos un conducto (40) de drenaje configurado para suministrar fluido de desecho desde la cámara principal hasta un drenaje (37); y

un sistema (50) de control configurado para:

recibir una entrada representativa de una presión deseada del reactivo en fase líquida que fluye a través del al menos un conducto de perfusión;

recibir una entrada de la presión detectada mediante el al menos un sensor de presión de perfusión; y emitir una señal para controlar la al menos una bomba de perfusión para impulsar el flujo del reactivo en fase líquida basándose en la entrada recibida representativa de la presión deseada y la entrada recibida de la presión detectada.

Sistema de biorreactor automatizado según la reivindicación 1, que comprende además:

al menos una válvula de reactivo configurada para controlar el flujo del reactivo en fase líquida a través del al menos un conducto de reactivo;

al menos una bomba (13) de reactivo configurada para impulsar el flujo del reactivo en fase líquida a través del al menos un conducto de reactivo;

un sensor (60) de peso configurado para detectar el peso contenido en la cámara principal,

en el que el sistema de control está configurado adicionalmente para:

recibir una entrada del peso detectado mediante el sensor de peso; y

emitir una señal para controlar la al menos una válvula de reactivo basándose en el peso detectado.

Sistema de biorreactor automatizado según la reivindicación 2, en el que el sistema de control está configurado para calcular el volumen del reactivo en fase líquida contenido en la cámara principal basándose en el peso detectado y la densidad del reactivo en fase líquida.

Sistema de biorreactor automatizado según la reivindicación 1,

en el que la entrada representativa de la presión deseada es al menos una de una presión y/o una velocidad de flujo,

o

en el que el al menos un sensor de presión de perfusión está configurado para detectar la presión en la al menos una entrada (24) de perfusión.

Sistema de biorreactor automatizado según la reivindicación 1,

que comprende además:

al menos una válvula de reactivo configurada para controlar el flujo del reactivo en fase líquida a través del al menos un conducto de reactivo,

en el que el conducto de reactivo es flexible y la al menos una válvula de reactivo es una válvula de pinza que aplica una fuerza al conducto de reactivo flexible para impedir el flujo del reactivo en fase líquida, o

que comprende además:

al menos un sensor de temperatura configurado para detectar la temperatura dentro de la cámara principal; y

al menos un sistema de control de temperatura configurado para ajustar la temperatura dentro de la cámara principal,

en el que el sistema de control está configurado además para:

recibir una entrada de la temperatura detectada mediante el al menos un sensor de temperatura; y emitir una señal para controlar el sistema de control de temperatura para ajustar la temperatura en la cámara principal.

Sistema de biorreactor automatizado según la reivindicación 1, en el que el al menos un conducto (40) de perfusión está en forma de tubería configurada para extenderse a través de la entrada de perfusión en el interior de una arteria pulmonar de un pulmón (5) contenido en la cámara principal.

Sistema de biorreactor automatizado según la reivindicación 1, en el que el sistema comprende además al menos una válvula de reactivo configurada para controlar el flujo del reactivo en fase líquida a través del al menos un conducto de reactivo, y en el que el sistema de control está configurado además para: recibir un protocolo con etapas para la perfusión del órgano;

controlar la al menos una válvula de reactivo y la al menos una bomba de perfusión para realizar automáticamente todas las etapas del protocolo para descelularizar el órgano; y

recibir una entrada de un usuario para permitir al usuario anular una etapa del protocolo y para ajustar un ajuste de al menos una de la al menos una válvula de perfusión y/o la al menos una bomba de perfusión. Sistema de biorreactor automatizado según la reivindicación 1, en el que el sistema comprende además al menos una válvula de reactivo configurada para controlar el flujo del reactivo en fase líquida a través del al menos un conducto de reactivo, y en el que el sistema de control está configurado además para: recibir un protocolo con etapas para la perfusión del órgano;

controlar la al menos una válvula de reactivo y la al menos una bomba de perfusión para realizar automáticamente todas las etapas del protocolo para descelularizar el órgano; y

almacenar el protocolo y recuperar el protocolo tras una petición de un usuario.