APARATO DE SEPARACION CENTRIFUGA Y METODO PARA SEPARAR COMPONENTES DE FLUIDOS.

Un aparato de separación centrífuga que comprende: un rotor centrífugo (12) configurado para ser girado por un motor (14) alrededor de un eje de rotación;

un retenedor (16) en el rotor centrífugo (12), y un vaso de separación (28, 28a ó 28b) en el retenedor (16), el vaso (28) incluyendo: una porción de entrada (48) que incluye un puerto o abertura de entrada (54) para suministrar al vaso (28) un fluido que se ha de separar en componentes, una porción de salida (50) que incluye: una barrera (62) para fundamentalmente bloquear el paso de al menos uno de los componentes separados del fluido; y al menos un puerto o abertura (56) para retirar al menos el componente bloqueado de fluido del vaso (28), una trayectoria de flujo (46) que se extiende entre la porción de entrada (48) y la porción de salida (50), y caracterizado por: un dique de trampa (70) entre el puerto o abertura (56) y la porción de entrada (48), el dique de trampa (70) alejándose del eje de rotación para atrapar a las sustancias de densidad relativamente baja, incluyendo el dique de trampa (70) una porción de aguas abajo (104) que tiene una inclinación relativamente gradual para reducir la mezcla de sustancias de densidad relativamente baja con sustancias de densidad media

Aparato de separación centrífuga y método para separar componentes de fluidos.

La presente invención se refiere a un aparato para separar componentes de un fluido. La invención tiene ventajas particulares en relación con la separación de componentes de la sangre.

En muchos campos diferentes, líquidos que llevan sustancias en partículas deben ser filtrados o tratados para obtener ya sea un líquido purificado o producto final en partículas purificado. En su sentido más amplio, un filtro es un dispositivo capaz de eliminar o separar partículas de una sustancia. Así, el término "filtro", según se utiliza aquí, no está limitado a un material de medio poroso, sino que incluye muchos tipos diferentes de procesos en los que o bien se separan partículas entre sí o de un líquido.

En el campo médico es frecuentemente necesario filtrar sangre. La sangre entera consiste en varios componentes líquidos y componentes en partículas. Algunas veces, los componentes en partículas se denominan "elementos conformados". La porción líquida de la sangre está constituida en gran parte por plasma, y los componentes en partículas incluyen glóbulos rojos (eritrocitos), glóbulos blancos (incluyendo leucocitos) y plaquetas (trombocitos). Aunque estos constituyentes tienen densidades similares, su relación de densidades media, en orden de densidades decrecientes, es como sigue: glóbulos rojos, glóbulos blancos, plaquetas y plasma. Además, los constituyentes en partículas están relacionados de acuerdo con el tamaño, en orden de tamaño decreciente, como sigue: glóbulos blancos, glóbulos rojos y plaquetas. La mayoría de los dispositivos de purificación actuales se basan en diferencias de densidades y de tamaños o en características químicas superficiales para separar y/o filtrar los componentes de la sangre.

Numerosos tratamientos terapéuticos requieren que sean eliminados grupos de partículas de la sangre entera antes de que se puedan inyectar en un paciente componentes ya sea líquidos o en partículas. Por ejemplo, los pacientes de cáncer requieren con frecuencia transfusiones de plaquetas después de sufrir una terapia de ablación, química o de radiación. En este procedimiento, la sangre entera donada es tratada para separar plaquetas y estas plaquetas son después inyectadas al paciente. Sin embargo, si un paciente recibe un número excesivo de glóbulos blancos extraños como contaminación en una transfusión de plaquetas, el cuerpo del paciente puede rechazar la transfusión de plaquetas, lo que conduce a un huésped a riesgos serios para la salud.

Normalmente, las plaquetas donadas son separadas o recogidas a partir de otros componentes de la sangre utilizando una centrifugadora. La centrifugadora hace girar un depósito de sangre para separar los componentes dentro del depósito utilizando la fuerza centrífuga. En uso, la sangre entra en el depósito mientras está girando a una velocidad muy elevada y las fuerzas centrífugas estratifican los componentes de la sangre, de manera que se pueden retirar separadamente los componentes en partículas. Las centrifugadoras son efectivas para la separación de plaquetas de sangre entera, pero no son normalmente utilizables para separar la totalidad de los glóbulos blancos de las plaquetas. Históricamente, los dispositivos de separación y centrifugación de sangre se usan normalmente para producir compatiblemente (99% del tiempo) producto de plaquetas que cumpla la norma de "leukopoor" de menos que 5 x 10⁶ glóbulos blancos para al menos 3 x 10¹¹ plaquetas recogidas.

Debido a que los procesos típicos de recogida de plaquetas con centrifugadora son incapaces de separar de manera compatible y satisfactoria glóbulos blancos de plaquetas, han sido añadidos otros procedimientos para mejorar los resultados. En un procedimiento, después de la centrifugación, las plaquetas son hechas pasar a través de un filtro poroso tejido o no tejido, que puede tener una superficie modificada, para separar glóbulos blancos. Sin embargo, el uso de los filtros poroso introduce su propio conjunto de problemas. Los filtros porosos convencionales pueden ser ineficaces debido a que pueden separar o atrapar de manera permanente aproximadamente 5-20% de las plaquetas. Estos filtros convencionales pueden reducir también la "viabilidad de plaquetas", lo que significa que, una vez que ha pasado a través de un filtro un porcentaje de plaquetas, cesan de funcionar apropiadamente y pueden ser activados total o parcialmente. Además, los filtros porosos pueden causar la liberación de brandiquinina, lo que puede conducir a episodios de hipertensión en un paciente. Los filtros porosos son también caros y requieren frecuentemente trabajo manual que consume tiempo adicional para realizar un proceso de filtración.

Aunque los filtros porosos son eficaces en separar un número sustancial de glóbulos blancos, tiene desventajas. Por ejemplo, después de centrifugar y antes de la filtración porosa, debe transcurrir un periodo de tiempo para dar tiempo a que las plaquetas activadas se transformen en un estado desactivado. De otro modo, es probable que las plaquetas activadas atasquen el filtro. Por lo tanto, el uso de al menos algunos filtros porosos no es factible en procesos en línea.

Otro procedimiento de separación es uno conocido como decantación centrífuga. Este procedimiento separa células suspendidas en un medio líquido sin el uso de un filtro de membrana. En una forma común de decantación, se introduce un lote o tanda de células en un flujo de amortiguador de decantación líquido. Este líquido que lleva el lote de células en suspensión es entonces introducido en una cámara en forma de embudo situada en una centrifugadora giratoria. Cuando la solución amortiguadora líquida adicional fluye a través de la cámara, el líquido arrastra células de menor tamaño, de sedimentación más lenta, hacia un límite de decantación dentro de la cámara, mientras las células más grandes, de sedimentación más rápida, migran a una zona de la cámara que tiene la mayor fuerza centrífuga.

Cuando se equilibran la fuerza centrífuga y la fuerza generada por el flujo de fluido, el flujo de fluido aumenta para obligar a las células de sedimentación más lenta a salir por una abertura o puerto de la cámara, mientras que las células de sedimentación más rápida son retenidas en la cámara. Si se aumenta el flujo de fluido a través de la cámara, pueden ser retiradas de la cámara células progresivamente mayores, de sedimentación más rápida.

Así, la decantación centrífuga separa partículas que tienen diferentes velocidades de sedimentación. La ley de Stoke describe la velocidad de sedimentación (SV) de una partícula esférica como sigue:

donde r es el radio de la partícula, ρ_p es la densidad de la partícula, ρ_m es la densidad del medio líquido, η es la viscosidad del medio y g es la gravitación o aceleración centrífuga. Debido a que el radio de una partícula se eleva a la segunda potencia en la ecuación de Stoke y la densidad de la partícula no, el tamaño de la célula, más bien que su densidad, influye en gran medida en su velocidad de sedimentación. Esto explica por qué las partículas más grandes permanecen generalmente en una cámara durante la decantación centrífuga, mientras que se liberan las partículas más pequeñas, si las partículas tienen densidades similares.

Como se describe en la Patente U.S. Nº 3.825.175, concedida a Sartory, la decantación centrífuga tiene numerosas limitaciones. En la mayoría de estos procedimientos, las partículas deben ser introducidas dentro de un flujo de medio fluido en tandas o lotes discontinuos separados para permitir la suficiente separación de partículas. Así, algunos procedimientos de decantación sólo permiten la separación de lotes de partículas y requieren un medio fluido adicional para transportar partículas. Además, las fuerzas de flujo deben ser equilibradas de manera precisa por la fuerza centrífuga para permitir la apropiada segregación de partículas.

Además, tiene lugar un efecto de acción de chorro de Coriolis cuando fluyen partículas dentro de una cámara de decantación desde un campo centrífugo elevado hacia un campo centrífugo inferior. El fluido y las partículas colisionan de manera turbulenta con una pared interior de la cámara enfrentada al sentido...

1. Un aparato de separación centrífuga que comprende:

un rotor centrífugo (12) configurado para ser girado por un motor (14) alrededor de un eje de rotación;

un retenedor (16) en el rotor centrífugo (12), y un vaso de separación (28, 28a ó 28b) en el retenedor (16), el vaso (28) incluyendo: