涉及冷冻生物样品的至少部分的设备和方法技术

公开了一种用于在冷冻例如小瓶或低温保存袋的贮藏器中的生物样品的至少部分中使用的装置，该装置包括：基部；以及贮藏器保持器，其包括：第一部段，其构造成在使用冷却器装置来冷却基部期间在由贮藏器保持器保持贮藏器的情况下以第一热提取速率从贮藏器的第一部分提取热能；以及第二部段，其构造成使得在使用冷却器装置来冷却基部期间在由贮藏器保持器保持贮藏器的情况下，经由第二部段从贮藏器的第二部分进行的热能提取的第二热提取速率小于第一热提取速率。可在样品中建立温度梯度，以使得能够在样品中发生渐进凝固。还公开了一种用于在冷冻生物样品中使用的贮藏器和一种冷冻方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】涉及冷冻生物样品的至少部分的设备和方法
技术介绍
冷冻技术可用于保存生物材料。存在不同的方式来冷冻生物材料，以便保存它们。例如，冷冻干燥(冻干)是如下的过程：生物样品被冷冻，并且在冷冻步骤之后，从样品中移除水，使得样品以干燥状态存储。低温保存是冷冻生物样品的另一种方法。低温保存是如下的过程：生物材料被冷冻，并且然后以冷冻状态存储。低温保存是用于维持生物样品的长期活力以用于医学、生物技术和兽医学中的后续应用的技术。可为重要的是，生物材料被保存成使得生物材料的损坏或降解最小化。例如，人类卵母细胞或受精胚胎可作为体外受精(IVF)过程的部分而被低温保存，其中维持细胞活力是重要的考虑因素。低温保存涉及将样品冷却至典型地为-196摄氏度(℃)(液氮的沸点)的低温，并且可能将样品长时间维持在该低温下。通过将生物样品冷却至-196℃，原本将使样品降解的化学和/或酶反应的动力学被减缓到使得样品不再降解的程度。因此，生物样品可长时间存储，并且然后根据需要恢复到环境温度。低温保存在细胞治疗和基因治疗(尤其是免疫治疗)中特别有用。冷链(例如温度受控的供应链，其包括涉及低温保存的生物样品的生产、配送和存储的一系列阶段)可在这些治疗的有效临床递送中使用。在这样的冷链期间，可冷冻包括从患者提取的细胞的初始生物样品，以允许运输到所谓的制造中心。在制造中心处，细胞可被解冻并且例如通过培养细胞以增加细胞数量和/或通过处理细胞来制造。然后，制造的细胞可被低温保存以用于运输到诸如医院的临床递送中心，在临床递送中心处，制造的细胞可被解冻并递送给患者。由解冻之后的细胞存活和/或功能的可能性指示的细胞活力可取决于冷冻过程的多种因素，其中的一些因素可能是高度可变的和/或难以预测。在冷冻过程期间改善细胞活力是合乎期望的。附图说明图1示出了温度值和对应时间值的示例数据系列的表示；图2至图5示意性地示出了示例装置；图6和图7示意性地示出了从第一视角和第二视角观察的示例装置；图8示意性地示出了另一个示例装置；图9至图11示意性地示出了从第一视角、第二视角和第三视角观察的示例装置；图12至图14示意性地示出了从第一视角、第二视角和第三视角观察的另一个示例装置；图15至图19示意性地示出了示例冷却设备；图20示意性地示出了示例贮藏器(receptacle)；图21是涉及方法的示例的流程图；以及图22示出了温度值和对应时间值的示例数据系列的表示。具体实施方式与已知技术相比，本文中所呈现的设备和方法改善了对生物样品的冷冻期间的冰形成的控制。在示例中，提供了一种包括基部和贮藏器保持器的装置，贮藏器保持器包括至少两个部段，各个部段构造成以不同的热提取速率从样品的不同区域提取热能。不同的热提取速率允许在冷冻过程期间在样品内建立温度梯度，使得在样品的一个区域中发生冰成核，而在样品的第二区域中没有冰成核。照此，可减小样品中的过度冷却的程度，由此提高细胞活力。本文中的示例中所呈现的设备和方法使得能够以可重复且灵活的方式控制冰形成。根据本文中的示例中所呈现的设备和方法来控制冰形成促进改善对冷冻过程的控制。根据设备和方法的某些示例，将在以下描述中描述具体细节，以解释和扩展设备和方法的具体特征。冰形成是生物样品的冷冻中的重要考虑因素。当样品中的温度下降到低于样品的平衡熔点时，冰成核可能发生(围绕所谓的冰核颗粒)，随后是在整个样品中的冰晶生长。随着冰形成继续进行，诸如细胞的生物材料可集中在冰晶之间的溶质密集通道中。然后，这样的通道可例如(如)通过玻璃化而凝固。在冷冻相对小的样品(例如存储在低温小瓶中的样品)期间，如果均匀冷却，则整个样品可过度冷却至显著低于样品的平衡熔点的温度。过度冷却或过冷或低温冷却是指在流体不凝固的情况下将流体的温度降低超过其熔点的过程。一些样品可过度冷却至低于样品的熔点超过10℃。过度冷却的程度可随样品体积变化。特别地，较小的体积可比较大的体积过度冷却到更大的程度。当冰在过度冷却的样品中成核时，由于从结晶潜热释放的能量，样品中的温度可升高到接近样品的熔点。然后温度可快速降低，例如以比期望速率快得多的速率降低，这可影响解冻时的细胞活力。解冻之后的活力和/或功能可取决于经历冷冻/解冻过程的细胞的类型。图1示出了在对样品执行的冷冻操作期间样品中的温度值对时间的示例数据系列的表示100。表示100中的三条线中的各条对应于由放置在样品中的不同位置处的热电偶获得的测量温度数据。在图1的示例中，整个样品过度冷却到-15℃和-10℃之间，直到在大致1500秒(s)处发生冰成核，从而引起整个样品的温度快速跃变。在图1的示例中，样品不包含生物细胞，然而溶液中细胞的存在不影响在这样的溶液中的成核行为。在过度冷却的样品的一个或多个区域中的冰成核之后，冰晶的树枝状网络与冷冻浓缩材料的连续相共存，溶质和细胞可分布在该冷冻浓缩材料中。冰成核可为自发的。自发成核可为随机事件，并且因此本质上难以控制。例如，冰成核自发发生的温度可在不同样品之间变化。成核时形成的冰网络的结构和对应的冷冻浓缩基质可取决于成核发生的温度。备选地，冰成核可在被称为促进冰成核的过程中被诱发或触发。促进冰成核或异相冰成核可在比同相成核发生的温度更高的温度(例如更接近于样品的熔点)下发生。促进冰成核可涉及成核触发因子的使用。成核触发因子的示例包括：在低温容器的外侧上产生冷点；向样品中引入化学冰成核催化剂；以及施加超声波。然而，诱发冰成核的已知方法可能具有缺点。例如，已知的方法可能需要用户干预，使用非生物相容的化学成核剂，可能不能够以标准化的方式重复，或者甚至可能实施起来太昂贵和/或复杂。本文中的示例中所呈现的装置、贮藏器和方法允许在冷冻操作期间以可重复且灵活的方式控制冰形成。渐进凝固(其可另外被称为定向凝固)用于控制冰形成和减小样品的过度冷却程度。渐进凝固是指使样品典型地沿着轴线渐进地凝固的过程。例如，凝固可在样品的一个区域中开始，并沿着轴线通过样品朝向样品的第二区域进行。在渐进凝固中，冰成核可受限于凝固开始的样品区域，例如第一区域。渐进凝固可通过以下方式来实施：在样品内建立温度梯度，例如在较冷的第一区域和较热的第二区域之间建立温度梯度，并且允许样品沿着温度梯度的轴线从较冷区域到较热区域渐进地凝固。减少过度冷却可增加在样品解冻之后细胞存活的可能性，并且以标准化的方式控制冰成核的发生率和/或位置可允许减小冷冻程序的随机变异性。本文中在示例中提供了一种用于在冷冻贮藏器中的生物样品的至少部分中使用的装置。装置包括基部和贮藏器保持器。基部和贮藏器保持器可为一体形成的，或者可为单独的主体。贮藏器保持器构造成保持一个或多个贮藏器、容器、低温容器等。基部构造成由冷却器装置冷却。冷却器装置可为诸如斯特林低温冷却器的低温冷却器的部分，然而下文描述了可使用的冷却器装置的其它示例。装置的基部可能够由冷却表面接触。这样的冷却表面可为散热器的部分。在对样品执行的冷却操作期间，散热器可从样品吸收或提取热能。照此，装置的基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种用于在冷冻贮藏器中的生物样品的至少部分中使用的装置，所述装置包括：/n基部；以及/n贮藏器保持器，其包括：/n第一部段，其构造成在使用冷却器装置来冷却所述基部期间在由所述贮藏器保持器保持所述贮藏器的情况下以第一热提取速率从所述贮藏器的第一部分提取热能；以及/n第二部段，其构造成使得在使用所述冷却器装置来冷却所述基部期间在由所述贮藏器保持器保持所述贮藏器的情况下，经由所述第二部段从所述贮藏器的第二部分进行的热能提取的第二热提取速率小于所述第一热提取速率。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171222 GB 1721824.91.一种用于在冷冻贮藏器中的生物样品的至少部分中使用的装置，所述装置包括：
基部；以及
贮藏器保持器，其包括：
第一部段，其构造成在使用冷却器装置来冷却所述基部期间在由所述贮藏器保持器保持所述贮藏器的情况下以第一热提取速率从所述贮藏器的第一部分提取热能；以及
第二部段，其构造成使得在使用所述冷却器装置来冷却所述基部期间在由所述贮藏器保持器保持所述贮藏器的情况下，经由所述第二部段从所述贮藏器的第二部分进行的热能提取的第二热提取速率小于所述第一热提取速率。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一部段构造成至少部分地环绕所述第一部分，并且所述第二部段构造成至少部分地环绕所述第二部分。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一部段比所述第二部段更接近于所述基部。


4.根据权利要求1至3中的任一项所述的装置，其特征在于，所述第二部段构造成以所述第二热提取速率从所述贮藏器的所述第二部分提取热能。


5.根据权利要求1至4中的任一项所述的装置，其特征在于，所述第一热提取速率和所述第二热提取速率之间的差至少足以在所述贮藏器中的样品内建立温度梯度，使得在使用所述冷却器装置的冷冻操作期间，冰成核发生在所述样品的第一区域中，所述第一区域与所述贮藏器的所述第一部分接触，而在所述样品的第二区域中没有冰成核，所述第二区域与所述贮藏器的所述第二部分接触。


6.根据权利要求1至5中的任一项所述的装置，其特征在于，所述第一热提取速率和所述第二热提取速率之间的差使得对于所述贮藏器中的具有5毫升的体积的样品来说，在所述基部的冷却期间，所述样品的与所述贮藏器的所述第一部分接触的第一区域和所述样品的与所述贮藏器的所述第二部分接触的第二区域之间的温度差至少为15摄氏度。


7.根据权利要求1至6中的任一项所述的装置，其特征在于，所述第一部段包括金属，并且所述第二部段包括聚合物。


8.根据权利要求1至7中的任一项所述的装置，其特征在于，所述第一部段包括具有热流特性的第一值的第一材料，并且所述第二部段包括具有不同于所述第一值的所述热流特性的第二值的材料。


9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述热流特性是热导率。


10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第一值包括至少10W/mK的热导率。


11.根据权利要求9或权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第二值包括至多1W/mK的热导率。


12.根据权利要求1至11中的任一项所述的装置，其特征在于，所述基部包括板，并且所述第一部段是所述板的表面的部段。


13.根据权利要求1至11中的任一项所述的装置，其特征在于，所述基部包括板，并且所述装置进一步包括从所述板延伸的壁，其中，所述第一部段是所述壁的第一壁部段，并且所述第二部段是所述壁的第二壁部段。


14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述壁包括通过所述壁的开口。


15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述开口的第一宽度比所述开口的第二宽度更窄，所述第一宽度比所述第二宽度更接近于所述基部。


16.根据权利要求13至15中的任一项所述的装置，其特征在于，所述壁的基部部分比所述壁的非基部部分更宽，所述壁的所述基部部分比所述壁的所述非基部部分更接近于所述基部。


17.根据权利要求13至16中的任一项所述的装置，其特征在于，所述壁可滑动地安装在所述基部上。


18.根据权利要求1至17中的任一项所述的装置，其特征在于，所述贮藏器保持器构造成沿着远离所述基部延伸的冷冻操作温度梯度轴线保持所述贮藏器，所述第一部段包括第一表面，并且所述第二部段包括第二表面，与所述第一表面相比，所述第二表面距所述温度梯度轴线更远。


19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述贮...

【专利技术属性】
技术研发人员：G莫里斯，S拉姆，P基尔布赖德，
申请(专利权)人：阿西姆普托特有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB