ES3050989T3 - A closed system cryopreservation device - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de criopreservación de sistema cerrado para la vitrificación de muestras biológicas incluye un cuerpo alargado, en uno de cuyos extremos se extiende un saliente troncocónico y una tapa alargada para encapsular herméticamente la muestra biológica con una cámara hueca alargada. La superficie interior de la cámara define un volumen troncocónico correspondiente al saliente, de modo que, al insertarse este, prácticamente toda su superficie interior está en contacto con su superficie exterior. El dispositivo presenta además un coeficiente de expansión térmica prácticamente uniforme. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0003] Un dispositivo de crioconservación de sistema cerrado

[0005] Antecedentes

[0007] Campo

[0009] El dispositivo descrito y reivindicado en la presente memoria pertenece al campo de los dispositivos para la crioconservación de muestras biológicas.

[0011] Descripción del problema y técnica relacionada

[0013] La crioconservación se practica en las ciencias de la vida con el fin de detener la actividad biológica en células valiosas durante un período prolongado de tiempo. Entre las técnicas usadas para la crioconservación está la vitrificación.

[0015] La vitrificación implica la transformación de una solución compuesta por una muestra biológica, es decir, un ovocito o un embrión, en un sólido amorfo similar al vidrio que está libre de cualquier estructura cristalina, seguido de un enfriamiento extremadamente rápido. Uno de los principales desafíos de este método es evitar que el líquido intracelular dentro del ovocito o embrión forme cristales de hielo. En consecuencia, la primera etapa es deshidratar la célula o las células tanto como sea posible usando fluidos que contienen crioprotectores denominados "medios de vitrificación". La muestra biológica se enfría luego rápidamente por inmersión en un fluido criogénico tal como nitrógeno líquido (LN2). Con una combinación adecuada de velocidad de enfriamiento y concentración de crioprotector, el agua intracelular alcanzará un estado sólido, inocuo, amorfo (vítreo) en lugar de un estado de hielo cristalino ordenado y dañino. La vitrificación se puede describir como un aumento rápido de la viscosidad del fluido que atrapa las moléculas de agua en una orientación aleatoria. Sin embargo, los medios de vitrificación pueden contener niveles relativamente altos de crioprotector que pueden ser tóxicos para las células, excepto en el estado vítreo. Como resultado, el tiempo de exposición de las células a los medios de vitrificación durante la deshidratación y el calentamiento debe controlarse cuidadosamente para evitar lesiones celulares y, en consecuencia, es deseable enfriar la muestra lo más rápido posible.

[0017] Este estímulo llevó al desarrollo de un método en el que la muestra biológica se sumerge directamente en el criógeno para lograr un enfriamiento rápido. Los dispositivos criocontenedores usados en esta técnica se clasifican como "abiertos" para su uso en un "sistema abierto" debido a que la muestra biológica está en contacto directo con el criógeno, por ejemplo, LN2. Los ejemplos incluyen rejillas de microscopía electrónica, pajuelas extraídas, el Cryoloop™, de Hampton Research Corp., de Aliso Viejo, California, EE. UU., y el Cryotop® ofrecido por KitaZato Biopharma Co. Ltd., de Fuji, Shizuoka (Japón). Los soportes abiertos también permiten un calentamiento rápido de la muestra biológica.

[0019] Sin embargo, el LN2 no es aséptico. Puede contener especies bacterianas y fúngicas, que son viables al calentarse. Además, se ha informado de que las células vitrificadas almacenadas a largo plazo en LN2 podrían infectarse por patógenos virales colocados artificialmente en dicho LN2. Por lo tanto, existe la posibilidad de infección de muestras biológicas vitrificadas en soportes abiertos. Como resultado, muchos países han prohibido los sistemas abiertos debido al alto riesgo de contaminación de las muestras.

[0021] El potencial de infección ha llevado al desarrollo de criocontenedores sellados donde la muestra biológica se coloca en un criocontenedor y se sella antes de enfriarla en LN2. El criocontenedor también sirve como un dispositivo de almacenamiento para aislarlo del criógeno durante el almacenamiento a largo plazo. Un sistema "cerrado" se refiere a un sistema de vitrificación que evita el contacto directo entre LN2 y el material biológico. Algunos ejemplos de criocontenedores cerrados incluyen Cryotip®, ofrecido por Irvine Scientific, y el "Cryotop® SC" de KitaZato. En ambos casos, los contenedores se sellan térmicamente para contener la muestra.

[0023] Otro ejemplo de un dispositivo criocontenedor para su uso en un sistema cerrado, es el de la patente de EE. UU. n.° 7,316,896, de Kuwayama et al., "Egg freezing and storing tool and method", que describe un criocontenedor cerrado para vitrificación. Este dispositivo comprende un tubo de plástico fino (nominalmente de 0,25 mm de diámetro exterior (O.D.) y un grosor de pared de 0,02 mm). Una muestra biológica típica contendrá un ovocito humano que tiene un O.D. de 0,125 mm. Se deshidrata con medios de vitrificación y luego se introduce en el tubo. Luego, ambos extremos del tubo se sellan térmicamente con un dispositivo de sellado térmico para crear un contenedor aséptico. Debido a que uno de los sellos térmicos se crea muy cerca de la muestra biológica, existe la preocupación de que el calor dañe la célula.

[0025] Del mismo modo, la Patente de EE. UU. n.° 8,372,633, "Kit for Packaging Predetermined Volume of Substance to be Preserved by Cryogenic Vitrification", de Clairaz et al., describe un concepto de criocontenedor cerrado de tipo tubo dentro de otro tubo. Ambos tubos están fabricados de plástico. El tubo interior se modifica para crear un canal en un extremo sobre el que se coloca la muestra biológica. El tubo interior cargado se coloca luego dentro del tubo exterior. Luego, el tubo exterior se sella térmicamente en el extremo de carga para crear un criocontenedor aséptico. Sin embargo, el sellado térmico requiere un dispositivo de sellado caro capaz de fundir el plástico de un criocontenedor de vitrificación. También añade otra etapa a un proceso que requiere velocidad para una ejecución segura.

[0027] Para abordar este problema, se presenta un dispositivo contenedor de sistema cerrado en la Solicitud de Publicación de EE. UU. 20090123996, de Chin, y con el título "Vitrification Device With Shape Memory Seal". Se describe que el dispositivo comprende un tubo de recogida de muestras en un extremo del cual se instala un tapón. El tubo de recogida, con la muestra, se inserta en una funda tubular hasta que el tapón se enganche a la funda. Luego, en lugar de sellar térmicamente, se instala un dispositivo de cierre separado en la funda taponada. El dispositivo de cierre comprende una tapa que se estira hacia abajo sobre el tapón mediante un material con memoria de forma que se contrae cuando se somete a bajas temperaturas, tal como cuando se sumerge en LN2. Un problema con este enfoque es que aumenta la complejidad del dispositivo criocontenedor y, debido a que los componentes están hechos de diferentes materiales, cada uno con su propio coeficiente de expansión térmica, se expanden o contraen a velocidades diferentes, lo que también puede interrumpir el sellado.

[0029] El documento US 2014/ 157798 A1 describe un dispositivo de almacenamiento criogénico, tal como un baño criogénico, para la crioconservación y/o vitrificación de una muestra biológica en un medio de congelación. También se describe un vial que puede usarse con el dispositivo de almacenamiento criogénico, que comprende un elemento de cierre que puede ser recibido de manera extraíble por el extremo abierto del vial. El elemento de cierre puede comprender un elemento de sellado deformable que proporciona un cono con forma de macho que se acopla de forma firme y segura a un correspondiente cono femenino de la pared interna del lumen del vial, por ejemplo, mediante un ajuste por fricción, para proporcionar un sello impermeable a prueba de fugas. En otras palabras, se puede crear y mantener un "sistema cerrado" dentro del lumen del vial para el almacenamiento sellado de una muestra en una variedad de entornos e intervalos de temperatura, incluso durante la vitrificación y el almacenamiento en nitrógeno líquido, sin la necesidad de proporcionar medidas de sellado adicionales o complementarias para proteger las muestras durante el almacenamiento y/o evitar que el nitrógeno líquido penetre en la cámara de retención de muestras del vial. El vial y el elemento de cierre se construyen preferiblemente del mismo material para garantizar las mismas propiedades de contracción térmica de los materiales respectivos.

[0031] El uso exitoso del dispositivo Cryolock para la crioconservación de esperma humano escaso y de espermatozoides testiculares se describe en el documento Andrology, 2015, 3, págs. 220-224 (A. Stein et al.).

[0033] Breve descripción de los dibujos

[0035] El presente dispositivo se describe con referencia a los dibujos adjuntos. En los dibujos, números de referencia iguales indican elementos idénticos o funcionalmente similares.

[0037] La FIG. 1 es una vista lateral de una realización ejemplar del dispositivo de crioconservación descrito;

[0039] La FIG. 2A ilustra un elemento de varilla de

[0041] La FIG. 2B ilustra una tapa para la realización mostrada en la FIG. 1;

[0043] La FIG. 3A es una vista detallada de un extremo del elemento de varilla;

[0045] La FIG. 3B es una vista detallada del extremo del elemento de varilla mostrado en la FIG. 3A, con el elemento de varilla girado 90° respecto al eje longitudinal;

[0047] La FIG. 4 es una vista fragmentada y detallada que ilustra la tapa acoplada al elemento de varilla; y

[0049] Las FIGs. 5A a 5D muestran varias formas ejemplares que pueden comprender la sección transversal perpendicular del dispositivo.

[0051] Descripción detallada

[0053] Por lo tanto, la presente invención proporciona un dispositivo de crioconservación de sistema cerrado como el reivindicado en la reivindicación 1, reivindicando las realizaciones preferidas en las reivindicaciones dependientes. Las varias realizaciones del dispositivo de almacenamiento por crioconservación de sistema cerrado se describen a continuación y sus ventajas se comprenden mejor haciendo referencia de las FIGs. 1 a 5D de los dibujos. Los elementos de los dibujos no están necesariamente a escala, sino que se hace hincapié en ilustrar claramente las nuevas características y principios de funcionamiento. En todos los dibujos, se usan números iguales para partes iguales y correspondientes de los varios dibujos.

[0055] Además, la referencia en la memoria descriptiva a “una realización”, “una de las realizaciones”, “varias realizaciones” o cualquier variante de las mismas significa que una característica o aspecto particular descrito junto con la realización particular se incluye en al menos una realización. Por lo tanto, la aparición de las frases “en una realización”, “en otra realización” o las variaciones de las mismas en varios lugares a lo largo de la memoria descriptiva no se refieren necesariamente a su realización respectiva.

[0057] Haciendo referencia a las FIGs. 1, 2A y 2B, un dispositivo 100 de crioconservación de sistema cerrado comprende una varilla 101 alargada y una tapa 102. La varilla comprende un cuerpo 108 que tiene una sección transversal generalmente uniforme que cambia abruptamente aproximadamente en la mitad de la varilla 101 a una protuberancia 103 troncocónica. En la transición del cuerpo 108 a la protuberancia 103 se forma un hombro 115 que tiene una superficie generalmente plana orientada aproximadamente perpendicularmente al eje longitudinal de la varilla 101. Una punta 104 de recogida de muestras se extiende desde el extremo estrecho de la protuberancia 103. La tapa 102 comprende un extremo 116 abierto que tiene una superficie generalmente plana en la que se define una abertura 117 circular. La abertura 117 está en comunicación con una cámara 105 hueca alargada definida a lo largo del eje longitudinal de la tapa 102 y dimensionada para alojar la punta 104 y la protuberancia 103. La tapa 102 comprende preferiblemente la misma forma de sección transversal que la varilla 101, por ejemplo, hexagonal (FIG. 5A), triangular (FIG. 5B), cuadrada (FIG. 5C), circular (FIG. 5D) o similares, y dimensiones de sección transversal aproximadamente iguales. Además, una característica estructural ventajosa y opcional es una muesca 118a, b circunferencial dispuesta cerca de los extremos de la varilla 101 y la tapa 102, respectivamente, mediante la cual el dispositivo 100 puede sujetarse con unas pinzas, haciendo que el dispositivo 100 sea más fácil de sujetar.

[0059] Cuando se va a vitrificar una muestra (ovocito o embrión), se recoge y procesa según, por ejemplo, el protocolo descrito anteriormente, y luego se deposita en la punta 104 de recogida de muestras. La punta 104 se inserta luego en la cámara 105 alargada a través de la abertura 117 y la tapa 102 se presiona para que quede en su lugar, hasta que la superficie plana del extremo 116 abierto se asiente contra la superficie plana del hombro 115. En consecuencia, se apreciará que una superficie plana debe ser sustancialmente paralela a la superficie plana opuesta.

[0061] Las FIGs. 3A y 3B son vistas detalladas, una girada 90° con respecto a la otra, de la parte de la varilla 101 que comprende la protuberancia 103 y la punta 104. La protuberancia 103 comprende un primer diámetro exterior (O.D.) 106 en la base del tronco adyacente al hombro 115, y un segundo O.D. 107 en el extremo distal de la protuberancia 103.

[0063] Haciendo referencia ahora a la FIG. 4, la tapa 102 se muestra asentada contra el hombro 115 del elemento 101 de varilla, de manera que la punta 104 y la protuberancia 103 queden alojadas dentro de la cámara 105 hueca. Se apreciará que las proporciones ilustradas en esta vista son exageradas y no están a escala para mostrar claramente las características dimensionales de la tapa 102 y la protuberancia 103 y el acoplamiento mutuo de las dos piezas. En consecuencia, las proporciones o dimensiones que pueden sugerirse en la FIG. 4 no deben interpretarse como limitantes de ninguna dimensión a un valor particular, a menos que se definan expresamente en la presente memoria.

[0065] Como se muestra, la protuberancia 103 incluye un primer O.D. 106 que es mayor que un segundo O.D. 107 y el diámetro de la protuberancia se estrecha desde el primer O.D. 106 hasta el segundo O.D. 107 según un ángulo 114A. La cámara 105 hueca comprende una primera sección definida desde el extremo 116 abierto de la tapa 102 y que está configurada con un primer diámetro interior (I.D.) 111 ubicado en la abertura 117 y un segundo I.D. 112, de manera que el primer I.D. 111 sea mayor que el segundo I.D. 112, disminuyendo según el ángulo 1114B. La segunda sección de la cámara 105 comprende una parte alargada que tiene un tercer I.D.

[0066] 113 que está dimensionado para alojar la punta 104. Por lo tanto, la superficie interior de la primera sección de la cámara 105 hueca define un espacio troncocónico.

[0068] En esta realización, los ángulos 114A y 114B son aproximadamente iguales, preferiblemente dentro de una tolerancia del 0,1 %. El grado de estrechamiento debe ser relativamente ligero, no más de aproximadamente 1,5°, y preferiblemente de aproximadamente 0,5°. Por lo tanto, el primer I.D. 111 es mayor que el primer O.D.

[0069] 106, y el segundo I.D. 112 es mayor que el segundo O.D. 107, en ambos casos en no más de aproximadamente un 0,1%. En consecuencia, el espacio troncocónico definido por la superficie interior de la cámara 105 hueca corresponde al volumen de la protuberancia 103 troncocónica, de manera que cuando la tapa 102 se asienta sobre el cuerpo 108, la punta 104 de recogida de muestras queda encerrada dentro de la segunda sección de la cámara 105 hueca y sustancialmente toda la superficie interior de la sección troncocónica de la cámara 105 está en contacto con la superficie exterior de la protuberancia 103. De esta manera, la cámara 105 hueca se sella contra la entrada de LN2 cuando la tapa 102 está correctamente instalada sin tener que realizar una etapa adicional de sellado térmico del dispositivo.

[0071] Además, tampoco hay necesidad de una junta. Típicamente, tales juntas están compuestas de un material flexible y elástico adecuado para su uso con LN2, tal como silicio. Sin embargo, el silicio posee un coeficiente de expansión térmica diferente del material rígido usado para formar el cuerpo y la tapa.

[0073] Por otro lado, la varilla 101 y la tapa 102 están hechas del mismo material rígido que es adecuado para la inmersión en sustancias criogénicas, para que ambas piezas muestren el mismo coeficiente de expansión térmica. Se pueden usar varios polímeros: poliéster (por ejemplo, tereftalato de polietileno, tereftalato de polibutileno); poliolefina (por ejemplo, polietileno, polietileno de peso molecular ultra alto, polipropileno, copolímero de etileno-propileno, copolímero de etileno-acetato de vinilo), resina de estireno (por ejemplo, poliestireno, copolímero de metacrilato-estireno, copolímero de metacrilato-butileno-estireno); y poliamida (por ejemplo, nailon 6, nailon 66). Preferiblemente, tanto la varilla 101 como la tapa 102 están formadas por un cristal de poliestireno de calidad médica. Por lo tanto, los volúmenes de ambas piezas se expanden o contraen en respuesta a la temperatura a la misma velocidad, lo que asegura que la superficie interior de la parte troncocónica de la cámara hueca permanezca en contacto sustancialmente total con la superficie exterior de la protuberancia 103, manteniendo el sellado proporcionado por la tapa. Por lo tanto, el dispositivo mantiene un sellado igualmente seguro tanto a temperatura ambiente como a bajas temperaturas criogénicas, lo que facilita una conducción de temperatura sustancialmente uniforme en todo el volumen del dispositivo.

[0075] Como se ha descrito anteriormente y se muestra en los dibujos asociados, la presente invención comprende un dispositivo de crioconservación de sistema cerrado. Si bien se han descrito realizaciones particulares, se entenderá, sin embargo, que la presente invención no se limita a las mismas, ya que los expertos en la técnica pueden realizar modificaciones dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas, particularmente a la luz de las enseñanzas anteriores.

Claims (6)

1. REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo (100) de crioconservación de sistema cerrado para la vitrificación de muestras biológicas, comprendiendo dicho dispositivo (100) de crioconservación:

un cuerpo (108) alargado que comprende un primer eje longitudinal y una forma de sección transversal perpendicular;

una protuberancia (103) troncocónica que tiene una superficie exterior y que se extiende desde un primer extremo de dicho cuerpo (108) alargado, en donde un hombro (115) que tiene una primera superficie plana orientada perpendicularmente a dicho primer eje longitudinal se forma en la transición entre dicho cuerpo (108) y dicho saliente (103);

una punta (104) de recogida de muestras que se extiende desde dicha protuberancia (103); y

una tapa (102) alargada para cerrar herméticamente dicha punta (104) de recogida de muestras, comprendiendo dicha tapa (102) un segundo eje longitudinal y una forma de sección transversal perpendicular, teniendo dicha tapa (102) un primer extremo (116) que tiene una segunda superficie plana orientada perpendicularmente a dicho segundo eje longitudinal, definiéndose una abertura (117) en dicha segunda superficie plana, estando la abertura (117) en comunicación con una cámara (105) hueca alargada que se extiende a lo largo de dicho segundo eje longitudinal y que tiene una longitud suficiente para alojar dicha punta (104) y dicha protuberancia (103), dicha cámara (105) hueca que comprende una primera sección y una segunda sección, en donde la primera sección se define desde el primer extremo (116) de la tapa (102) y se configura con un primer diámetro interior (111) ubicado en la abertura (117) del primer extremo (116) y un segundo diámetro interior (112) en el extremo opuesto de la primera sección, siendo el primer diámetro interior (111) mayor que

el segundo diámetro interior (112), correspondiendo dicha segunda sección a dicha punta (104) de recogida de muestras, comprendiendo la segunda sección una parte alargada que tiene un tercer diámetro interior (113) que está dimensionado para alojar dicha punta (104) de recogida de muestras, en donde dicha cámara (105) hueca comprende una superficie interior troncocónica en dicha primera sección que define un espacio troncocónico con un volumen correspondiente a dicha protuberancia (103) troncocónica, de manera que cuando dicha protuberancia (103) se inserta en dicha cámara (105) hueca, dicha protuberancia (103) llena sustancialmente todo el espacio troncocónico de dicha primera sección de dicha cámara (105) hueca cuando dicha segunda superficie plana está asentada contra dicha primera superficie plana y sustancialmente toda dicha superficie interior está en contacto con dicha superficie exterior de dicha protuberancia (103), en donde dicha protuberancia (103) troncocónica comprende un diámetro exterior (106, 107) y dicho espacio troncocónico comprende un diámetro interior (111, 112, 113), y en donde dicho diámetro interior (111, 112, 113) es mayor que dicho diámetro exterior (106, 107) en todos los puntos, pero no más de aproximadamente el 0,1 %;

en donde dicho dispositivo (100) comprende un coeficiente de expansión térmica sustancialmente uniforme; en donde el dispositivo (100) comprende además un primer ángulo (114A) definido por una disminución del diámetro (106, 107) de dicha protuberancia (103) troncocónica y un segundo ángulo (114B) definido por una disminución del diámetro (111, 112, 113) de dicho espacio troncocónico, en donde dichos primer y segundo ángulos (114A, 114B) son sustancialmente iguales, y en donde dichos primer y segundo ángulos (114A, 114B) no son mayores de aproximadamente 1,5°.

2. El dispositivo (100) de crioconservación de sistema cerrado de la Reivindicación 1, que comprende además al menos una muesca (118a, 118b) circunferencial definida en dicho cuerpo (108) o en dicha tapa (102).

3. El dispositivo (100) de crioconservación de sistema cerrado de la Reivindicación 1, en donde dicha forma de sección transversal de dicho cuerpo (108) es una de circular, rectangular, triangular y hexagonal.

4. El dispositivo (100) de crioconservación de sistema cerrado de la Reivindicación 1, en donde dicho cuerpo (108) y dicha tapa (102) comprenden el mismo material.

5. El dispositivo (100) de crioconservación de sistema cerrado de la Reivindicación 4, en donde tanto la varilla (101), que comprende el cuerpo (108) alargado, la protuberancia (103) troncocónica y la punta (104) de recogida de muestras, como la tapa (102) comprenden un poliestireno cristalino.

6. El dispositivo (100) de crioconservación de sistema cerrado de la Reivindicación 1, en donde dichos primer y segundo ángulos (114A, 114B) son de aproximadamente 0,5°.