專利名稱：添加和去除細(xì)胞懸浮液中低溫保護(hù)劑的通用細(xì)胞處理機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種醫(yī)療儀器，它是利用灌注法添加需要低溫保存的細(xì)胞懸浮液中 低溫保護(hù)劑，或清除低溫保存后的細(xì)胞懸浮液中存在的低溫保護(hù)劑的通用細(xì)胞處理機(jī)。 同時(shí)這種通用細(xì)胞處理機(jī)也可以在生物反應(yīng)器中用來(lái)濃縮細(xì)胞懸浮液。
背景技術(shù)：
在細(xì)胞的低溫保存過(guò)程中，為了減少低溫?fù)p傷，經(jīng)常需要在被保存的細(xì)胞懸浮液中 加入特定種類和特定濃度的低溫保護(hù)劑。例如，人類造血祖細(xì)胞常用的低溫保護(hù)劑是二 甲基亞砜(DMS0)，而人類紅細(xì)胞常用的是甘油。在治療過(guò)程中，如果不被預(yù)先清除細(xì) 胞懸浮液中加入的低溫保護(hù)劑DMSO、甘油等，而直接輸入人體，將會(huì)造成細(xì)胞的滲透壓 損傷，從而導(dǎo)致移植失敗。另外，這些低溫保護(hù)劑在室溫下對(duì)人體有毒副作用。因此， 復(fù)溫后從細(xì)胞懸浮液中去除低溫保護(hù)劑十分必要。目前常用的添加和去除低溫保護(hù)劑的方法為人工法或離心法(分步稀釋加離心)。 在離心法中，由于高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的機(jī)械力和滲透壓變化常會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞聚集成團(tuán)、機(jī)械 損傷和滲透壓損傷；此外，由于人工法和離心法離心分離過(guò)程在開(kāi)放的環(huán)境中進(jìn)行，這 種操作上的非封閉性也會(huì)導(dǎo)致生命材料受到細(xì)菌的污染。此外，人工法或離心法耗時(shí)長(zhǎng)， 效率低下，通常需要3-4小時(shí)。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于為了克服現(xiàn)有的添加和洗滌保護(hù)劑方法在致使細(xì)胞損傷、 可能導(dǎo)致細(xì)胞污染以及效率低下等方面的不足，提供一種添加細(xì)胞懸浮液中低溫保護(hù)劑 或去除冷凍復(fù)溫后細(xì)胞懸浮液中低溫保護(hù)劑的通用細(xì)胞處理機(jī)。由于添加和清除保護(hù)劑的過(guò)程互為逆反過(guò)程，因此結(jié)構(gòu)完全一樣。在下面的技術(shù)方 案中，僅以清除保護(hù)劑的過(guò)程作說(shuō)明。具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案如下-添加和去除用于低溫保存的細(xì)胞懸浮液中低溫保護(hù)劑的通用細(xì)胞處理機(jī)采用逆流
灌注添加或清除，包括蠕動(dòng)泵，電磁閥，控制電路，支架， 一次性管路以及與管路相連 接的裝細(xì)胞懸浮液的容器，透析器，高滲鹽水或亞高滲低溫保護(hù)液容器，生理鹽水容器， 廢液容器。其特點(diǎn)是包括細(xì)胞懸浮液回路和透析液回路兩個(gè)回路，利用透析的方法添 加或去除低溫保護(hù)劑，同時(shí)在細(xì)胞懸浮液進(jìn)口及透析液進(jìn)出口處分別設(shè)置蠕動(dòng)泵，實(shí)現(xiàn) 超濾控制。添加和去除細(xì)胞懸浮液中低溫保護(hù)劑的通用細(xì)胞處理機(jī)包括透析器1，透析器1為 圓柱筒形，透析器l內(nèi)沿軸向均布裝有多孔中空纖維半透膜管2， 一端有細(xì)胞懸浮液進(jìn)口 3,另一端有細(xì)胞懸浮液出口 4，兩端側(cè)面分別設(shè)有透析液進(jìn)口 5和透析液出口 6。等 滲鹽水容器7和細(xì)胞懸浮液容器8通過(guò)三通管及輸液管連通著透析器1的細(xì)胞懸浮液進(jìn) 口 3端，等滲鹽水容器7和細(xì)胞懸浮液容器8的出液口分別安裝有電磁閥VI和電磁閥 V2，其輸液管上安裝有蠕動(dòng)泵P1;等滲鹽水容器9和高滲鹽水或亞高滲保護(hù)劑溶液容器 10通過(guò)三通管及輸液管連通著透析器1的透析液進(jìn)口 5端，等滲鹽水容器9和高滲鹽水 或亞高滲保護(hù)劑溶液容器10的出液口分別安裝有電磁闊V5和電磁閥V6,其輸液管上安 裝有蠕動(dòng)泵P2;廢液容器11通過(guò)輸液管連通著透析器1的透析液出口6，其輸液管上 安裝有蠕動(dòng)泵P3;透析器1的細(xì)胞懸浮液出口 4通過(guò)三通管分別連通著電磁閥V3和電 磁閥V4，電磁閥V4的出口通過(guò)輸液管連通著廢液容器U，電磁闊V3的出口通過(guò)輸液 管連通著細(xì)胞懸浮液容器8。所述電磁閥V1、電磁閥V2、電磁閥V3、電磁閥V4、電磁閥V5、電磁閥V6分別為 夾管閥。所述輸液管均為一次性輸液管。所述蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速可調(diào)，其流速范圍為0—900ml/min，有外控接口。 用滯留小樣品的方法來(lái)清洗樣品中的低溫保護(hù)劑。所述添加和去除細(xì)胞懸浮液中低溫保護(hù)劑的通用細(xì)胞處理機(jī)也可以用來(lái)在生物反 應(yīng)器中濃縮細(xì)胞懸浮液(單位體積的細(xì)胞濃度，細(xì)胞數(shù)，最終體積)。該技術(shù)方案所依據(jù)的科學(xué)原理是(l)血液透析的原理含有低溫保護(hù)劑的復(fù)溫后 的細(xì)胞懸浮液沿一個(gè)方向流經(jīng)透析器內(nèi)沿軸向均勻分布的多孔中空纖維半透膜管，同 時(shí)，不含低溫保護(hù)劑的透析液沿第二個(gè)方向(與第一個(gè)方向相反，逆流)流經(jīng)多孔中空 纖維半透膜管外的區(qū)域。這樣在多孔中空纖維半透膜管的內(nèi)表面和外表面會(huì)產(chǎn)生低溫保 護(hù)劑的濃度梯度，多孔中空纖維半透膜管內(nèi)的低溫保護(hù)劑會(huì)在此濃度梯度的驅(qū)動(dòng)下擴(kuò)散 到纖維管外，擴(kuò)散到管外的低溫保護(hù)劑同時(shí)會(huì)不斷被流動(dòng)的透析液帶走，達(dá)到清除保護(hù) 劑的目的。擴(kuò)散的阻力取決于溶質(zhì)分子量的大小，分子量越大，其擴(kuò)散阻力也越大；所 以，透析僅對(duì)甘油、DMSO等小分子溶質(zhì)的清除效果較好。(2)血液濾過(guò)、超濾原理血 液過(guò)濾清除溶質(zhì)的原理與血液透析擴(kuò)散的原理不同，它利用通透性很高的透析膜，通過(guò) 由透析膜兩側(cè)的壓力差(可以通過(guò)增大血液側(cè)壓力，或者減少透析液側(cè)壓力來(lái)實(shí)現(xiàn))產(chǎn) 生的大量液體運(yùn)動(dòng)，將水分子及可穿透物質(zhì)，從血液中通過(guò)透析膜形成濾液排除，這些 濾液包括水，離子，小分子和中大分子溶質(zhì)，特別是在清洗冷凍后的紅細(xì)胞懸浮液中的 低溫保護(hù)劑(例如甘油)時(shí)，由于發(fā)生溶血，紅細(xì)胞內(nèi)的血紅蛋白釋放出來(lái)，成為游離 血紅蛋白，如果使用的透析器只是普通的中空纖維透析器，中空纖維膜的孔徑只允許甘 油等小分子通過(guò)，由于血紅蛋白的分子量較大，不能透過(guò)中空纖維膜，從而導(dǎo)致最終清 除甘油后的細(xì)胞懸液中游離血紅蛋白的濃度高于lg/L的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。在本專利中，通過(guò) 應(yīng)用既有透析功能又有過(guò)濾功能的透析器的超濾來(lái)解決這一問(wèn)題。通過(guò)超濾使得細(xì)胞懸 液的體積大大減少，最后再通過(guò)重懸生理鹽水來(lái)達(dá)到要求的紅細(xì)胞壓積。該通用細(xì)胞處理機(jī)中設(shè)置高滲鹽水或亞高滲低溫保護(hù)劑容器，其目的是在初始時(shí)減 緩細(xì)胞懸浮液的滲透壓劇烈變化。當(dāng)用來(lái)清洗的細(xì)胞溶液體積較小，例如清洗臍血干細(xì)胞等時(shí)體積可能小于20ml，這 一體積遠(yuǎn)小于將透析器血液側(cè)及血液管路裝填滿所需要的溶液體積。在此聲明一種新穎 的方法來(lái)解決這一問(wèn)題將含有保護(hù)劑的細(xì)胞懸浮液用注射器或蠕動(dòng)泵吸到透析器的中 空纖維膜內(nèi)，并保持不動(dòng)；透析液按照某一流速流經(jīng)中空纖維膜外的區(qū)域，達(dá)到清除小 樣品細(xì)胞溶液中的低溫保護(hù)劑的目的。電磁閥為一種夾管閥，管路穿過(guò)閥體，通過(guò)電磁閥的收縮控制管路中軟管是暢通的 還是擠壓在一起，從而達(dá)到開(kāi)關(guān)的目的，同時(shí)閥本身不與管路中的介質(zhì)(細(xì)胞懸浮液等 生命材料)直接接觸。本實(shí)用新型的有益效果是，可以在去除低溫保護(hù)劑的同時(shí)，減少細(xì)菌污染的機(jī)會(huì)， 減少滲透壓的損傷，避免離心過(guò)程中機(jī)械外力的損傷，實(shí)現(xiàn)超濾的效果；同時(shí)本通用細(xì) 胞處理機(jī)具有體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作步驟簡(jiǎn)單，清除時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。


圖l為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為透析器橫截面結(jié)構(gòu)圖。
圖3為處理少量細(xì)胞時(shí)的裝置示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地說(shuō)明。 實(shí)施例l:去除冷凍復(fù)溫后細(xì)胞懸浮液中低溫保護(hù)劑的通用細(xì)胞處理機(jī)包括透析器1，透析器 1為圓柱筒形，透析器1內(nèi)沿軸向均布裝有多孔中空纖維半透膜管2， 一端有細(xì)胞懸浮 液進(jìn)口 3，另一端有細(xì)胞懸浮液出口 4，兩端側(cè)面分別設(shè)有透析液進(jìn)口 5和透析液出口 6;等滲鹽水容器7和細(xì)胞懸浮液容器8通過(guò)三通管及輸液管連通著透析器1的細(xì)胞懸 浮液進(jìn)口 3端，等滲鹽水容器7和細(xì)胞懸浮液容器8的出液口分別安裝有電磁閥VI和 電磁閥V2，其輸液管上安裝有蠕動(dòng)泵P1;等滲鹽水容器9和高滲鹽水或亞高滲保護(hù)劑溶液容器10通過(guò)三通管及輸液管連通 著透析器1的透析液進(jìn)口 5端，等滲鹽水容器9和高滲鹽水或亞高滲保護(hù)劑溶液容器10 的出液口分別安裝有電磁閥V5和電磁閥V6，其輸液管上安裝有蠕動(dòng)泵P2;廢液容器ll 通過(guò)輸液管連通著透析器1的透析液出口 6，其輸液管上安裝有蠕動(dòng)泵P3;透析器1的細(xì)胞懸浮液出口 4通過(guò)三通管分別連通著電磁閥V3和電磁閥V4，電磁 閥V4的出口通過(guò)輸液管連通著廢液容器11，電磁閥V3的出口通過(guò)輸液管連通著細(xì)胞懸 浮液容器8，見(jiàn)圖l和圖2。電磁閥V1和電磁閥V2的作用是選擇哪種溶液(等滲鹽溶液還是細(xì)胞懸浮液)流入透 析液的血液側(cè)進(jìn)口；電磁閥V3和電磁閥V4的作用是確定從透析器血液側(cè)出口流出來(lái)的溶 液是流回細(xì)胞懸浮液容器還是廢液容器；電磁閥V5和電磁閥V6的作用是選擇哪種溶液 (高滲鹽水或亞高滲的低溫保護(hù)劑溶液還是等滲鹽水)流入透析器透析液惻進(jìn)口 5。蠕動(dòng)泵P1的作用是將溶液按所要求的流速泵入透析器血液側(cè)，蟠動(dòng)泵P2的作用是將 溶液按所要求的流速泵入透析器透析液側(cè)，蠕動(dòng)泵P3的作用是控制透析液側(cè)的出口流 速，與蠕動(dòng)泵P2聯(lián)合工作就可以實(shí)現(xiàn)超濾控制。其具體運(yùn)行過(guò)程如下第一步，預(yù)填充，電磁閾V1、電磁閥V4打開(kāi)，蠕動(dòng)泵P1、蠕動(dòng)泵P2打開(kāi)，用等滲鹽 水溶液沖洗整個(gè)系統(tǒng)，持續(xù)一段時(shí)間確保透析器及整個(gè)管路充滿等滲溶液。第二步，預(yù)清洗，將電磁閥V1關(guān)閉，電磁閥V2打開(kāi)，讓細(xì)胞懸浮液的前沿到達(dá)透析 液血液出口處，此時(shí)電磁閥V4關(guān)閉，電磁閥V3打開(kāi)，形成一個(gè)細(xì)胞懸浮液通過(guò)透析器再
返回細(xì)胞懸浮液容器的循環(huán)。第三步，清洗，在這一步中，蠕動(dòng)泵P1繼續(xù)打開(kāi)，不斷的將等滲鹽溶液(或高滲鹽 溶液)泵入透析器中與細(xì)胞懸浮液在中空纖維膜兩側(cè)逆向流動(dòng)，細(xì)胞懸浮液中的低溫保 護(hù)劑不斷被清除，直至達(dá)到清除要求。第四步，超濾濃縮，蠕動(dòng)泵P3打開(kāi)，調(diào)整其流速大于蠕動(dòng)泵P2的流速，這樣會(huì)在中 空纖維膜的內(nèi)外形成一壓差，使溶液從血液側(cè)流向透析液側(cè)，實(shí)現(xiàn)超濾控制。第五步，后處理，將電磁閥V2關(guān)閉，電磁閥V1打開(kāi)，用等滲鹽溶液將留在細(xì)胞懸浮 液管路及透析器中空纖維膜內(nèi)的細(xì)胞懸浮液推出，將所有的細(xì)胞回收到細(xì)胞懸浮液容器 中。實(shí)施例2:當(dāng)用來(lái)淸洗的細(xì)胞溶液體積較小，可釆用如圖3所示結(jié)構(gòu)裝置，具體操作分五步如下第一步，預(yù)填充，打開(kāi)閥門V7，閥門V9和閥門V11，注射器12 (或蠕動(dòng)泵)將等滲 溶液15吸入透析器1內(nèi)，關(guān)閉閥門Vll，打開(kāi)閥門V12，將這些等滲溶液用注射器13 (或 蠕動(dòng)泵)推出至廢液容器16，這一步的目的是潤(rùn)濕多孔中空纖維半透膜管通路。完畢后 關(guān)閉閥門V11和閥門V12。第二步，打開(kāi)閥門VIO，將細(xì)胞懸液14吸入透析器1內(nèi)，將透析器血液側(cè)的進(jìn)口和出 口上的閥門V9，閥門V10關(guān)閉。第三步，清洗，將透析液側(cè)的蠕動(dòng)泵P4打開(kāi)，按照一定的流速流經(jīng)纖維管外的區(qū)域， 直到保護(hù)劑的去除，達(dá)到要求停止(透析液循環(huán)與圖l相同)。第四步，超率控制，打開(kāi)閥門V9，閥門V7和閥門V8中的一個(gè)，通過(guò)壓縮或抽拉注射 器調(diào)整細(xì)胞懸浮液的最終體積。第五步，將洗脫保護(hù)劑后的溶液推出，將透析器血液側(cè)進(jìn)出口閥門打開(kāi)，用注射器 將洗脫后的溶液推出。 一般來(lái)說(shuō)，需要兩個(gè)注射器才能將細(xì)胞完全推出。實(shí)施例3:如圖l所示去除冷凍復(fù)溫后細(xì)胞懸浮液中低溫保護(hù)劑的通用細(xì)胞處理機(jī)也可以實(shí)現(xiàn) 小體積細(xì)胞懸浮液的清洗，只是比實(shí)施例2稍微復(fù)雜。具體步驟如下第一步，預(yù)填充等滲溶液，電磁閥V1、電磁閥V4打開(kāi)，蠕動(dòng)泵P1、蠕動(dòng)泵P2打開(kāi)， 用等滲鹽水溶液沖洗整個(gè)系統(tǒng)，持續(xù)一段時(shí)間確保透析器及整個(gè)管路充滿等滲溶液。第二步，填充細(xì)胞懸浮液，將電磁閥V1和電磁閥V4關(guān)閉，電磁閥V2和電磁閥V3打開(kāi)， 讓小體積細(xì)胞懸浮液完全進(jìn)入透析器后關(guān)閉蠕動(dòng)泵P1 ，電磁閥V2和電磁閥V3。第三步，清洗，在這一步中，運(yùn)行透析液循環(huán)，細(xì)胞懸浮液中的低溫保護(hù)劑不斷被清除，直至達(dá)到清除要求。第四步，超濾濃縮，蠕動(dòng)泵P3打開(kāi)，調(diào)整其流速大于蠕動(dòng)泵P2的流速，這樣會(huì)在中空纖維膜的內(nèi)外形成一壓差，使溶液從血液側(cè)流向透析液側(cè)，實(shí)現(xiàn)超濾控制。第五步，后處理，將電磁閥V2關(guān)閉，電磁閥V1和電磁閥V3打開(kāi)，用等滲鹽溶液將留在細(xì)胞懸浮液管路及透析器中空纖維膜內(nèi)的細(xì)胞懸浮液推出，將所有的細(xì)胞回收到細(xì)胞懸浮液容器中。另外，本實(shí)用新型除了能用作細(xì)胞懸浮液中低溫保護(hù)劑的通用洗滌機(jī)，也能高效快 捷無(wú)損地實(shí)現(xiàn)細(xì)胞懸浮液中低溫保護(hù)劑的添加。其具體操作方法基本上與清除低溫保護(hù) 劑一樣，僅需要變通的是將透析液側(cè)的等滲溶液換成高濃度的低溫保護(hù)劑溶液即可，此 時(shí)，容器8或14中是要添加低溫保護(hù)劑的細(xì)胞懸浮液。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞懸浮液中 低溫保護(hù)劑的添加和去除一體化。
權(quán)利要求1、添加和去除細(xì)胞懸浮液中低溫保護(hù)劑的通用細(xì)胞處理機(jī)，包括透析器(1)，透析器(1)為圓柱筒形，透析器(1)內(nèi)沿軸向均布裝有多孔中空纖維半透膜管(2)，一端有細(xì)胞懸浮液進(jìn)口(3)，另一端有細(xì)胞懸浮液出口(4)，兩端側(cè)面分別設(shè)有透析液進(jìn)口(5)和透析液出口(6)，其特征在于等滲鹽水容器(7)和細(xì)胞懸浮液容器(8)通過(guò)三通管及輸液管連通著透析器(1)的細(xì)胞懸浮液進(jìn)口(3)端，等滲鹽水容器(7)和細(xì)胞懸浮液容器(8)的出液口分別安裝有電磁閥(V1)和電磁閥(V2)，其輸液管上安裝有蠕動(dòng)泵(P1)；等滲鹽水容器(9)和高滲鹽水或亞高滲保護(hù)劑溶液容器(10)通過(guò)三通管及輸液管連通著透析器(1)的透析液進(jìn)口(5)端，等滲鹽水容器(9)和高滲鹽水或亞高滲保護(hù)劑溶液容器(10)的出液口分別安裝有電磁閥(V5)和電磁閥(V6)，其輸液管上安裝有蠕動(dòng)泵(P2)；廢液容器(11)通過(guò)輸液管連通著透析器(1)的透析液出口(6)，其輸液管上安裝有蠕動(dòng)泵(P3)；透析器(1)的細(xì)胞懸浮液出口(4)通過(guò)三通管分別連通著電磁閥(V3)和電磁閥(V4)，電磁閥(V4)的出口通過(guò)輸液管連通著廢液容器(11)，電磁閥(V3)的出口通過(guò)輸液管連通著細(xì)胞懸浮液容器8。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加和去除細(xì)胞懸浮液中低溫保護(hù)劑的通用細(xì)胞處理機(jī)， 其特征在于所述電磁閥(Vl)、電磁閥(V2)、電磁閥(V3)、電磁閥(V4)、電磁閥(V5)和電磁閥(V6)分別為夾管閥。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加和去除細(xì)胞懸浮液中低溫保護(hù)劑的通用細(xì)胞處理機(jī)， 其特征在于所述輸液管均為一次性輸液管。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的添加和去除細(xì)胞懸浮液中低溫保護(hù)劑的通用細(xì)胞處理機(jī)， 其特征在于所述蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速可調(diào)，其流速范圍為0—900ml/min,有外控接口。
專利摘要本實(shí)用新型涉及添加和去除細(xì)胞懸浮液中低溫保護(hù)劑的通用細(xì)胞處理機(jī)。解決了現(xiàn)有設(shè)備操作中耗時(shí)長(zhǎng)，效率低下的問(wèn)題。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是等滲鹽水容器7和細(xì)胞懸浮液容器8通過(guò)三通管及輸液管連通著透析器的細(xì)胞懸浮液進(jìn)口端，等滲鹽水容器9和高滲鹽水或亞高滲保護(hù)劑溶液容器10通過(guò)三通管及輸液管連通著透析器1的透析液進(jìn)口5端，廢液容器11通過(guò)輸液管連通著透析器1的透析液出口，透析器1的細(xì)胞懸浮液出口通過(guò)三通管分別連通著廢液容器11和細(xì)胞懸浮液容器8。其中設(shè)置高滲鹽水或亞高滲低溫保護(hù)劑容器，目的是在初始時(shí)減緩細(xì)胞懸浮液的滲透壓劇烈變化。該機(jī)具有操作步驟簡(jiǎn)單，清除時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C12M1/12GK201046965SQ20072003753
公開(kāi)日2008年4月16日 申請(qǐng)日期2007年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月14日
發(fā)明者高大勇 申請(qǐng)人:高大勇