CN101381678B - 多层膜片结构灌流型生物反应器及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多层膜片结构灌流型生物反应器，由圆柱形的箱体、液体出口、液体入口、同心圆膜片和实心圆膜片构成，箱体内壁有凹槽，同心圆膜片中间设有通道，实心圆膜片边缘有网格状孔隙，膜片通过凹槽嵌合于箱体内，液体入口及液体出口与旋盖螺纹连接。本发明为细胞提供三维立体生长环境，细胞分布均匀，使细胞长时间维持活性功能；血液在反应器内流经多层膜结构，与细胞直接接触，可充分进行物质交换；本发明设计合理，结构布置紧凑，易于放大，方便运输。可在生物人工肝灌流系统中应用。
Description
技术领域
本发明属于生物医学技术领域，涉及一种医疗设备，为生物型或混合型人工肝治疗提供治疗的核心装置——人工肝用多层膜片结构灌流型生物反应器。
背景技术
生物人工肝一般由细胞成份及体外循环装置即生物反应器组成，能够暂时替代严重病变的肝脏功能，从而使患者成功过渡到肝脏移植或者肝脏功能自发恢复，是肝移植治疗的必要补充，在肝衰竭治疗中的应用前景广阔。目前，世界上多个国家的研究中心对细胞和生物反应器都进行了较为深入的研究，且已有部分生物人工肝系统进入临床验证阶段，但效果并不理想，而国内尚无成形生物人工肝产品。
生物反应器是体外生物人工肝支持系统的核心部分，其性能对体外培养肝细胞的功能有直接影响，并进一步关系到生物人工肝支持系统的疗效和安全。目前的生物反应器可大致分为：中空纤维生物反应器、平板单层生物反应器、灌流床或支架生物反应器、微囊悬浮生物反应器等类型。其中，围绕中空纤维技术研制的生物人工肝系统应用较为广泛。但肝细胞在中空纤维管中分布不均匀，半透膜屏障或胶原层不利于培养细胞与患者血液间进行充分物质交换。晚近，随着肝细胞体外培养技术的改进及新型生物高分子材料的研发，光蚀刻、微流控等高新科技也逐渐应用于反应器的研制中，生物人工肝反应装置的构建也不断完善。但总的来看，成功的生物反应器应具备以下条件：1、提供充足的细胞生长空间，支持一名肝衰竭患者功能约10％肝量，折合肝细胞量约150亿。2、良好的生物相容性，可有效维持肝细胞的活性，尤其是功能活性。高分子多孔支架及膜材料的研究已取得较大进展。此外，包括合适氧气、营养供应，代谢产物排出通道建立，保护细胞免受物理、化学及宿主免疫攻击等因素均应考虑在内。3、易于放大、方便运输、可常规灭菌及耐低温保存等。总之，尽量模拟体内肝细胞生长微环境，最大化的展示体内成熟肝细胞功能是当今各种反应器设计的原则及趋势。
发明内容
本发明模拟人体肝小叶生理结构，以新型膜材料为基础，提供一种人工肝用多层膜片结构灌流型生物反应器。该生物反应器由圆柱形的箱体、液体出口、液体入口、同心圆膜片和实心圆膜片构成，箱体内壁设有凹槽，同心圆膜片中心设有通道，实心圆膜片的边缘有网格状孔隙，同心圆膜片和实心圆膜片通过凹槽嵌合于箱体内，液体入口和液体出口分别以螺纹连接有旋盖，旋盖选用600目的细胞筛网材料制备。
同心圆膜片和实心圆可选用聚醚砜膜等高分子膜材料。
本发明的另一个目的是提供多层膜片结构灌流型生物反应器在生物人工肝灌流系统中应用。本发明经管路与血浆分离器、体外循环池组成生物人工肝灌流系统。
本发明提供的人工肝用多层膜片结构灌流型生物反应器具有以下优点：
(1)新型膜材料为细胞提供三维立体生长环境，使细胞长时间维持活性功能。
(2)与多孔支架相比，细胞分布均匀，微环境一致。(3)血液在反应器内流经多层膜结构，与细胞直接接触，可充分进行物质交换。(4)设计合理，结构布置紧凑，易于放大，方便运输。
附图说明
图1：人工肝用多层膜片结构灌流型生物反应器结构示意图。
图2：人工肝用多层膜片结构灌流型生物反应器纵切面示意图。
图3：同心圆膜片4示意图。
图4：实心圆膜片5示意图。
图5：生物人工肝灌流系统使用示意图。
具体实施方式
本发明结合附图和实施例作进一步的说明。
实施例1
参见图1-4，人工肝用多层膜片结构灌流型生物反应器，该反应器由圆柱形的箱体1、液体出口2、液体入口3、同心圆膜片4和实心圆膜片5构成，箱体1内壁设有凹槽6，同心圆膜片4设有通道7，通道7为液体流经通道，实心圆膜片5的边缘有网格状孔隙8，网格状孔隙8便于液体上溢，同心圆膜片4和实心圆膜片5通过凹槽6嵌合于箱体1内，形成多层膜结构的充分物质交换环境，液体入口3和液体出口2分别连接旋盖9和旋盖10，以螺纹连接，旋盖9和旋盖10选用600目细胞筛网材料制备。
同心圆膜片4和实心圆5可选用聚醚砜膜等高分子膜材料，能够为外源性肝细胞提供三维立体生长环境，更接近体内生长状况，使细胞功能更加完善。
实施例2
参见图5，使用过程如下：血液11流出，经血浆分离器12分离成细胞成份和血浆成份，其中血浆成份进入体外循环池13，然后从液体入口3进入反应器14内，经实心圆膜片5边缘网格孔8上溢，然后从同心圆膜片4的中心通道7继续上溢，血浆整体流动呈S形，在流动过程中与同心圆膜片4、实心圆5上生长的肝细胞直接接触(肝细胞为预先接种，具体步骤见下)，充分进行物质交换后，经液体出口2流出，返回循环池13，经过多次循环后，经管路15与细胞成份一起回输体内。
外源性肝细胞可选用原代人、猪肝细胞或永生化肝细胞株，肝细胞预先接种步骤如下：
1.取对数生长期肝细胞，经0.25％胰酶一0.05％EDTA消化后，用含10％胎牛血清的高糖DMEM培养基配制成1～5X10*7/ml浓度的细胞悬液。
2.打开液体出口2的细胞筛网旋盖10，将细胞悬液注入反应器14内，细胞进入反应器箱体1后贴附在高分子材料的同心圆膜片4和实心圆膜片5上，呈三维立体生长，约24小时后贴附牢固，即可参照图5组成生物人工肝灌流系统。
Claims (4)
1.一种多层膜片结构灌流型生物反应器，其特征是：该生物反应器由圆柱形的箱体(1)、液体出口(2)、液体入口(3)、同心圆膜片(4)和实心圆膜片(5)构成，箱体(1)内壁设有凹槽(6)，同心圆膜片(4)中心设有通道(7)，实心圆膜片(5)边缘有网格状孔隙(8)，同心圆膜片(4)和实心圆膜片(5)通过凹槽(6)嵌合于箱体(1)内，液体入口(3)和液体出口(2)分别配有第一旋盖(9)和第二旋盖(10)，以螺纹连接，同心圆膜片(4)和实心圆膜片(5)选用聚醚砜膜高分子膜材料制备。
2.根据权利要求1所述的一种多层膜片结构灌流型生物反应器，其特征是：箱体(1)选用透明有机玻璃制备。
3.根据权利要求1所述的一种多层膜片结构灌流型生物反应器，其特征是：第一旋盖(9)和第二旋盖(10)选用600目细胞筛网材料。
4.根据权利要求1所述的一种多层膜片结构灌流型生物反应器在生物人工肝灌流系统中的应用。
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