Vorrichtung und Verfahren zur Blutpräparation
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Probenpräparation, insbesondere eine Vorrichtung zur Handhabung und Behandlung von Blutproben, wie z. B. zum Trennen von Blutproben durch Zentrifugation und zur Modifizierung von Blutproben durch Zusatzstoffe zur Vorbereitung einer Kryokonservierung der Blutproben, und Verfahren zur Blutpräparation, insbesondere zur Vorbereitung von Blutproben für die Kryokonservierung.
Es ist bekannt, zur Kryokonservierung von Blutproben zunächst aus einer Blutspende eine Blutkonserve für den einfrierfertigen Zustand zu präparieren. Die Präparation umfasst insbesondere erstens eine Auftrennung der Blutspende in eine Erythro- zytensuspension, die kryokonserviert werden soll, und Restbestandteile und zweitens den Zusatz eines Kryoadditives zur E- rythrozytensuspension. Bei herkömmlichen Verfahren erfolgt die Handhabung der Blutproben unter Verwendung von flexiblen Blutbeuteln, wie es schematisch in Figur 7 illustriert ist. Eine Blutspende wird in einem ersten Blutbeutel V bereitgestellt und zentrifugiert . Nach dem Zentrifugieren ist die Blutspende in das Sediment und den Überstand (Plasma) getrennt. Der Überstand wird ggf. in einen Abfallbehälter 4' abgezogen. Die E- rythrozytensuspension wird in einen weiteren Blutbeutel 2 ' umgefüllt, dem zur Bereitstellung der einfrierfertigen Konserve ein Kryoadditiv zugesetzt wird. Die illustrierte Verwendung von Blutbeuteln, die bspw. in DE 298 05 538 und WO 00/38762 beschrieben wird, besitzt die folgenden Nachteile.
Ein Hauptproblem betrifft die Handhabung der Blutbeutel. Da die Blutbeutel keine feste Form besitzen, muss insbesondere zur Erhaltung der Phasengrenze nach der Zentrifugation ein schonender Umgang mit den Blutbeuteln vorgesehen sein. Bei den genannten herkömmlichen Systemen sind zwar Vorrichtungen zur
Halterung und zum Transport der Blutbeutel vorgesehen. Diese Vorrichtungen sind jedoch nur sehr eingeschränkt automatisierbar. Es müssen eine manuelle Beschickung der Vorrichtungen und eine laufende Überwachung des Betriebes erfolgen. Des Weiteren sind die Blutbeutel bei den herkömmlichen Vorrichtungen über flexible Schläuche miteinander verbunden. Zur Trennung von E- rythrozytensuspension und Überstand muss die Phasengrenze am Blutbeutel oder am Schlauch detektiert werden. Wegen der Flexibilität der jeweiligen Behältnisse besteht das Risiko einer Fehldetektion und damit einer Fehlfunktion bei der Präparation.
Weitere Nachteile ergeben sich aus Sterilitätsproblemen beim Umgang mit den Blutbeuteln. Die Schlauchverbindungen müssen steril an die Blutbeutel angeschlossen und nach dem jeweiligen Verfahrensschritt abgetrennt und verschweißt werden. Bei jedem Präparationsschritt müssen aufwendige Vorkehrungen zur Erhaltung der Sterilität und Pyrogenfreiheit der Blutproben getroffen werden.
Die herkömmliche Blutbeutelpräparation ist auch wegen der Verwechslungsgefahr problematisch. Wenn während der Präparation ein Blutbeutel verwechselt wird oder eine Kreuzkontamination zwischen Blutbeuteln auftritt, so kann dies verheerende Folgen für den Empfänger der Blutspende haben. Zum Ausschluss der Verwechslungsgefahr müssen bei herkömmlichen Systemen aufwendige Sicherheitsmaßnahmen realisiert werden.
Ein weiterer Nachteil der in WO 00/38762 beschriebenen Technik besteht in deren spezifischen Zuschnitt auf die Stammzellen- präparation. Bei der Trennung von Stammzellen aus biologischen Flüssigkeitsproben ist lediglich ein sehr geringer. Stammzellengehalt aus den Proben abzutrennen. Dies ermöglicht den Ein-
satz spezieller Zentrifugationstechniken und eine geringere Empfindlichkeit in Bezug auf die Verwendung von Blutbeuteln.
In der modernen Medizin und im Katastrophenschutz besteht ein Interesse an vergrößerten Blutbanken mit einem breiten Spektrum verschiedenster Bluttypen. Zur Herstellung moderner Blutbanken ist eine Automatisierung der Konservenpräparation erforderlich. Wegen des Automatisierungsbedarfes ist die Anwendbarkeit herkömmlicher Präparationsvorrichtungen eingeschränkt.
Die illustrierten Probleme bei der Handhabung von Blutproben bestehen nicht nur bei der Vorbereitung von Konserven für die Kryokonservierung. Ein entsprechender Bedarf nach steriler, automatisierter und sicherer Probenhandhabung besteht auch bei der Bearbeitung von biologischen Zellsuspensionen für therapeutische Zwecke.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung zur Präparation suspendierter biologischer Proben bereitzustellen, mit der die Nachteile herkömmlichen Systeme überwunden werden und die insbesondere für eine automatisierbare und sichere Handhabung einer Vielzahl von Proben geeignet ist. Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere in der Schaffung eines verbesserten Systems zur Präparation von Kryokonserven, wie z. B. Blut-Kryokonserven. Die Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein neuartiges Verfahren zur Handhabung biologischer suspendierter Proben anzugeben, das insbesondere automatisierbar und sicher durchführbar ist.
Diese Aufgaben werden mit einer Präparationsvorrichtung, einer Präparationsstation und einem Verfahren mit den Merkmalen gemäß den Patentansprüchen 1, 10 und 13 gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Grundidee der Erfindung ist es, eine Präparationsvorrichtung bereitzustellen, die mindestens zwei Behältnisse zur Aufnahme der zu behandelnden Suspensionsproben aufweist, wobei die Behältnisse im Unterschied zu herkömmlichen Systemen durch relativ zueinander ortsfest positionierte Kammern mit festen Wänden gebildet werden. Die Kammern sind über einzeln betätigbare Leitungsverbindungen miteinander verbunden oder mit Anschlussstücken zur optionalen Ausbildung von Leitungsverbindungen zwischen den Kammern ausgestattet. Die erfindungsgemäße Präparationsvorrichtung ist gemäß einer ersten Ausführungsform durch einen integralen Aufbau gebildet, bei dem die Kammern in einem Kammerkörper geformt sind, an dessen einem Ende die Leitungsverbindungen ansetzbar oder einstellbar sind. Gemäß einer zweiten Ausführungsform umfasst die Präparationsvorrichtung ein Rahmengestell, in das die Kammern einzeln einsetzbar sind. Die Anschlussstücke der einzelnen Kammern sind sämtlich auf einer (z. B. unteren) Seite des Rahmengestells angeordnet. Je nach Bedarf werden die zunächst mit einem Septum verschlossenen Anschlussstücke geöffnet und über Leitungsverbindungen paarweise in Verbindung gebracht. Die Gestaltung mit einzelnen Kammern ist gemäß einer dritten Ausführungsform derart ausgebildet, dass das Rahmengestell mit einer Ventilplatte mit Leitungsverbindungen ausgestattet ist, über die die einzelnen Kammern paarweise verbunden werden können. Die Ausbildung der Präparationsvorrichtung als integraler Aufbau oder als Gestellaufbau mit mindestens zwei Kammern besitzt die Vorteile, dass die Präparationsvorrichtung im Rahmen eines automatisierten Verfahrensablaufes einen sicher greif- und manipulierbaren Gegenstand darstellt und dass die Probenhandhabung, insbesondere die unabhängige Vorbefüllung der Kammern, die Behandlung
von Proben in den Kammern und die Überführung der Proben zwischen den Kammern, vereinfacht wird. Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Präparationsvorrichtung zur Herstellung von Blutproben für die Kryokonservierung sind vorzugsweise mindestens drei Kammern vorgesehen.
Gemäß der genannten ersten Ausführungsform der Erfindung sind die Kammern vorzugsweise in Form von geraden Kreiszylindern in einem Kunststoffkörper gebildet, an dessen einem Ende eine Ventilplatte angebracht ist, die mindestens eine Leitungsverbindung zur Kopplung von jeweils zwei Kammern enthält. Der Aufbau mit einem integralen Kunststoffkörper besitzt den Vorteil, dass die Präparationsvorrichtung als Einwegprodukt herstellbar ist, so dass Sterilitäts- und Verwechslungsprobleme ausgeschlossen werden können. Als weiterer Vorteil ergibt sich eine hohe Stabilität der Präparationsvorrichtung insbesondere bei Zentrifugationsvorgängen.
Die genannten zweiten und dritten Ausführungsformen der Erfindung stellen jeweils einen modularen Aufbau dar. Die Kammern können als Einwegprodukte verwendet werden. Als zusätzlicher Vorteil ergibt sich beim Rahmenaufbau ein relativ geringes Gewicht .
Die Übertragung von Proben zwischen den Kammern erfolgt vorzugsweise durch einen hydrostatischen Druck, der als Gasdruck oder vorzugsweise mit Druckstempeln ausgeübt wird, die jeweils in den Kammern angeordnet sind. Alternativ ist es möglich, den Druck mit einem mechanisch betätigbaren Kolben zu übertragen (z. B. mit einem Pleuelgestänge). Die Kammern der erfindungsgemäßen Präparationsvorrichtung bilden bei dieser Gestaltung Kolben-Druckerzeuger, die sowohl zur Aufnahme der jeweiligen
Proben als auch zur Übertragung der Proben in benachbarte Kammern eingerichtet sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Gestaltung besteht die Präparationsvorrichtung, insbesondere die Kammern als Hauptkomponenten, zumindest teilweise aus einem transparenten Kunst- stoffmaterial. Bei Verwendung von nicht-transparentem Material besitzen die Kammern vorzugsweise mindestens ein transparentes Fenster zur optischen Detektion. Es wird eine zuverlässige und reproduzierbare optische Detektion von Probeneigenschaften, insbesondere der Lage der Phasengrenze nach einer Zentrifugation, ermöglicht.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Präparationsstation, die mit der erfindungsgemäßen Präparationsvorrichtung ausgestattet ist und des Weiteren eine Druckeinrichtung zur Probenübertragung zwischen den Kammern, eine Detektoreinrichtung zur Messung von Probeneigenschaften in den Kammern und eine Stelleinrichtung zur selektiven Kopplung von Kammern aufweist.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Präparation von Suspensionen, die biologisch relevante Komponenten, wie z. B. Zellen, Zellbestandteile oder Makromoleküle, enthalten, unter Verwendung der erfindungsgemäßen Präparationsvorrichtung. Das Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass alle Präparationsschritte mit der gesamten Präparationsvorrichtung durchgeführt werden, die verschiedene Kammern zur Aufnahme von Proben in verschiedenen Präparationsstadien enthält.
Die Erfindung besitzt die folgenden Vorteile für die Probenpräparation, insbesondere für die Herstellung von Blut- Kryokonserven. Der Präparationsprozess ist zur Erhöhung der
Produktivität bei der Konservenherstellung, d. h. zur Erzielung eines möglichst hohen Konservendurchsatzes, automatisierbar, wobei gleichzeitig die Herstellungsqualität gesteigert und unabhängig von der Handfertigkeit eines Bedieners aufrechterhalten wird. Eine erfindungsgemäß hergestellte Blutkonserve erfährt bereits durch die Verwendung der Präparationsvorrichtung eine Qualitätssteigerung, ohne dass die Präparation wesentlich verteuert wird.
Die erfindungsgemäße Präparationsvorrichtung ist während der Präparationsprozedur nach außen hin absolut abgeschlossen. Sie tritt lediglich einmalig jeweils beim Befüllen und beim Entleeren in Kontakt mit der Umgebung. Beispielsweise erfolgt die Vorbehandlung einer Konserve bis zum Erlangen des einfrierfertigen Zustandes absolut steril. Vorteilhafterweise wird das Öffnen, Verbinden und Verschließen von Beuteln und Verbindungsschläuchen entsprechend den herkömmlichen Systemen vermieden. Die Suspensionsprobe verlässt während der Präparationsschritte nicht die Präparationsvorrichtung. Eine Verwechslung z. B. von Blut verschiedener Spender oder eine Kontamination durch Fremdblut oder Mikroorganismen sind ausgeschlossen. Die Identität des Spenderblutes ist garantiert. Der Präparationsvorgang wird stark beschleunigt, da Arbeitsschritte, die bei herkömmlichen Systemen ggf. mehrfach notwendig sind, erfindungsgemäß vollständig entfallen können. Ein teilweiser o- der vollständiger Probenverlust oder eine Kontamination der Arbeitsumgebung einschließlich des Laborpersonals durch undichte Schlauchverbindungen werden bei der erfindungsgemäßen PräparationsVorrichtung ausgeschlossen.
Die erfindungsgemäße Präparationsvorrichtung bildet ein festes Behältnis, das im Vergleich mit herkömmlich verwendeten Blutbeuteln ein definiertes und reproduzierbares Greifen und Hand-
haben der Vorrichtung und der an dieser angebrachten Ventile und/oder Stutzen ermöglicht. Das Greifen oder Positionieren und Klemmen von Verbindungsschläuchen entfällt, wenn die mindestens eine Verbindungsleitung in die Präparationsvorrichtung integriert ist und somit ein reproduzierbares und mehrfaches Verbinden der einzelnen Kammern auf kürzestem Weg ermöglicht. Durch die kurzen Wege und die Wahl eines geeigneten Querschnittes der jeweiligen Verbindungsleitung lässt sich die Transferzeit zur Übertragung von Proben zwischen den Kammern optimieren. Der Aufbau der Vorrichtung ermöglicht ein definiertes Positionieren der mindestens einen Verbindungsleitung. Ein versehentliches Verbinden von aktuell nicht kooperierenden Kammern wird ausgeschlossen. Ein Deformieren oder Quetschen der Kammern wird erfindungsgemäß vermieden. Eine z. B. durch Zentrifugation eingestellte Phasentrennung von Probenbestandteilen kann durch einen GreifVorgang nicht verwischt werden.
Die feste und vorzugsweise symmetrische Anordnung der Kammern in einer erfindungsgemäßen Präparationsvorrichtung ermöglicht ein schnelles und definiertes Positionieren der jeweils interessierenden Kammer in einem Präparationssystem unabhängig vom Verfahrensschritt. Alle Sensoren und Aktoren sind automatisch korrekt positioniert. Es wird ein erhöhter, fehlerfreier Durchsatz erzielt. Beispielsweise lassen sich mit einer erfindungsgemäß Präparationsvorrichtung rund dreifach mehr Kryokon- serven pro Zeiteinheit präparieren. Die Präparationsvorrichtung ermöglicht eine freie Materialwahl und Dimensionierung der Außenform der Kammeranordnung. Vorteilhafterweise kann die Vorrichtung ohne Weiteres mit herkömmlichen Zentrifugierein- richtungen verwendet werden.
Durch die Herstellung der Präparationsvorrichtung aus kostengünstigen Kunststoffmaterialien können große Stückzahlen der
Vorrichtung in Spritzgieß- oder Extrusionstechniken hergestellt werden. Dies ist für die erfindungsgemäße Verwendung der fest bewandeten Kammern als Einwegprodukte von Vorteil.
Insbesondere bei der Präparation von Blutproben ergeben sich zusätzlich die folgenden Vorteile. Für Blutspendedienste entsteht bei Einsatz der erfindungsgemäßen Präparationsvorrichtung kein wesentlicher Zusatzaufwand. Es werden keine Mehrfachbeutelsysteme erforderlich. Die Präparationsvorrichtung kann direkt mit einem einfachen Spendebeutel (Einfachblutbeutel) gekoppelt werden. Der bei herkömmlichen Verfahren ggf. in den Abfall gelangende oder nur mit großem Aufwand gewinnbare Überstand (Plasma und „Buffy Coat") steht erfindungsgemäß bei Bedarf als zusätzliches Endprodukt zur Verfügung. Die Präparationsvorrichtung liefert auch Vorteile bei der nach der Präparation vorgesehenen Befüllung von Einfrierbeuteln. Ein befüll- ter Einfrierbeutel kann im angedockten Zustand an der Präparationsvorrichtung mit dieser einfach und steril entlüftet werden, in dem die jeweilige Kammer mit einem Unterdruck beaufschlagt wird.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Phantomansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Präparationsvorrichtung in teilweise auseinander gezogenem Zustand,
Figur 2 eine Illustration der Einbindung der Präparationsvorrichtung gemäß Figur 1 in eine Vorrichtung zur Herstellung von Blutkonserven,
Figur 3 eine vergrößerte Teilansicht eines Kammerendes der Präparationsvorrichtung gemäß Figur 1,
Figur 4 Illustration einer abgewandelten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Präparationsvorrichtung,
Figur 5 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäß verwendeten Einzelkammer,
Figur 6 eine schematische Schnittansicht einer weiteren
Ausführungsform einer zylinderförmigen Kammer der erfindungsgemäßen Präparationsvorrichtung, und
Figur 7 eine Illustration einer herkömmlichen Präparationstechnik (Stand der Technik) .
In Figur 1 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Präparationsvorrichtung 100 in schematischer Phantomansicht dargestellt. Die Präparationsvorrichtung 100 umfasst einen Kammerkörper 10, in dem drei Kammern zur Aufnahme von Suspensionsproben gebildet sind, eine Übertragungseinrichtung 20, bestehend aus einer Ventilplatte 21 und mindestens einer Verbindungsleitung 22, eine Stempeleinrichtung 30 mit mehreren Druckstempeln 31 bis 33 und eine Deckplatte 40, die den oberen Abschluss des Kammerkörpers 10 bildet. Der Kammerkörper 10 ist einstückig aus einem transparenten Kunststoffmaterial (z. B. PMMA, Cycloolefin-Copolymere, Polyamid, Polycarbonat, PCHP, Polyester oder Polysulfone) geformt. Er besitzt die äußere Form eines geraden Kreiszylinders mit einer ebenen Oberseite 11 und einer ebenen Unterseite 12. Im Inneren des Kammerkörpers 10 sind die drei zylinderförmigen Kammern 13, 14 und 15 zur Probenaufnahme gebildet. A oberen Ende des Kammerkörpers
10 münden die Kammern frei in die Oberseite 11. Am unteren Ende kann jede Kammer eine Verjüngung 16 mit einem Anschlussstutzen 17 besitzen, wie es vergrößert in Figur 3 illustriert ist. Alternativ ist ein ebener Kammerboden vorgesehen (siehe Fig. 6) . Der Anschlussstutzen 17 mündet jeweils in die Unterseite 12 des Kammerköpers 10.
Zur Anwendung bei der Präparation von Blutproben besitzt die Präparationsvorrichtung 100 bspw. einen Durchmesser von ca. 18 bis 20 cm, wobei die Höhe des Kammerkörpers 10 ca. 10 bis 12 cm beträgt und die Kammern 13 bis 15 jeweils einen Innendurchmesser von ca. 6 bis 8 cm besitzen. Eine Kammer besitzt vorzugsweise ein Volumen im Bereich von 400 ml bis 600 ml. Die Kammern 13 bis 15 sind vorzugsweise relativ zur Achse des Kammerkörpers 10 symmetrisch verteilt angeordnet.
Die Übertragungseinrichtung 20 ist zur Übertragung von Proben zwischen den Kammern 13 bis 15 eingerichtet. Die Ventilplatte 21 ist drehbar an der Unterseite 12 des Kammerkörpers 10 befestigt. In die ebenfalls aus Kunststoffmaterial hergestellte Ventilplatte 21 ist die Verbindungsleitung 22 integriert, die einen Überströmkanal bildet. An den Mündungen der Verbindungsleitungen 22 auf der inneren Seite der Verbindungsplatte 21, die an die Unterseite 12 des Kammerkörpers 10 angrenzt, oder an den Anschlussstutzen 17 der einzelnen Kammern (siehe Figur 3) sind Dichtungsringe aus einem elastischen Material (z. B. PTFE) angebracht. Neben der Dichtfunktion können die Dichtungsringe (nicht dargestellt) auch als Rasteinrichtungen dienen. Bei Drehung der Verbindungsplatte 21 rasten die Dichtungsringe an den gewünschten Positionen der Anschlussstutzen oder der Mündung der Verbindungsleitung 22 ein, wenn diese gerade zueinander ausgerichtet sind.
Die Ventilplatte 21 besitzt eine Ventilfunktion, da in der Regel Flüssigkeit immer nur in einer Richtung von einer Kammer zur benachbarten Kammer gepumpt wird. Zum Ausschluss einer Fehlbedienung kann an der Ventilplatte 21 oder am Kammerkörper 10 eine Vorrichtung zur erzwungenen Vorgabe einer bestimmten Drehrichtung und/oder eine Wiederholsperre vorgesehen sein. Diese Vorrichtung umfasst bspw. eine Verzahnung, die eine Rückwärtsdrehung ausschließt, und/oder eine zusätzliche Arretierhilfe.
Der Aufbau der Ventilplatte 21 kann anwendungsabhängig abgewandelt werden (siehe Figuren 4, 6) . Es können mehrere Verbindungsleitungen vorgesehen sein. Die mindestens eine Verbindungsleitung kann mit einer Sperr- oder Ventileinrichtung ausgestattet sein. In der Ventilplatte können vorzugsweise zusätzliche Durchgangsöffnungen zur Beschickung der Kammern vorgesehen sein. In einer Durchgangsöffnung zur Beschickung einer Kammer von der Unterseite her ist vorteilhafterweise ein Ver- schluss mit einem Septum vorgesehen. Die Beschickung kann aber auch von der oberen Seite her erfolgen.
Zum Probentransport zwischen den Kammern werden die Proben mit einem Druck beaufschlagt. Unter der Wirkung eines Überdruckes in der Kammer, von der die Übertragung ausgeht, wird die Probe über den Überströmkanal in der Ventilplatte 21 übertragen. Der Übertragungsdruck wird mit einer Druckeinrichtung aufgebracht, die Teil der Präparationsstation (siehe Figur 2) ist, in der die erfindungsgemäße Präparationsvorrichtung vorzugsweise verwendet wird. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Druck mit einer Stempeleinrichtung 30 übertragen, die in den Kammern 13 bis 15 jeweils einen Druckstempel 31 bis 33 aufweist. Die Druckstempel 31 bis 33 bestehen aus Kunststoffkörpern z. B. in Zylinderform, die formschlüssig
in die jeweilige Kammer eingepasst sind. Jeder Druckstempel weist mindestens einen O-Ring oder eine umlaufende Dichtlippe auf, wodurch ggf. auftretende Spalte zwischen den Druckstempeln und den Kammerinnenwänden abgedichtet werden. Die Dichtlippen verhindern ein Durchlauf des Kolbens durch die flüssigen Proben bei Druckbeaufschlagung. Die Kolben mit den Dichtlippen bestehen aus einem Kunststoffmaterial (z. B. PE oder PTFE) . Der Einsatz der Druckstempel 31 bis 33 in den Kammern besitzt den Vorteil, dass bei einer Bewegung der Präparationsvorrichtung 100 eine Probenbewegung in den Kammern verhindert wird, wenn die Druckstempel jeweils auf den Flüssigkeiten aufgesetzt sind. Nach einer Zentrifugation wird vorteilhafterweise eine Aufhebung der Phasengrenze zwischen den Fraktionen vermieden.
Die Druckstempel 31 bis 33 können gemäß einer bevorzugten Ausführungsform jeweils eine zentralen Bohrung (gestrichelt eingezeichnet) mit einem Verschluss (z. B. einem Septum) aufweisen. Dies ermöglicht einen Zugriff zu den Proben oder Zusatzflüssigkeiten in den Kammern von der Oberseite der Vorrichtung 100 her.
Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung kann auf die Verwendung der Druckstempel auch verzichtet werden. In diesem Fall wird der Übertragungsdruck direkt auf die Flüssigkeitsoberfläche in der jeweiligen Kammer gegeben. Bei dieser Gestaltung sind die oberen Enden der Kammern an der Oberseite vorzugsweise mit einem Sterilfiltereinsatz ausgestattet, der nur für das jeweilig verwendete sterile Druckmedium (z. B. Luft, inertes Gas) durchlässig ist. Der Aufbau ohne Druckstempel besitzt die Vorteile eines vergrößerten Innenvolumens und vereinfachten Aufbaus der Kammern und damit einer Kostenersparnis.
Gemäß einer weiteren Abwandlung erfolgt der Probentransport in oder zwischen den Kammern unter der Wirkung eines Unterdruckes. Hierzu wird nicht die Quellkammer mit Druck beaufschlagt, sondern die jeweilige Zielkammer mit einer angepass- ten Druckeinrichtung (Unterdruckeinrichtung) verbunden. Die Probe wird in die Kammer eingesogen.
Die obere Deckplatte 40 dient dem Abschluss der Präparationsvorrichtung 100. Sie ist fest auf dem Kammerkörper 10 angebracht und besitzt Durchtrittöffnungen oder Anschlussstutzen 41, die jeweils mit den oberen Enden der Kammern 13 bis 15 ausgerichtet sind. Die Anschlussstutzen 41 dienen der Verbindung von einzelnen oder gleichzeitig allen Kammern mit der Druckeinrichtung und/oder Beschickungseinrichtungen.
Der Verfahrensablauf zur Herstellung einer Blut-Kryokonserve unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Präparationsvorrichtung wird im Folgenden unter Bezug auf Figur 2 erläutert. Figur 2 zeigt die Präparationsvorrichtung 100 analog zur Darstellung gemäß Figur 1 in Kombination mit Teilen der Präparationsstation. Die Komponenten der Präparationsvorrichtung 100 sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 versehen.
Zur Präparationsstation gehören insbesondere die Druckeinrichtung 50, eine Detektoreinrichtung 60, eine Stelleinrichtung 70 und eine Steuereinrichtung 80. Die Druckeinrichtung 50 umfasst vorzugsweise einen Druckerzeuger 51 mit einem Motor 52 und einem Pumpenteil 53. Alternativ umfasst die Druckeinrichtung 50 eine Hebeleinrichtung mit einer Pleuelstange. Die mechanische Kraftübertragung besitzt den Vorteil, dass die Positionierung der Druckstempel mit einer erhöhten Präzision erfolgen kann. Gemäß alternativen Ausführungsformen der Erfindung kann der
Druckerzeuger auch durch eine Druckquelle (z. B. Druckgasflasche) mit einem Regelventil gebildet werden.
Die Detektoreinrichtung 60 umfasst insbesondere mindestens ein lichtempfindliches Element 61 zur Erkennung der Phasengrenze. Das lichtempfindliche Element 61 kann anwendungsabhängig mit (nicht dargestellten) Filtereinrichtungen ausgestattet sein. Es können auch mehrere lichtempfindliche Elemente entsprechend den Positionen der Kammern angeordnet sein. Anwendungsabhängig können auch andere Detektoren zur Erfassung von Probeneigenschaften vorgesehen sein, wie sie an sich aus der Analytik bekannt sind (z. B. Spektralphotometer, Widerstandsmesser zur Dichtebestimmung) . Die Kammern können auch eine sich jeweils über ihre Länge erstreckende Skalierung zur optischen Kontrolle des Füllstandes, der Position der Druckstempel oder der Position der Phasengrenze aufweisen. Die Detektoren können ferner an anderen Komponenten der Präparationsvorrichtung, z. B. an einer Verbindungsleitung in der Ventilplatte, vorgesehen sein.
Zur Verstellung der oben erläuterten Ventilplatte 21 umfasst die Stelleinrichtung 70 ein Betätigungselement 71 und einen Stellmotor 72. Das Betätigungselement 71 besitzt die Form einer Platte mit mindestens einem Vorsprung 73, der mit mindestens einer entsprechenden Ausnehmung (nicht dargestellt) auf der Unterseite der Ventilplatte 21 zusammenwirkt. Der Vorsprung 73 greift in die Ausnehmung ein und verdreht die Ventilplatte 21 bei Betätigung des Stellmotors 72 in die gewünschte Position, so dass jeweils eine Kammer geöffnet oder geleert werden kann, jeweils zwei Kammern über die Verbindungsleitung 22 verbunden sind oder alle drei Kammern verschlossen sind.
Die Steuereinrichtung 80 ist mit den Komponenten 50, 60 und 70 des Präparationssystems verbunden. Je nach Betriebszustand und dem von der Detektoreinrichtung 60 gelieferten Detektorsignal werden in der folgenden Weise der Druckerzeuger 50 und die Stelleinrichtung 70 betätigt. Bei halbautomatischem oder manuellem Betrieb werden die entsprechenden Schritte zumindest teilweise durch einen Bediener durchgeführt.
In einem Startzustand sind die Kammern der erfindungsgemäßen Präparationsvorrichtung 100 wie folgt beschickt. In der ersten Kammer 13 befindet sich eine Blutspende. Die Blutspende wird aus einem Spenderbeutel in die erste Kammer 13 gefüllt, was ggf. unter Ausübung eines unterstützenden Unterdruckes erfolgt. Die zweite Kammer 14 ist mit einer Waschlösung gefüllt. In der dritten Kammer 15 befindet sich ein Kryoadditiv. Im Startzustand ist die erste Kammer 13 vollständig gefüllt, während die übrigen Kammern 14, 15 lediglich teilweise befüllt sind. In diesen Kammern ist so viel Volumen frei, wie es zur Übernahme der Erythrozytensuspension nach der Zentrifugation (siehe unten) erforderlich ist. Die Ventilplatte 21 wird nach dem Startzustand (alle verschlossen) so eingestellt, dass bspw. die erste und zweite Kammer 13, 14 verbunden sind. Vorteilhafterweise ist trotz der Verbindung im druckfreien Zustand über die Verbindungsleitung im Wesentlichen kein Flüssigkeitsaustausch gegeben.
In einem ersten Präparationsschritt wird der Kammerkörper mit den befüllten Kammern mit einer Zentrifugationseinrichtung zentrifugiert . Die (nicht dargestellte) Zentrifugationseinrichtung besitzt die Bauform einer an sich bekannten Großzentrifuge mit einzelnen Zentrifugenbechern, in denen eine Vielzahl von Präparationsvorrichtungen gleichzeitig zentrifugiert werden können. Während der Zentrifugation erfolgt lediglich
die Auf rennung der Blutspende in die Fraktionen. Eine Verschiebung der Druckstempel 31 bis 33 erfolgt nicht. Während der Zentrifugation sind die Kammern verschlossen.
Der Zustand der Präparationsvorrichtung nach der Zentrifugation ist in Figur 2 dargestellt. In der ersten Kammer 13 sind die gebildeten Fraktionen der Blutspende mit dem Erythrozyten- sediment 1 der sog. „Buffy Coat"-Schicht 2 und dem Plasmaüberstand 3 illustriert. Das Erythrozytensediment 1 umfasst betriebsabhängig einen Volumenanteil von ca. 45 % der Kammer 13. Der Volumenanteil hängt insbesondere von der Zentrifugations- geschwindigkeit ab. Bei einer höheren Geschwindigkeit ergibt sich eine höhere Packungsdichte der Erythrozyten und damit ein geringerer Volumenanteil. Die „Buffy-Coat"-Schicht 2 ist ein thrombozyten- und leukozytenhaltiger Belag mit einer gräulichen Färbung, der sich nach der Zentrifugation zwischen den tiefroten Erythrozytensediment 1 und dem hellroten Plasmaüberstand 3 ausbildet.
Nach der Zentrifugation wird die Präparationsvorrichtung 100 in die Präparationsstation eingesetzt. Die Ventilplatte 21 wird in Durchlassrichtung zwischen die erste und zweite Kammer 13, 14 gedreht. Dies erfolgt manuell, z. B. mit einem Noppenschlüssel oder mit der Stelleinrichtung 70 (siehe oben) . Die erste Kammer 13 wird mit einem Überdruck beaufschlagt. Unter der hydrostatischen oder mechanischen Druckeinwirkung bewegen sich der Druckstempel 31 nach unten und der Druckstempel 32 nach oben. Die aufgetrennte Blutspende wird in die zweite Kammer 14 übertragen. Dieser Präparationsschritt wird beendet, sobald die am unteren Ende der ersten Kammer 13 angeordnete Detektoreinrichtung 60 die „Buffy Coat"-Schicht 2 erfasst. In diesem Zustand ist sichergestellt, dass in dem verjüngtem Bereich 16 (siehe Figur 3) und der Verbindungsleitung noch aus-
schließlich Erythrozytensediment vorhanden ist. Wenn die „Buffy Coat"-Schicht 2 erfasst worden ist, wird die Druckübertragung gestoppt. Danach wird die Ventilplatte in Verschlussstellung gebracht. Dies erfolgt entweder unmittelbar bei Detektion der Schicht 2 oder zeitlich verzögert, so dass Konzentratreste aus dem verjüngten Bereich 16 noch in die Verbindungsleitung gelangen können.
Die in die zweite Kammer 14 übertragenen Erythrozyten vermengen sich mit der Waschlösung. Die Waschlösung umfasst bspw. physiologische Kochsalzlösung. Es folgt eine weitere Zentrifugation, in deren Ergebnis sich die behandelten Erythrozyten als Konzentrat wiederum im unteren Teil der zweiten Kammer 14 sammeln, während die übrige Waschlösung den Überstand bildet.
In einem weiteren Präparationsschritt wird analog zu der beschriebenen Weise das gewaschene Erythrozytensediment in die dritte Kammer 15 übertragen. Hierzu wird die Ventilplatte 21 so verdreht, dass die Verbindungsleitung 22 zwischen der zweiten und dritten Kammer 14, 15 angeordnet ist. Außerdem wird der Druckverteiler 56 entsprechend verstellt. Die Druckübertragung wird wiederum in Abhängigkeit vom Detektorsignal der Detektoreinrichtung 60 gesteuert. Es kann an der zweiten Kammer 14 ein weiterer Sensor (nicht dargestellt) vorgesehen sein. Alternativ ist es möglich, die Präparationsvorrichtung 100 zu dem Sensor 61 hin zu verdrehen, so dass die Phasengrenze in der zweiten Kammer 14 erfasst werden kann.
Nach Übertragung des gewaschenen Erythrozytensedimentes in die dritte Kammer 15 erfolgt dort die Vermengung mit dem Kryoadditiv. Als Kryoadditiv werden die an sich bekannten Zusatzstoffe verwendet. Das Kryoadditiv umfasst bspw. eine Lösung aus wasserlöslichem Stärkederivat.
Nach Übertragung der gewaschenen Erythrozyten in die dritte Kammer 15 und Vermengung mit dem Kryoadditiv ist die Kryokon- serve einfrierfertig. Es folgt die Übertragung in den anwendungsabhängig gewählten Behälter, z. B. einen Kryobeutel, in dem der Einfriervorgang erfolgt. Vorteilhafterweise ist nach Abschluss der Präparation in der ersten Kammer 13 der Plasmaüberstand als spenderspezifisches Restprodukt vorhanden. Anwendungsabhängig kann das Plasma einer weiteren Verwendung zugeführt werden.
Einzelheiten einer gegenüber Figur 1 abgewandelten Gestaltung der erfindungsgemäßen Präparationsvorrichtung sind in Figur 4 dargestellt. Die Unterschiede beziehen sich auf die Ausbildung der Ventilplatte 21. Im obersten Teilbild von Figur 4 ist die Unterseite 12 des Kammerkörpers 10 mit den Kammern 13 bis 15 illustriert. Jede Kammer besitzt eine Ein- und Auslassöffnung in Form eines Anschlussstutzens 17 (siehe Figur 3) . An jedem Anschlussstutzen 17 ist ein O-Dichtring 18 vorgesehen. In der Mitte des Kammerkörpers 10 befindet sich entsprechend der Zylinderachse eine Gewindebohrung 19 zur Befestigung der Ventilplatte 21.
Im mittleren Teilbild von Figur 4 ist die Ventilplatte 21 einzeln dargestellt. Bei dieser Gestaltung sind zwei Verbindungsleitungen (oder Überströmkanäle) 22, 23 vorgesehen, die so angeordnet sind, dass mit einer der Verbindungsleitungen 22 oder 23 jeweils zwei Kammern verbunden werden können, während die jeweils andere Verbindungsleitung 22 oder 23 verschlossen ist. Die Verwendung von zwei Verbindungsleitungen besitzt den Vorteil geringerer Verstellwege bei der Einstellung der Kammerverbindungen bei den einzelnen Präparationsschritten. In der Ventilplatte sind drei Ein- und Auslassbohrungen 24
vorgesehen, die so angeordnet sind, dass wenn eine der Ein- und Auslassbohrungen 24 mit einem der Anschlussstutzen 17 ausgerichtet ist, die anderen Anschlussstutzen jeweils verschlossen bleiben.
Die Ventilplatte 21 besitzt einen umlaufenden O-Dichtring 25, der eine zusätzliche Dichtung gegenüber der Unterseite 12 des Kammerkörpers 10 bereitstellt. Das Bezugszeichen 26 bezieht sich auf die Drehachse und das Lager der Ventilplatte 21.
Im unteren Teilbild von Figur 4 ist die Ventilplatte 21 und die Unterseite 12 des Kammerkörpers 10 im zusammenmontierten Zustand dargestellt. Wird die Ventilplatte 21 vom dargestellten Zustand nach links gedreht, so werden zunächst mit der Verbindungsleitung 22 die Kammern 13 und 14 verbunden und bei der weiteren Verstellung werden die Kammern 14 und 15 über die Verbindungsleitung 23 verbunden. Damit können mit einem kurzen Stellweg die beiden oben erläuterten Präparationsschritte ausgeführt werden.
Die in den Figuren 1 bis 4 illustrierte Ausführungsform der Erfindung kann je nach Aufgabenstellung vielfältig modifiziert werden. So können bspw. zur Durchführung weiterer Präparati- onsschritte im Kammerkörper weitere Kammern zur Aufnahme weiterer Zusatzstoffe vorgesehen sein. Anstelle der 120°- Anordnung können die Kammern auch anderweitig im Kammerkörper oder einem Rahmengestell (siehe unten) angeordnet werden. Die Beschickung der Kammern kann anwendungsabhängig von der Oberoder Unterseite her erfolgen. Dies erfolgt vorzugsweise unter Verwendung von Schlauch- oder Pipettiersystemen. Gemäß einer bevorzugten Gestaltung der Erfindung sind die Einlassöffnungen der Kammern gerade an die Außendurchmesser von standardisierten Flüssigkeitspipetten oder Schlauchadapter angepasst, so
dass diese zur Beschickung einfach angesetzt und betätigt werden können. Die Präparationsvorrichtung kann anwendungsabhängig in ihrer Größe beliebig skaliert werden. Die Übertragungseinrichtung mit der Ventilplatte kann durch eine fest eingestellte Anordnung mehrerer Verbindungsleitungen mit betätigbaren Ventilen ersetzt werden. An der Außenseite des Kammerkör- pers können zusätzliche Greif- oder Befestigungseinrichtungen zur Handhabung des Kammerkörpers und/oder zum Einsatz in eine Zentrifuge vorgesehen sein.
Der Kammerkörper mit den integrierten Kammern kann erfindungsgemäß durch eine Anordnung einzelner Kammern in einem Rahmengestell ersetzt werden. Diese Gestaltung besitzt Vorteile in Bezug auf eine separate Befüllung der einzelnen Kammern vor der Zusammensetzung zur Präparationsvorrichtung und die Entsorgung der Kammern nach Verwendung. Als Rahmengestell kann jede geeignete Struktur verwendet werden, in die die Kammern entsprechend der gewünschten Anordnung fixiert einsetzbar sind und die eine genügende Stabilität bei der Zentrifugation besitzt. Je nach der Gestaltung der Kammern ist die Struktur des Rahmengestells angepasst.
Werden als Kammern fertige Kolbenspritzen mit geeigneten Kolbendurchmessern verwendet, so besitzt das Rahmengestell Ausnehmungen zur Aufnahme der Spritzenkolben. Wenn die Einzelkammern durch gerade Rohrkörper gebildet sind, werden die Ausnehmungen des Rahmengestells entsprechend angepasst. Am Boden des Rahmengestells sind ggf. konisch vorgeformte Kammerböden vorgesehen, wie dies in Figur 5 illustriert ist.
Figur 5 zeigt eine Einzelkammer in schematischer Schnittansicht. Zwei oder mehr derartige Einzelkammern (z. B. entsprechend der obigen Gestaltung drei Einzelkammern) sind an einem
Rahmengestell (nicht dargestellt) vorgesehen. Die Einzelkammer 90 umfasst eine Kammerwand 91 in Form eines geraden Kreiszylinders und einen sich verjüngenden Teilbereich 92, der in einem entsprechend geformten Stützsockel 93 ruht, der Teil des Rahmengestells ist. Im Inneren der Einzelkammer 90 befindet sich der Druckstempel (siehe oben) . Der Druckstempel ist bei dieser Gestaltung nicht zylinderför ig, sondern als Stempelplatte 94 mit einem außen umlaufenden Dichtring 97 ausgebildet. Die Stempelplatte 94 besteht beispielsweise aus PMMA. Der Dichtring 97 ist ein z. B. aus PTFE bestehendes Formteil, das formschlüssig über den äußeren Rand der Stempelplatte 94 gezogen ist. Der Querschnitt des Dichtringes 97 besitzt eine U- Form, deren offenen Enden zwei Dichtlippen bilden. Durch diese Formgebung wird ein dichtendes Anlegen der Dichtlippen an die Kammerwand sicherstellt. Die Oberseite der Einzelkammer 90 ist mit einer Deckplatte 95 verschlossen, die eine Durchtrittsöffnung 96 zum Durchlass des Druckmediums aufweist.
Die Einzelkammer 90 besitzt bspw. ein Volumen von 470 ml bei einem Durchmesser von ca. 80 mm, einer Länge der Kammerwand 91 von ca. 110 mm und einer Höhe des Stützsockels 93 von ca.
30 mm. Der Teilbereich 92 grenzt ein Teilvolumen von ca. 30 ml ab.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Blutpräparation kann abweichend von der oben erläuterten Zentrifugation der gesamten Präparationsvorrichtung die folgende Einzelkammerzentrifu- gation vorgesehen sein. Dabei wird die jeweils interessierende Einzelkammer (z. B. gemäß Fig. 5) aus dem Rahmengestell entnommen und separat zentrifugiert. Vor oder nach der Zentrifugation ist die Einzelkammer im Rahmengestell zur Durchführung der übrigen Schritte der Probenpräparation angeordnet. Dieses
Verfahren ist besonders vorteilhaft, falls zur Zentrifugation keine passende Zentrifuge zur Verfügung steht.
Fig. 6 illustriert ausschnittsweise eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Präparationsvorrichtung 100 mit einem Kammer örper 10. Im Kammerkörper 10 sind wiederum 3 Kammern gebildet, von denen nur eine Kammer 13 mit einem eingesetzten Stempel 31 gezeigt ist. Am unteren Ende der Kammer 13 ist ein planer oder ebener Kammerboden 13a vorgesehen. In Zusammenwirkung mit der ebenen Unterseite des Stempels 31 ergibt sich vorteilhafterweise ein minimales Totvolumen in der Kammer 13. Bei dieser Gestaltung können, wie in Fig. 6 illustriert, die Anschlussöffnungen 17 im Kammerboden 13a außermittig angeordnet sein. Die Anschlussöffnungen 17 befinden sich vorzugsweise am inneren Rand des Kammerbodens 13a, d. h. auf der zur Längsachse der Präparationsvorrichtung 100 zugewandten Seite. Vorteilhafterweise kann dadurch die Übertragungseinrichtung 20, insbesondere die teilweise gezeigte Ventilplatte 21 mit den Verbindungsleitungen 22 verkleinert werden.
An der Anschlussöffnungen 17 kann erfindungsgemäß eine Abdeck- platte 13b vorgesehen sein. Die Abdeckplatte 13b ist ein für die Suspensionsströmung teildurchlässiges Bauelement, mit dem vorteilhafterweise ein Ausgleich und eine Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit bei der Suspensionsüberführung zwischen den Kammern erzielt wird (Vermeidung eines Syphoneffekts) . Dies besitzt den zusätzlichen Vorteil, dass Wirbel in der Kammer, insbesondere im Bereich der Phasengrenze vermieden werden und damit das Zentrifugationsergebnis auch bei der Überführung der Suspension erhalten bleibt.
Die Abdeckplatte 13b ist vorzugsweise mit Perforationen oder Öffnungen ausgestattet, die einen gebremsten Durchläse insbe-
sondere des Erythrozyten-Sediments erlauben und gleichzeitig den Druck von der Anschlussöffnung 17 nehmen. Die Summe aller Perforationsquerschnitte ist vorzugsweise kleiner als der Querschnitt der Anschlussöffnung 17. Mit Blick auf den Ausgleich der Strömungsgeschwindigkeit und einen dennoch hohen Durchsatz wird ein Verhältnis von ungefähr 0.8 bevorzugt.
Alternativ kann die Abdeckplatte 13b ein kompaktes, platten- förmiges Bauteil sein, auf dessen Unterseite Stege oder Füße mit Zwischenräumen angeordnet sind. Auf den Stegen oder Füßen ruht die Abdeckplatte 13b auf dem Kammerboden 13a, sie übernehmen die Funktion der genannten Perforationen oder Öffnungen. Des Weiteren ist die Abdeckplatte 13b vorzugsweise in den Kammerboden 13a eingelassen, indem dieser beispielsweise eine muschelförmige Ausdehnung besitzt und die Form der Abdeckplatte 13b ggf. mit den Stegen an die Form dieser Ausnehmung angepasst ist. Die Abdeckplatte 13b kann einstückig mit dem Kammerboden 13a verbunden oder als zusätzliches, einsteckbares oder aufsetzbares Bauteil vorgesehen sein. Letztere Gestaltung besitzt den Vorteil einer vereinfachten Montage der Abdeckplatte bzw. einen wahlweisen Betrieb auch ohne die Abdeckplatte.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.