سانتریفیوژ بانک خون: اصول جداسازی اجزای خون

سانتریفیوژ به عنوان وسیله‌ای کلیدی در بانک خون برای جداسازی هماتولوژیک اجزای خون کاربرد دارد؛ اجزای مختلف خون دارای چگالی و اندازه متفاوت هستند و تحت نیروی گریز از مرکز طی سانتریفیوژ از هم تفکیک می‌شوند. بر این اساس در یک دور سانتریفیوژ، خون کامل به پلاسما (چگالی کم)، لایه لکوسیت/پلاکت (لایه «بافی کوت») و گلبول‌های قرمز فشرده (چگالی بالا) جدا می‌شود.

هر یک از این فرآورده‌ها (گلبول قرمز متراکم، پلاکت و پلاسما) برای مصارف درمانی خاص خود کاربرد دارند؛ لذا جداسازی مؤلفه‌های خون، حداکثر بهره‌برداری از یک واحد خون را امکان‌پذیر می‌کند. علاوه بر این، انتقال مجزای اجزای خونی می‌تواند خطرات ناشی از تزریق خون کامل (مانند واکنش‌های آلرژیک، درجه حرارت و مواد محلول اضافی) را کاهش دهد. برای نمونه، حذف لکوسیت‌ها با عبور خون از فیلترهای داخل‌خط به‌عنوان بخشی از فرآوری موجب کاهش واکنش‌های تب‌نشان‌دهنده غیرهمولیتیک و سایر عوارض می‌شود. در نتیجه، سانتریفیوژکردن خون جهت تفکیک اجزای آن گامی اساسی در بانک خون است که هم به استفاده بهینه از اهدای خون کمک می‌کند و هم ایمنی پیوند خون را افزایش می‌دهد.

دلایل سانتریفیوژ کیسه‌های خون:

اصلی‌ترین انگیزه برای سانتریفیوژ واحدهای خون کامل، بهره‌گیری کارآمد از هر واحد اهدا شده است. با جداسازی خون کامل به اجزای تشکیل‌دهنده مانند گلبول‌های قرمز، پلاکت و پلاسمای خون، می‌توان هر جزء را به طور جداگانه ذخیره و به بیمارانی با نیازهای خاص تزریق کرد. این رویکرد باعث می‌شود یک واحد خون اهدا شده، چندین بیمار را پوشش دهد و از هدررفتن مؤلفه‌های غیرضروری جلوگیری شود.

به علاوه، تفکیک اجزا امکان تطبیق بهتر گروه خونی (مانند استفاده از گلبول قرمز یا پلاسما برای گروه‌های مختلف) و کاهش عوارض پس از تزریق را فراهم می‌کند. به‌عنوان مثال، جداسازی گلبول‌های قرمز و تزریق آن‌ها به همراه محلول‌های نگهدارنده استاندارد می‌تواند غلظت گلبول قرمز را بالا نگه داشته و نیاز به تعویض مکرر خون را کاهش دهد. همچنین، حذف مؤلفه‌های شایع‌تر مانند پلاکت یا پلاسما از گلبول قرمز، حجم تزریقی کمتر و خطرات ایمنی پایین‌تری (برای مثال وقوع پاسخ‌های ایمنی یا انتقال پاتوژن) ایجاد می‌کند. بدین ترتیب، سانتریفیوژکردن کیسه‌های خون برای جداسازی مؤلفه‌ها، ضمن بهینه‌سازی کاربرد واحدهای اهدایی، موجب ارتقای ایمنی فرآیند انتقال خون نیز می‌شود.

اصول فیزیکی جداسازی اجزای خون:

جداسازی خون کامل در سانتریفیوژ مبتنی بر شتاب گریز از مرکز نسبی RCF یا ×g است. شتاب گریز از مرکز مقدار نیروی گریز از مرکز اعمال‌شده به نمونه است که برابر حاصل‌ضرب مربع سرعت زاویه‌ای (دور در دقیقه) در شعاع روتور است. به عبارت دیگر، افزایش سرعت چرخش (rpm) و افزایش شعاع روتور موجب افزایش RCF و جداسازی سریع‌تر اجزای خون می‌شود. برای محاسبه RCF از رابطه زیر استفاده می‌شود:

g = 1.118×10^-5 × R × (rpm)²

که در آن R شعاع روتور (سانتی‌متر) و rpm سرعت چرخش (دور در دقیقه) است. لازم به ذکر است که یکسان کردن دوره‌های روتور روی سانتریفیوژهای مختلف موجب RCFهای متفاوتی می‌شود؛ بنابراین همیشه شتاب گریز از مرکز (×g) مدنظر قرار می‌گیرد.

در عمل، فرآیند سانتریفیوژکردن واحدهای خونی معمولاً شامل دو مرحله با شتاب‌های متفاوت است:

                سانتریفیوژ سخت (Hard Spin)

                سانتریفیوژ نرم (Soft Spin)

به طور خلاصه، کنترل دقیق شتاب سانتریفیوژ (RCF) و زمان آن برای تفکیک مطلوب اجزای خون حیاتی است. معمولاً سانتریفیوژ سنگین با RCF بالا و مدت طولانی برای جداسازی گلبول‌های قرمز و پلاسما به کار می‌رود و سانتریفیوژ سبک با RCF پایین‌تر برای جمع‌آوری پلاکت‌ها استفاده می‌شود. این دو دور (مشابه دور سخت و دور نرم) بر اساس روش مورد استفاده روش PRP یا بافی‌کوت اجرا می‌شوند تا ترکیب مورد نظر محصول خونی فراهم شود.

انواع کیسه‌های خون و نقش آن‌ها در فرآوری:

کیسه‌های خون به صورت چندکیسه‌ای (چند حفره‌ای) طراحی می‌شوند تا امکان جداسازی و انتقال اجزای خون تسهیل شود. مهم‌ترین انواع این کیسه‌ها عبارتند از:

                کیسه سه‌تایی  (Triple bag) یک کیسه اصلی و دو کیسه ماهواره. پس از سانتریفیوژ و جداسازی، گلبول‌های قرمز، پلاسما و پلاکت‌ها به ترتیب در کیسه‌های جداگانه ذخیره می‌شوند. به طور معمول این کیسه‌ها شامل محلول‌های ضدانعقادCPDA- 1 یا CPD+SAGM هستند و برای نگهداری پلاکت، یک کیسه اختصاصی ۵ روزه پیش‌بینی شده است.

                کیسه چهارتایی (Quadruple bag) یک کیسه اصلی و سه کیسه ماهواره. در این مجموعه، علاوه بر گلبول‌های قرمز و پلاسما، یک کیسه مخصوص پلاکت یا محلول نگهدارنده مانند SAGM و معمولاً یک کیسه اضافی برای محلول یا گاز اختصاصی وجود دارد. برای نمونه، کیسه‌های چهارتایی CPD-SAGM قادرند همزمان گلبول قرمز، پلاسما و پلاکت را (از طریق روش بافی کوت) از خون کامل جدا کنند.

                کیسه‌های مجهز به فیلتر (Leukodepletion) برخی کیسه‌های چندحفره‌ای دارای فیلتر داخل‌خط برای حذف لکوسیت‌ها هستند. در این سیستم‌ها، تمامی یا بخشی از خون پس از جمع‌آوری از یک فیلتر عبور می‌کند تا گلبول‌های سفید حذف شوند. به‌عنوان مثال، نوعی کیسه چهارگانه شامل فیلتر حذف پلاکت از خون کامل است که پس از عبور خون از فیلتر، تنها دو جزء  RBC  و پلاسما بدون پلاکت و فاقد لکوسیت دریافت می‌شوند. فیلترهای داخل‌خط معمولاً برای تهیه خون لکوسیت‌زدایی‌شده (کانسنتریت گلبول قرمز و پلاسمای لکوسیت‌زدا) به کار می‌روند.

این طراحی‌های مختلف کیسه، مجموعه‌ای از امکانات را برای فرآوری مؤثر فراهم می‌کنند. به‌عنوان مثال، کیسه‌های سه‌تایی و چهارتایی اجازه جداسازی استاندارد سه مؤلفه اصلی خون (گلبول قرمز، پلاسما، پلاکت) را می‌دهند، در حالی که وجود فیلتر داخل‌خط امکان تولید محصولات کم لکوسیت را نیز میسر می‌سازد.

انتقال اجزای خون با دستگاه  Expressor

پس از اتمام دور سانتریفیوژ، اجزای خون در کیسه اصلی تفکیک شده‌اند اما برای انتقال آن‌ها به کیسه‌های ماهواره‌ای، نیاز به عملیات مکانیکی است. در این مرحله معمولاً دهانه‌های اتصال (کِکَج‌ها) بسته شده و با تغییر وضعیت آن‌ها (باز و بسته کردن ورودی‌ها) هر جزء از خون به کیسه مربوطه هدایت می‌شود. این کار را می‌توان به صورت دستی یا با کمک دستگاهی به نام Expressor انجام داد.

دستگاه اکسپرسور معمولاً دارای صفحه فشاری شفاف یا مکانیزم فشاردهی منظم است که با اعمال فشار یکنواخت روی کیسه اصلی، مایع پلاسما یا PRP و سایر اجزا را به سمت کیسه‌های جانبی سوق می‌دهد. به این ترتیب، لایه گلبول قرمز، بافی‌کوت (پلاکت و لکوسیت) و پلاسما به ترتیب به کیسه‌های جداگانه منتقل می‌شوند. برای نمونه، یک اکسپرسور دستی می‌تواند با اعمال فشار ثابت روی کیسه اصلی، خون را به صورت یکنواخت به سه بخش مجزا تقسیم کند. این فرایند ضمن سرعت بخشیدن به انتقال اجزا، از آلودگی و اختلاط مجدد اجزا جلوگیری می‌کند و جداسازی ایده‌آل را تضمین می‌نماید.

دسته‌بندی سانتریفیوژها از نظر ظرفیت:

دستگاه‌های سانتریفیوژ خون بانک بر حسب ظرفیت بارکشی یا حجم روتور، در مدل‌های مختلف دسته‌بندی می‌شوند. به طور رایج، مدل‌های زیر وجود دارند:

                سانتریفیوژ ۴ لیتری (۴ کیسه): این مدل برای پردازش همزمان حدود ۴ واحد خون کامل طراحی شده است. در این سانتریفیوژها معمولاً ۴ کیسه 500 میلی‌لیتری (در مجموع تقریباً 2 لیتر) در یک دور قرار می‌گیرد.

                سانتریفیوژ ۱۲ لیتری (۱۲ کیسه): مدل‌های متوسط که ظرفیت چرخش حدود ۱۲ واحد خون را دارند. به عنوان مثال، دستگاه‌هایی مثل AFI KATRINA  یا Hettich Roto Silenta 630 rs می‌توانند ۱۲ کیسه 500 میلی‌لیتری را همزمان سانتریفیوژ کنند.

                سانتریفیوژ ۱۶ لیتری (۱۶ کیسه): مدل‌های بزرگ با توان پردازش حجم زیاد خون. برای نمونه، سانتریفیوژهایی مانند VIRA-AFI ALPHA می‌توانند تا ۱۶ کیسه ۵۰۰ میلی‌لیتری را در یک نوبت انجام دهند.

این دسته‌بندی ظرفیت به بیمارستان‌ها و مراکز انتقال خون انعطاف می‌دهد تا بسته به حجم پردازش مورد نیاز خود، دستگاه مناسب را انتخاب کنند. برای مثال، در مراکز کوچک‌تر با جمعیت اهداکننده کم، مدل‌های ۴ یا 12 کیسه‌ای کافی است؛ اما در بانک‌های خون بزرگ با حجم بالای اهداء، از سانتریفیوژهای ۱۲ یا ۱۶ کیسه‌ای استفاده می‌شود تا بهره‌وری بالا رود.

روش‌ها و فناوری‌های نوین در اروپا و آمریکا:

در سال‌های اخیر، مراکز انتقال خون اروپا و آمریکا به سوی اتوماسیون و بهبود فرآیندهای جداسازی مولفه‌های خونی حرکت کرده‌اند. طبق مطالعات اخیر، در اروپا روش مبتنی بر بافی کوت نیمه‌خودکار (که شامل چرخه سانتریفیوژ و سپس استخراج لایه بافی کوت و تسهیم آن است) به عنوان روش غالب استفاده می‌شود؛ در حالی که در آمریکا روش PRP (پلاسما غنی از پلاکت) دستی رایج است. هر دو روش نتایج قابل قبولی دارند، اما هر یک معایب و مزایای خاص خود را دارند.

هم‌زمان با این روش‌های سنتی، دستگاه‌ها و سیستم‌های نوینی برای خودکار کردن مرحله جداسازی معرفی شده‌اند. برای مثال، سیستم‌های نیمه خودکار مانند  LUXOmatic V2  توسعه یافته توسط LMB Technology GmbH کشور آلمان امکاناتی نظیر توزین خودکار و انتقال مکانیزه محتویات کیسه را فراهم می‌کنند تا خطاهای دستی و کاربر کمینه شود. فراتر از آن، سیستم‌های تمام خودکار نیز توسعه یافته‌اند.

به عنوان نمونه، دستگاه Atreus توسعه‌یافته توسط Terumo BCT اولین سامانه تمام خودکار بود که قادر به پردازش همزمان یک واحد خون کامل و تولید دو یا سه فراورده (گلبول قرمز، پلاسمای تازه منجمد و واحد پلاکت میان‌دوره) بود. پس از آن، سیستم پیشرفته‌تری به نام Reveos از همان شرکت معرفی شد که می‌تواند تا چهار واحد خون را طی حدود ۲۰ دقیقه پردازش کند. در پروتکل‌های C2  و C3 این دستگاه، با یک دور سانتریفیوژ همزمان گلبول قرمز (RCC) ، پلاسما و یک واحد میان‌دوره پلاکت (IPU) تولید می‌شود؛ بدین ترتیب اجزای خون حین چرخش از کیسه خارج می‌شوند که تفاوتی کلیدی با روش‌های نیمه‌خودکار سنتی است.

در کنفرانس‌ها و مقالات تخصصی نیز بارها نشان داده شده است که این اتوماسیون‌ها نه تنها کارایی و سرعت پردازش را بالا می‌برند، بلکه کیفیت ثابت‌تری را تضمین می‌کنند. به عنوان مثال مطالعه‌ای در اسپانیا نشان داد استفاده از Reveos نسبت به روش سنتی بافی کوت سبب کاهش نرخ ضایعات خون و افزایش هموگلوبین غلظت‌یافته در گلبول‌های قرمز شد. به طور کلی، روندهای اخیر شامل به‌کارگیری سامانه‌های بسته  (Closed systems)افزودنی‌های جدید جهت نگهداری پلاکت و پلاسما، و راهنمایی‌های جدید نظارتی (مانند دستورالعمل‌های FDA و EMA برای بهبود امنیت و اثربخشی تولید اجزای خون بوده است.

شرکت تحقیق و توسعه ویرا و تولید سانتریفیوژ بانک خون:

مجموعه شرکت‌های ویرا در ایران با تمرکز بر تولید، صادرات و واردات تجهیزات پیشرفته حوزه انتقال خون فعال است. شرکت تحقیق و توسعه ویرا با مشارکت مشترک (Joint Venture) کمپانی AFI کشور فرانسه (ژوئن سابق) سانتریفیوژهای مخصوص بانک خون را طراحی و تولید می‌کند. مونتاژ و ساخت این سانتریفیوژها در کارخانه مجموعه شرکت های ویرا واقع در شهر صنعتی البرز استان قزوین انجام می‌گیرد.

به عنوان مثال، نسل جدید سانتریفیوژ مدل VIRA-AFI ALPHA نتیجه سال‌ها تجربه و همکاری فنی بین ویرا و AFI است. این سانتریفیوژها با ظرفیت‌های مختلف (مطابق نیاز مراکز انتقال خون) و ویژگی‌هایی مانند سیستم‌های توزین اتوماتیک و کنترل شتاب گریز از مرکز طراحی شده‌اند. بنابراین، تولیدات شرکت ویرا زمینه افزایش خودکفایی کشور در حوزه فرآوری خون و تجهیزات آزمایشگاهی مرتبط را فراهم می‌آورد.