Design, verification and validation of a novel large-volume production of ghost cells

• Konstruktion, Verifizierung und Validierung einer neuartigen Großmengenproduktion von Ghost Cells

Schöps, Malte; Steinseifer, Ulrich (Thesis advisor); Jupke, Andreas (Thesis advisor)

Düren : Shaker Verlag (2022)
Buch, Doktorarbeit

In: Aachener Beiträge zur Medizintechnik 68
Seite(n)/Artikel-Nr.: XI, 122 Seiten : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

(1) Mechanische Herz-Kreislauf-Unterstützung basiert größtenteils auf bewegten Aktoren im Organismus Blut, wie beispielsweise die Rotoren von Zentrifugalblutpumpen. Sobald diese Systeme bei der Therapie von Patienten zum Einsatz kommen, wird das Blut außerordentlichen Belastungen ausgesetzt. Die Hämolyse ist, neben der Thrombozytenaktivierung, nach wie vor eine der größten Herausforderungen bei der Entwicklung von mechanischen Herz-Kreislauf-Unterstützungssystemen. Sobald die Schubspannungen einen Schwellwert überschreiten, reißt die Membran der roten Blutkörperchen und führt zu deren Zerstörung — der Hämolyse. (2) Um dieses Phänomen genauer zu untersuchen, entwickelten Jansen et al. die sogenannte Fluorescent Haemolysis Detection Method (FHDM). Mit dieser Methode wird zusätzlich zu der bisher bewährten zeitlichen und quantitativen Hämolyse-Evaluierung auch eine räumliche Auflösung auf Basis von Ghost Cells realisiert. Ghost cells bezeichnen rote Blutkörperchen mit reduzierter intrazellulärer Hämoglobinkonzentration. Limitiert ist die FHDM jedoch durch das geringe Volumen an Ghost Cells, das bisher produziert werden konnte. Größere Volumina würden es erlauben, diese Methode auch an mechanischen Herz-Kreislauf-Unterstützungssystemen realer Größe und gemäß internationaler Normen durchzuführen. (3) Durch die Implementierung einer Halbautomatisierung in das etablierte manuelle Verfahren mittels eines neuartigen Großvolumen-Batch-Produktionssystems (LVBPS) konnte die Produktivität um das 22-fache und die Effizienz um das 34-fache erhöht werden. Zeitaufwändige manuelle Arbeiten wie z. B. das Pipettieren, werden nun durch sensorgesteuerte Verfahrenstechnik automatisiert. Neben der gesteigerten Effizienz sorgt die Prozessüberwachung für konstante Prozessparameter und für eine Teilautomatisierung der Produktion. Darüber hinaus konnten die Eigenschaften des Blutersatzfluids wie Rheologie und Verformbarkeit im Vergleich zur manuellen Produktion beibehalten oder sogar verbessert werden. Mit Hilfe des LVBPS wurde das Ziel, große Mengen an Ghost Cells herstellen zu können, erfolgreich umgesetzt.