높은 - 불산 광산 연구소 그룹 유한 회사

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 13798(2022) 이 기사 인용

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백혈구분출술은 적혈구(RBC) 및 혈소판(PLT)에서 백혈구(WBC)를 체외에서 분리하는 기술로, 암 및 기타 질환이 있는 환자를 치료하는 데 사용되는 생명을 구하는 절차이자 제조의 초기 단계입니다. 세포 및 유전자 기반 치료법. 성인이 잘 견딜 수 있는 백혈구 성분채집술은 신생아와 저체중 영아에게 심각한 위험을 초래합니다. 왜냐하면 표준 원심분리 기반 기계의 체외 부피(ECV)가 이들 환자의 총 혈액량 중 특히 큰 부분을 차지하기 때문입니다. 여기에서는 백혈구분리술을 수행하기 위한 원심분리를 대체할 수 있는 제어 증분 여과(CIF) 기술을 기반으로 하는 새로운 고처리량 미세유체 장치(공극 부피 0.4mL)에 대해 설명합니다. CIF 장치는 건강한 지원자의 전혈을 사용하여 여러 적혈구 용적률(5~30%) 및 유속(10~30mL/분)으로 광범위하게 테스트되었습니다. 통과 방식에서 CIF 장치는 10mL/분의 유속으로 식염수로 희석된 전혈을 10% 헤마토크릿으로 처리하면서 85% 이상의 효율성과 RBC 및 PLT의 10~15% 손실로 WBC를 분리했습니다. 재순환 방식에서 CIF 장치는 유사한 수준의 분리 성능을 보여 3.5시간 모의 백혈구 성분채집술 절차가 끝날 때까지 재순환 혈액의 백혈구를 사실상 고갈시켰습니다(~98% 감소). 중요한 점은 이 장치가 막힘이나 분리 성능 저하 없이 작동했으며 WBC와 PLT의 활성화가 최소화되고 적혈구에 측정 가능한 손상이 없었다는 것입니다. 원심분리 기반 백혈구 성분채집술의 일반적인 매개변수와 비교하여 CIF 장치는 공극 부피가 최소 100배 더 작고, WBC 제거 속도가 약 2배 빠르며, PLT 손실률이 ~ 2~3배 적으며, 유속 호환 가능으로 작동합니다. 현재의 관행으로. CIF 장치가 작동하는 헤마토크릿 및 유속은 다른 미세유체 세포 분리 방법에 대해 이전에 발표된 것보다 훨씬 높았습니다. 마지막으로, 이 연구는 미세유체 장치를 사용하여 순환 혈액에서 세포를 매우 효율적으로 분리하는 방법을 최초로 입증한 것입니다. 전반적으로, 이러한 발견은 궁극적으로 원심분리가 필요 없고 낮은 ECV 백혈구 성분채집술을 가능하게 하기 위해 고처리량 미세유체 세포 분리 기술을 사용하는 타당성을 시사합니다. 이러한 기능은 현재 서비스를 제대로 받지 못하는 취약한 환자 집단인 어린 아이들에게 특히 유용할 것입니다.

백혈구 성분채집술은 환자의 혈액을 성분채집 기계를 통해 통과시켜 백혈구(WBC)를 수집하고 적혈구(RBC)와 혈소판(PLT)을 환자에게 다시 돌려보내는 복잡한 의료 절차입니다1,2. 백혈구 성분채집술은 잠재적으로 생명을 구하는 두 가지 응용 분야, 즉 백혈구 고갈과 WBC 수집을 가능하게 합니다. 백혈구 고갈은 백혈병 환자에서 위험할 정도로 높은 백혈구 수를 줄이거나3,4 염증성 장 질환5,6,7 및 기타 질환8,9에 대한 약물 없는 치료법으로 활성화된 백혈구를 제거하는 데 사용할 수 있습니다. 백혈구 성분채집술을 통한 백혈구 수집은 과립구 주입10,11, 입양 면역요법12,13,14,15, 조혈 줄기세포 이식16,17,18 및 새로운 유전자 기반 치료법19,20을 포함한 광범위한 세포 치료법2을 제조하는 초기 단계입니다. .

일반적으로 성인과 어린이는 잘 견딜 수 있지만 신생아와 저체중 영아를 대상으로 백혈구 성분채집술을 수행하는 것은 기술적으로 어렵고 임상적으로 위험합니다. 현재 백혈구 성분채집술은 원심분리 기반 성분채집 기계를 사용하여 수행되는데, 이 기계의 체외 부피(ECV)는 일반적으로 150~250mL(환자에게 연결하기 위한 추가 튜브 제외)2,21인 반면 총 혈액량(TBV)은 10kg의 유아는 ~ 750mL에 불과합니다22,23. ECV가 TBV의 큰 부분을 차지하기 때문에 소아 환자는 저혈압, 증상성 저칼슘혈증, 알레르기 반응, 카테터 관련 혈전증, 감염, 중증 빈혈, 심지어 사망까지 포함하여 백혈구 성분채집술 시술과 관련된 심각한 합병증의 발생률이 훨씬 더 높습니다21 ,24,25,26,27,28. 원칙적으로 WBC는 일반 백혈구 감소 필터29,30 또는 활성화된 과립구와 단핵구를 선택적으로 흡착하는 셀룰로오스 아세테이트 비드로 채워진 컬럼을 사용하여 분리할 수도 있습니다6. 그러나 이러한 장치의 분리 용량은 물리적 크기에 의해 제한되며, 장치에 갇힌 백혈구는 전염증성 사이토카인을 계속해서 혈류로 방출하며, 백플러시를 통해 갇힌 백혈구의 회수는 다소 미미합니다6,29,30.

85% of WBCs (with < 30% loss of RBCs and PLTs) from the mononuclear cell (MNC) concentrates (~ 5% HCT) at flow rates of up to 30 mL/min46 and PLTs concentrated and leukoreduced using CIF were minimally activated43,44. Notwithstanding these significant advancements, none of the aforementioned devices have been tested in the recirculation regime for any significant amount of time, and the effects of such processing on blood cells and device performance remain largely unknown./p> 85% efficiency of WBC removal (with only 10–15% loss of RBCs and PLTs) while processing diluted whole blood with 10% HCT at a flow rate of 10 mL/min. When tested in the recirculation regime, the device operated without clogging or any decline in separation performance, with minimal activation of WBCs and PLTs and no measurable damage to RBCs over the entire duration of a 3.5-hour simulated leukapheresis procedure. The WBC concentration in the recirculating blood declined exponentially, decreasing ~ 98% by the end of the procedure./p>

80% efficiency while operating in the recirculation regime for > 3 hours without a noticeable decline in separation performance and with minimal effect on cell properties. Additionally, the current device operated optimally at an HCT that was 2 times higher, and with RBC and PLT loss that was 2–3 times lower, than in any of our previous reports46./p> 80%), blood would have to be diluted to 10% HCT before entering the device and then concentrated back to its native HCT before returning to the patient. Such hemoconcentration is performed routinely during pediatric cardiopulmonary bypass and extracorporeal membrane oxygenation to remove excess fluids, using devices with excellent biocompatibility and minimal void volume (e.g., 8 mL, Hemocor HPH Junior, Minntech Corp., Minneapolis, MN) at flow rates compatible with leukapheresis (as high as 100 mL/min)51. The decline in separation performance of the device at higher HCTs could be explained by the increasing number of stochastic cell–cell interactions and the deviation of the apparent viscosity of blood in the channels from the model we used when designing the device, both of which become more pronounced with increasing HCT46,52,53. Additional research to address these factors will be needed to further increase the CIF separation efficiency at higher HCTs./p> 3 h, which is the typical duration of a conventional leukapheresis procedure1,17,54,62. This finding is particularly significant because any device intended for leukapheresis must be able to process recirculating blood over an extended period of time./p>