CN100337698C - 离体式生物人工肝的肝支持装置 - Google Patents

Abstract

一种离体式生物人工肝的肝支持装置，它包括有均与生物反应器连通的培养液循环机构和患者血浆循环机构，患者血浆循环机构是由血浆蠕动泵、血浆袋经血浆输送管与生反应器中穿过外腔的由中空纤维构成的血浆通路一起构成的循环通路，培养液循环机构是由培养液蠕动泵、培养液瓶、氧气弥散管通过培养液输送管与生物反应器中穿过外腔的由中空纤维构成的培养液通路一起构成的循环通路，血浆循环通路上有氧合装置。它可以在更多地保留患者血液中对人体有益物质的基础上，只需用少量的正常人的血浆，在离开人体的情况下，通过生物反应器中的高活性肝细胞长时间地对患者的血浆进行特异性解毒代谢与生物作用，简化操作程序，提高人工肝的质控和安全性。

Description

离体式生物人工肝的肝支持装置

(一)、所属技术领域

本发明涉及一种医疗设备，特别是一种主要用于临床肝衰竭治疗的体外生物人工肝的肝支持装置。

(二)、技术背景

目前常用的人工肝支持装置有血浆置换型人工肝支持装置和培养肝细胞生物型人工肝支持装置两大类。

血浆置换型人工肝支持装置主要是由分离器、血泵、孟菲氏管和液管构成，它是用正常人的新鲜冷冻血浆去替换患者体内含有毒性物质的血浆。使用时，以穿刺的方式将其输入口和输出口均与患者的血管连通，通过分离器将患者血液中的血浆分离出来，并将这种含有毒性物质但也有对人体有益物质的血浆一同丢弃，同时将正常人的新鲜冰冻血浆注入患者体内，从而使患者的血液得到净化，实现肝解毒的目的。这种装置不仅可以机械性地去除患者体内的毒性物质，而且还可以人为补充肝衰竭患者体内缺乏的生物活性物质，因此属于一种介于物理型与生物型之间的人工肝支持方法，它又被称为“中间型”的人工肝。该疗法的缺陷是：需消耗大量新鲜冷冻血浆，一般每次需要3000～4000ml；易发生人类免疫缺陷病毒(HIV)、肝炎病毒等的经血传播；少数患者可出现过敏反应；置换过程中同时去除了患者体内有益的物质，包括患者病情恢复所需的肝再生因子。

培养肝细胞生物型人工肝支持装置是使用最能体现正常肝脏功能的培养肝细胞为生物材料，不仅为肝衰竭患者代偿肝脏的解毒、生物合成功能以及稳定内环境、阻断恶性循环提供了可能，而且为具有强大再生能力的肝组织再生提供了条件和时间，因而成为人工肝的先进代表。在CN2426361Y中公开的名称为“混合生物人工肝支持装置”的发明专利书就是这种生物型人工肝支持装置的代表，该生物人工肝支持装置在治疗肝衰竭中尚存在如下的不足。

首先，由于它在使用过程中，必须与患者的血路连通，实施时间较长，一般每次至少6～8小时以上，而且为了给肝衰竭患者提供更强有力的肝支持，人们希望体外生物人工肝支持装置的治疗时间愈长愈好。但治疗过程中长时间的在体、连续血液循环，不仅生物反应器内的肝细胞的活性较难维持，而且由于肝衰竭患者因本身病情危重、血液动力学改变较大而难以耐受，故实际治疗过程中难以进行长时间支持。

其次，传统体外生物人工肝支持系患者血液流经生物反应器，通过半透膜与培养的肝细胞进行作用，然后返回体内，如此反复循环，达到人工肝治疗目的。由于目前生物人工肝的生物材料主要是猪肝细胞和肿瘤来源的细胞株，在体、连续血液循环(在线式)复杂的因素往往造成反应器微漏和破膜现象，使猪肝细胞及猪逆转录病毒、肿瘤细胞及基因产物进入血液，造成不良后果，故其生物安全性很难保证。

再则，从理论上，理想的生物人工肝支持系统应该具备肝脏特异性解毒代谢与生物合成两大功能。其中，分泌具有促进肝细胞再生的活性物质是生物人工肝重要的功能之一。然而，在实际治疗中，生物人工肝的肝特异性解毒功能、生物合成及转化功能以及促进肝再生功能均难以准确评价，从而也就难以根据患者病情制备肝细胞和生物反应器，以保证肝支持效果。

(三)、发明内容

本发明的目的就是提供一种结构简单、使用方便和运行可靠的离体式生物人工肝的肝支持装置，它可以在更多地保留患者血液中对人体有益物质的基础上，只需用少量的正常人的血浆，在离开人体的情况下，通过生物反应器中的高活性肝细胞长时间地对患者的血浆进行特异性解毒代谢与生物作用，极大地简化了操作程序，提高人工肝的质控和安全性。

本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有均与生物反应器连通的培养液循环流动机构和患者血浆循环流动机构，患者血浆循环流动机构是由血浆蠕动泵、血浆袋经血浆输送管与生反应器中穿过生物反应器外腔的由中空纤维构成的血浆通路一起构成的循环通路，其特征在于：培养液循环流动机构是由培养液蠕动泵、培养液瓶、氧气弥散管通过培养液输送管与生物反应器中穿过生物反应器外腔的由中空纤维构成的培养液通路一起构成的循环通路，构成患者血浆循环流动机构的循环通路上设置有氧合装置。

本发明的工作原理是这样的：

1、将现有的血浆分离置换装置与患者血液相通，即通过穿刺针将该装置的输入通道与患者动脉或静脉连通，输出通道也通过穿刺与患者静脉连通，以实现血液由“动脉(或静脉)-血浆分离置换装置-静脉”的循环通路。以一定速度将患者血液循环入血浆分离转换装置，该装置把血液分成无形的且带有毒性物质的血浆和有形血细胞为主的血液浓缩成分，分离出的血浆经分离血浆输出端、液管输送至无菌回收袋内。血液浓缩成分经血液浓缩成分输出管、孟菲氏管、输出通道流回患者体内。与此同时，在模块控制电路的作用下，新鲜冰冻血浆由血浆置入通道以血浆分离等同的速度，输入孟菲氏管，与血液浓缩成分混合，经输出通道流回患者体内。此过程反复进行，直至收集足需要进一步处理的患者血浆量(3000～4000ml)为止，该收集时间一般只花1～2小时。此为第一步骤，兼有收集生物反应机构处理血浆和以正常人新鲜冰冻血浆来置换肝衰竭患者有毒血浆的作用，达到初步净化血液的目的。此步结束后撤血路，完成第一次中间型人工肝治疗。

2、将本发明置于CO₂培养箱中，把收集到的大量患者血浆放置于本发明的血浆袋中，在血浆蠕动泵的作用下，使患者血浆在患者血浆循环流动机构中循环流动。同时，在培养液蠕动泵的作用下，使培养液瓶中的培养液在培养液循环流动机构中循环流动。将具有正常肝功能的肝细胞聚集球形体接种培养于生物反应器的外腔中，患者血浆通过生物反应器时，通过中空纤维上的微孔即半透膜与外腔中的具有正常肝功能的肝细胞进行双向物质交换与交流，也就是说，肝细胞对患者血浆中的毒性物质进行特异性的摄取、转换、代谢，同时合成、分泌、释放大量生物活性物质进入患者血浆，如此反复，患者血浆在以生物的方式进行彻底地解毒的同时，又补充了人体所需的大量生物活性物质。培养液循环流动机构中循环流动的培养液在通过生物反应器时，通过中空纤维的半透膜与外腔中的肝细胞进行双向物质交换与交流，也就是说，培养液为外腔中的肝细胞提供丰富的氧气及营养物质，以维持肝细胞的活性，同时，培养液又带出肝细胞代谢解毒的产物。由于本发明是在体外情况下对患者血浆进行生物作用和解毒处理，因此，它可以长时间随意工作，不影响患者本身。氧合装置10主要作用是进一步为反应器内的肝细胞供氧，以维持肝细胞的活性。

3、以上述通过本发明进行生物作用后的患者血浆为原材料，择期酌情再以第1步方式通过血浆分离置换装置置入患者体内，同时又获得需要再次进行生物处理的带有毒性物质的患者血浆。此过程与第1步相同，所不同的是所用血浆不是正常人新鲜冰冻血浆而是经过本发明进行体外生物人工肝作用和处理的患者本人自身血浆，故兼有生物人工肝和中间型人工肝治疗。

上述三个步骤为一个周期，可不断以“血浆置换-生物反应-血浆置换”的模式进行下去，直到患者肝衰竭控制，过渡到肝移植或肝脏已有效再生，肝功能恢复为止。由此可见，本发明是一种不同于传统模式的新型杂交型体外生物人工肝，他克服了目前所用生物人工肝和中间型人工肝的缺陷和不足，将在肝衰竭的过渡支持与治疗中发挥重要作用。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

1.结构合理，使用方便，运行可靠。

2.采用现有的血浆置换机构获取患者的血浆，除首次以正常人新鲜冰冻血浆为原料外，以后置换均以患者自身的经过本发明处理后的血浆为原料，从而显著地节省了大量的新鲜冰冻血浆，明显降低病毒感染机会。

3.本发明不直接与患者血液循环相连通，避免了对患者血液动力学的过多影响，不存在长时间治疗所致患者不能耐受的问题，从而可在体外长时间作用，简化了生物人工肝的操作过程和治疗程序。

4.以血浆为原料进行体外循环和生物作用，减少了对血细胞的影响，而且可以长时间、高速循环，使对血浆的生物作用和净化处理更完善。

5.在本发明中辅以氧合装置、血浆吸附器，可更好地维护培养肝细胞的活性。其中，血浆吸附器有物理解毒作用，氧合装置为肝细胞提供必需的氧供。

6.生物反应器配备培养液循环装置，不仅可对肝细胞进行有效培养，而且可将肝细胞摄取的血浆毒素、代谢产物排出，使细胞活力和作用更好。

7.本发明的核心为立体交叉排列的中空纤维和肝细胞聚集球形体组成的新型生物反应器，其结构合理、中空纤维数量多、面积大。肝细胞聚集球形体在不同中空纤维支架层中附壁生长，呈三维立体状，细胞分布均匀，密度高，细胞数量大，肝细胞数量可达300g，功能强大，可发挥优良的肝支持与治疗作用。

8.由于设置了控制器，使本发明处于可控条件下，不受治疗情况的干扰和影响，便于随时检查、更换细胞，也方便于各种安全性指标的和质控指标的检测、纠正和治疗效果的观测。

(四)、附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的结构原理图；

图2为图1中的生物反应器的结构示意图；

图3为图2中A-A的剖视图。

图中：1.生物反应器；2.培养液蠕动泵；3.培养液瓶；4.氧气弥散管；5.培养液输送管；6.血浆蠕动泵；7.血浆袋；8.血浆输送管；9.吸附器；10.氧合装置；11.控制器；12.壳体；13.外腔；14.中空纤维；15.血浆通路；16.培养液通路。

(五)、具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1所示，本发明包括有均与生物反应器1连通的培养液循环流动机构和患者血浆循环流动机构，患者血浆循环流动机构是由血浆蠕动泵6、血浆袋7经血浆输送管8与生反应器1中穿过生物反应器1外腔的由中空纤维构成的血浆通路一起构成的循环通路，其特征在于：培养液循环流动机构是由培养液蠕动泵2、培养液瓶3、氧气弥散管4通过培养液输送管5与生物反应器1中穿过生物反应器1外腔的由中空纤维构成的培养液通路一起构成的循环通路，构成患者血浆循环流动机构的循环通路上设置有氧合装置10。氧合装置10主要作用是进一步为反应器内的肝细胞供氧，以维持肝细胞的活性。

如图1所示，在由血浆袋7、血浆蠕动泵6、生物反应器1的血浆通路构成的循环通路上设置有吸附器9。吸附器起机械吸附患者血浆毒素的作用，以减轻肝衰竭患者有毒血浆对生物反应器中正常肝细胞的毒副作用，同时也辅助地吸附毒素。

如图1所示，在由血浆袋7、血浆蠕动泵6、生物反应器1的血浆通路构成的循环通路上设置有控制器11。控制器11内有pH、温度、氧饱和度等监测控制器，使患者血浆的上述参考符合生理条件。

如图2、3所示，生物反应器1可以是由多根穿过壳体12构成的外腔13并呈立体交叉排列的中空纤维14构成，其中一部分中空纤维14构成只能通过血浆的血浆通路15，其余部分中空纤维14构成只能通过培养液的培养液通路16，外腔13与血浆通路15、培养液通路16之间通过中空纤维14上的微孔彼此相通。

Claims (4)

1.一种离体式生物人工肝的肝支持装置，它包括有均与生物反应器(1)连通的培养液循环流动机构和患者血浆循环流动机构，患者血浆循环流动机构是由血浆蠕动泵(6)、血浆袋(7)经血浆输送管(8)与生反应器(1)中穿过生物反应器(1)外腔的由中空纤维构成的血浆通路一起构成的循环通路，其特征在于：培养液循环流动机构是由培养液蠕动泵(2)、培养液瓶(3)、氧气弥散管(4)通过培养液输送管(5)与生物反应器(1)中穿过生物反应器(1)外腔的由中空纤维构成的培养液通路一起构成的循环通路，构成患者血浆循环流动机构的循环通路上设置有氧合装置(10)。

2.如权利要求1所述的离体式生物人工肝的肝支持装置，其特征在于：在由血浆袋(7)、血浆蠕动泵(6)、生物反应器(1)的血浆通路构成的循环通路上设置有吸附器(9)。

3.如权利要求1所述的离体式生物人工肝的肝支持装置，其特征在于：在由血浆袋(7)、血浆蠕动泵(6)、生物反应器(1)的血浆通路构成的循环通路上设置有控制器(11)。

4.如权利要求1、2或3所述的离体式生物人工肝的肝支持装置，其特征在于：生物反应器(1)是由多根穿过壳体(12)构成的外腔(13)并呈立体交叉排列的中空纤维(14)构成，其中一部分中空纤维(14)构成只能通过血浆的血浆通路(15)，其余部分中空纤维(14)构成只能通过培养液的培养液通路(16)，外腔(13)与血浆通路(15)、培养液通路(16)之间通过中空纤维(14)上的微孔彼此相通。

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