一种人工肝反应器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种人工肝反应器，其包括一输入总管；一输出总管；以及一个或者多个并联或串联的细胞培养瓶，所述细胞培养瓶连接在所述输入总管和所述输出总管之间，各个所述细胞培养瓶底部两侧分别配设有输入管和输出管，各所述输入管上分别设有蠕动泵；所述细胞培养瓶内设有隔离网，所述隔离网与所述细胞培养瓶底部之间装填有具有吸附功能的填充物，所述隔离网上面装载有片状载体，所述片状载体上贴附有肝细胞。所述蠕动泵和所述片状载体的设置可有效提高所述人工肝反应器的细胞载量、有效交换面积以及代谢交换效率。本发明专利技术还公开了制备所述人工肝反应器的方法以及一种包括所述的人工肝反应器的循环灌注式生物人工肝支持系统。

Artificial liver reactor and preparation method and application thereof

The invention discloses an artificial liver reactor, which comprises an input duct; an output duct; and one or more parallel or series of cell culture bottle, the cell culture bottle is connected with the input pipe and the output pipe between the individual, the cell culture bottle are respectively arranged on both sides of the bottom the input tube and the output tube, the input tube is respectively provided with a peristaltic pump; the cell culture bottle is provided with isolation network, the network isolation and the cell culture bottle filling between the bottom filler with adsorption function, the surface with segregation online chip carrier, the sheet carrier attached liver cell. The arrangement of the peristaltic pump and the sheet carrier can effectively improve the cell load, the effective exchange area and the metabolic exchange efficiency of the artificial liver reactor. The invention also discloses a method for preparing the artificial liver reactor and a circulating perfusion type bioartificial liver support system including the artificial liver reactor.

【技术实现步骤摘要】
一种人工肝反应器及其制备方法和应用
本专利技术属于生物医学
，具体涉及一种液气交互式生物人工肝反应器及其制备方法，还涉及含有所述人工肝反应器的循环灌注式生物人工肝支持系统。
技术介绍
肝脏是机体最重要的生命器官之一，具有复杂的结构和多种生理功能。然而肝功能衰竭严重影响着人们的健康。肝脏移植是从根本上治疗终末期肝病与肝功能衰竭的较好方法，但是由于受到供体肝脏匮乏、异种移植失败、费用高昂和需要长期使用免疫抑制剂等限制，仍有相当大一部分的患者不能进行肝脏移植。因此，肝脏疾病治疗急需寻求新的方法。对生物人工肝的研究是近年来有关肝功能衰竭治疗方式的热门课题，为肝病的治疗带来了新的希望，而生物人工肝系统对肝功能衰竭治疗效果最有影响的关键部分是其中的生物反应器。生物人工肝是利用生物反应器中肝细胞的部分功能，在对肝衰竭患者血浆中的毒性物质进行生物转化的同时，将多种生物活性物质分泌释放入患者的血液中，以改善维持患者内稳态的平衡。理论上，生物反应器的理想要求是：能容纳承载足够的肝细胞、肝细胞与反应器内的液体有充分相互接触和物质交换的时间、肝细胞在反应器内部分布均匀、生物相容性与安全性好、并且能够保障肝细胞的存活及功能。目前研究及应用于生物人工肝系统的生物反应器主要由以下4种：中空纤维生物反应器、平板单层生物反应器、灌注床或支架生物反应器和包被悬浮生物反应器。然而以上几种生物反应器在生物人工肝系统中的运用都存在着一定的缺陷。例如细胞载量少、有效交换面积小、细胞分布不均、代谢交换效率低下等问题。
技术实现思路
因此，针对现有技术中生物反应器的细胞载量少、有效交换面积小、细胞分布不均、代谢交换效率低下等技术问题，本专利技术的目的是提供一种细胞载量高、有效交换面积大、细胞分布均匀、代谢交换效率高的人工肝反应器。本专利技术的人工肝反应器包括：一输入总管，用于与上游的培养基或血浆管道连接；一输出总管，用于与下游的回收管道或血浆管道连接；以及一个或者多个并联或串联的细胞培养瓶，所述细胞培养瓶连接在所述输入总管和所述输出总管之间，各个所述细胞培养瓶底部两侧分别配设有输入管和输出管，所述输入管和所述输出管用于连接所述输入总管、各个所述细胞培养瓶和所述输出总管，各所述输入管上分别设有蠕动泵；所述细胞培养瓶内设有隔离网，所述隔离网与所述细胞培养瓶底部之间装填有具有吸附功能的填充物，所述隔离网上面装载有片状载体，所述片状载体上贴附有肝细胞。所述细胞培养瓶只有一个时，所述输入管与所述输入总管接通，所述输出管与所述输出总管接通。所述细胞培养瓶为并联的多个时，各所述输入管分别与所述输入总管接通，各所述输出管分别与所述输出总管接通。所述细胞培养瓶为串联的多个时，最上游的细胞培养瓶的输入管与所述输入总管接通，相邻上游的细胞培养瓶的输出管与下游的细胞培养瓶的输入管接通，最下游的细胞培养瓶的输出管与所述输出总管接通。本专利技术的一些较佳实施例中，所述细胞培养瓶数量为2～4个且并联连接，各所述输入管汇集与所述输入总管接通，各所述输出管汇集与所述输出总管接通，各所述输入管上和/或所述输出总管上设有流量控制阀；各所述蠕动泵和所述流量控制阀由一个集成电路控制器连接分别控制。所述输入管上设置蠕动泵和流量控制阀，所述输出总管上设置流量控制阀，可控制整个人工肝反应器形成灌流式系统，而通过集成电路控制器进行调节，可实现细胞培养瓶中液体上下连续或间歇缓慢升降，使细胞培养瓶中的液体和气体交替与所述片状载体和肝细胞充分接触。较佳的，所述片状载体为由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，化学式为COC6H4COOCH2CH2O)亲水纤维交织形成的平面结构或对开夹角的“V”型结构，所述片状载体表面和内部具有空隙，所述片状载体厚度为0.1～0.5mm，所述片状载体长和宽为3～10mm。较佳的，所述细胞培养瓶的瓶盖设有0.1～0.3微米的空气过滤器，优选0.22微米的高效空气过滤器(HEPA)；所述细胞培养瓶与所述输入管和所述输出管连接处设有0.1～0.3微米优选0.22微米的滤膜。较佳的，所述细胞培养瓶的瓶盖上或所述细胞培养瓶侧壁上设有一个采样端口。较佳的，所述片状载体上的细胞量为1×108～1×109个肝细胞/1g片状载体。较佳的，所述细胞培养瓶工作体积为0.5～10L，每个所述细胞培养瓶的片状载体装载量为5～100g。本专利技术的另一目的在于提供一种制备所述的人工肝反应器的方法，其包括步骤：(a)肝细胞接种，将片状载体浸泡在pH7.4的PBS溶液中进行水化24～72h，然后将水化后的片状载体在10～200μg/mL的胶原蛋白中室温包被30min～2h，吸去多余液体，用PBS或无血清培养基清洗3～4次，然后与肝细胞和培养基混合，混合比例为在106～108个肝细胞/1g片状载体/100mL培养基的比例上，摇动培养30min～2h使肝细胞贴附在片状载体上完成接种；(b)液气交互式培养，将步骤(a)接种后的片状载体和培养基加入组装好的人工肝反应器的各个细胞培养瓶中，封好瓶盖并将输入总管入口和输出总管出口密封，打开集成电路控制器，使蠕动泵带动培养基进行上下缓慢升降运动，在37℃，5％CO2环境中进行培养，通过检测片状载体上的细胞量，待细胞量达到108-109个肝细胞/1g片状载体时即制备成人工肝反应器。较佳的，步骤(a)中，肝细胞、片状载体和培养基混合比例为107～108个肝细胞/1g片状载体/100mL培养基。本专利技术的再一目的在于提供一种循环灌注式生物人工肝支持系统，其包括所述的人工肝反应器，还包括分别与所述人工肝反应器联通的血细胞-血浆分离器、血浆透析器、气体输入器、调节液输入器、恒温加热器，以及控制该系统各部分的中心控制器。其中血细胞-血浆分离器、血浆透析器、气体输入器、调节液输入器、恒温加热器均为现有生物人工肝系统常用的设备。所述的气体输入器包括氧气输入装置、二氧化碳输入装置和空气输入装置。所述的中心控制器包括蠕动泵控制模块、流量控制模块、气体输入控制模块、调节液输入控制模块、恒温控制模块和检测模块。其中，蠕动泵控制模块用于通过集成电路控制器控制蠕动泵的工作，流量控制模块用于通过集成电路控制器控制流量控制阀的工作，气体输入控制模块用于控制气体输入器的工作，调节液输入控制模块用于控制调节液输入器的工作，恒温控制模块用于控制恒温加热器的工作，检测模块用于监测系统状态并将检测信号反馈其他控制模块。所述循环灌注式生物人工肝支持系统的工作原理是，患者的动脉血由血液入口进入血细胞-血浆分离器，在内部中空纤维的半透膜作用下，血浆从血液中分离出来建立血浆循环。血细胞被浓缩，形成浓缩血细胞，最后在血液出口处血浆循环和浓缩血细胞汇合，重新形成血液回输人体。在上述循环中，有毒物质会被半透膜透析到血浆中，而所述人工肝反应器正好接入血浆循环中，经细胞培养瓶内的物理吸附解毒和肝细胞解毒及生物转化后，血浆中的有毒物质减少，肝细胞合成的物质增多，最后解毒后的血浆和血细胞混合成血液回输人体。本专利技术的有益效果：1、本专利技术的人工肝反应器的积极进步效果在于，一方面所述片状载体由PET亲水纤维交织形成，表面和内部有空隙，结合倾角设计可使肝细胞三维生长，同时所述片状载体表面具有空隙可提供足够的表面积(大于2500cm2/g)供肝细胞生长，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人工肝反应器，其特征在于，其包括：一输入总管，用于与上游的培养基或血浆管道连接；一输出总管，用于与下游的回收管道或血浆管道连接；以及一个或者多个并联或串联的细胞培养瓶，所述细胞培养瓶连接在所述输入总管和所述输出总管之间，各个所述细胞培养瓶底部两侧分别配设有输入管和输出管，所述输入管和所述输出管用于连接所述输入总管、各个所述细胞培养瓶和所述输出总管，各所述输入管上分别设有蠕动泵；所述细胞培养瓶内设有隔离网，所述隔离网与所述细胞培养瓶底部之间装填有具有吸附功能的填充物，所述隔离网上面装载有片状载体，所述片状载体上贴附有肝细胞。

【技术特征摘要】
1.一种人工肝反应器，其特征在于，其包括：一输入总管，用于与上游的培养基或血浆管道连接；一输出总管，用于与下游的回收管道或血浆管道连接；以及一个或者多个并联或串联的细胞培养瓶，所述细胞培养瓶连接在所述输入总管和所述输出总管之间，各个所述细胞培养瓶底部两侧分别配设有输入管和输出管，所述输入管和所述输出管用于连接所述输入总管、各个所述细胞培养瓶和所述输出总管，各所述输入管上分别设有蠕动泵；所述细胞培养瓶内设有隔离网，所述隔离网与所述细胞培养瓶底部之间装填有具有吸附功能的填充物，所述隔离网上面装载有片状载体，所述片状载体上贴附有肝细胞。2.如权利要求1所述的人工肝反应器，其特征在于，所述细胞培养瓶数量为2～4个且并联连接，各所述输入管汇集与所述输入总管接通，各所述输出管汇集与所述输出总管接通，各所述输入管上和/或所述输出总管上设有流量控制阀；各所述蠕动泵和所述流量控制阀由一个集成电路控制器连接分别控制。3.如权利要求1所述的人工肝反应器，其特征在于，所述片状载体为由聚对苯二甲酸乙二醇酯亲水纤维交织形成的平面结构或对开夹角的“V”型结构，所述片状载体表面和内部具有空隙，所述片状载体厚度为0.1～0.5mm，所述片状载体长和宽为3～10mm。4.如权利要求1所述的人工肝反应器，其特征在于，所述细胞培养瓶的瓶盖设有0.1～0.3微米的空气过滤器，所述细胞培养瓶与所述输入管和所述输出管连接处设有0.1～0.3微米的滤膜。5.如权利要求1所述的人工肝反应器，其特征在于，所述细胞培养瓶的瓶盖上或所述细胞培养瓶侧壁上设有一个采样端口。6.如权利要求1所述的人工肝反应器，其特征在于，所述片状载体上的细胞量为1×108～1×109个肝细胞/1g片状载体。7.如权利要求1所述的人工肝反应器，其特征在于，所述细胞培养瓶工作体积为0.5～10L，每...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴红平，金晓芳，曾敏，杨秋蕊，
申请(专利权)人：上海赛立维生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31