CN101711898B - 人工肝用微囊悬浮型搅拌池式生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人工肝用微囊悬浮型搅拌池式生物反应器，它包括上盖部、主体部、微囊化肝细胞和磁力搅拌子；本发明的人工肝用微囊悬浮型搅拌池式生物反应器呈立体圆柱型，既借助气压平衡孔起到普通储液池的缓冲作用，又通过磁力搅拌作用使得反应器内微囊成悬浮流动状态，从而充分与重肝血浆相互作用，更加有效的发挥生物人工肝的治疗作用。本发明提供的人工肝用微囊悬浮型搅拌池式生物反应器还可根据临床的具体实践要求，对内外双腔容积大小比例进行重新设置，扩大或缩小，从而更加合理的应用于临床。

Description

人工肝用微囊悬浮型搅拌池式生物反应器

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，尤其涉及一种应用于生物型或混合型生物人工肝治疗的核心装置：人工肝用微囊悬浮型搅拌池式生物反应器。

背景技术

当前，肝衰竭病情危重，进展迅速，病死率极高，针对肝衰竭的治疗一直是世界性难题。而目前人工肝治疗已经成为重型肝炎肝衰竭一个不可替代的治疗手段，尤其是生物人工肝在理论上可以代偿肝脏的全部功能，代表着今后人工肝的发展潮流，面临着巨大的临床需求，具有着广泛的临床应用前景。生物人工肝的基本原理是患者的血液或血浆流经载有生物活性细胞的生物反应器，在此过程中，生物活性细胞一方面完成血液(血浆)中毒性物质的代谢，同时将其合成的生物活性物质释放入血，纠正内环境紊乱，暂时替代衰竭肝脏的部分功能，为自体肝脏恢复或肝移植赢得机会，从而降低患者死亡率，达到治疗目的。

生物反应器作为生物型或混合型生物人工肝治疗的核心装置，是外源性肝细胞和病人血浆进行交换的场所，理想的生物反应器应该尽可能的提高肝细胞与病人血浆之间物质交换的效率。当前国外已进行I-III期临床验证的生物人工肝装置有BLSS、AMC-BAL、ELAD、MELS、HepatAssist等，多未达到预期的临床疗效。特别是目前应用最多的中空纤维生物反应器，其细胞分布不均，粘附性差以及易成团的缺点已经限制了其进一步的发展。而肝细胞微囊化由于三维的肝细胞生长环境及免疫隔离作用等诸多优点则成为人工肝领域新的研究方向。依托肝细胞微囊化而构建的微囊化肝细胞生物反应器人工肝支持系统，在提高物质交换效率方面的独特优势，可以更为高效的发挥生物人工肝的治疗作用。微囊化肝细胞生物反应器最初是采用固化床式生物反应器，但是其内的大量微囊化肝细胞的低灌注状态，及高剪切力作用，成为其极大的缺陷。因此当前的多为流化床式生物反应器，使得微囊成悬浮流动状态。然而当前研制成功的诸多微囊悬浮型生物反应器，其原理大多在于借助一定的流速使得微囊成悬浮流动状态，必须有一个泵以更大的泵速带动血浆形成充分的流速，这样必须配备一储液池，在来自人体的低速血浆泵速与推动微囊灌流的高速泵速之间起到一定的缓冲作用。储液池的设置势必增加了体外流出的血浆量，对于治疗对象总的血浆容量的要求有所提高，从而限制了人工肝治疗的适用范围。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种人工肝用微囊悬浮型搅拌池式生物反应器。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种人工肝用微囊悬浮型搅拌池式生物反应器，它包括上盖部、主体部、微囊化肝细胞和磁力搅拌子；其中，所述上盖部和主体部螺纹配合衔接，上盖部上设有液体进口和气压平衡孔；微囊化肝细胞和磁力搅拌子装在由上盖部和主体部组成的腔内；主体部侧壁接近底部有一液体出口，主体部内壁在液体出口处设有紧贴内壁的细胞筛网，该细胞筛网直径大于液体出口的管径。

进一步地，所述气压平衡孔的孔内有滤膜。所述滤膜厚0.22微米，滤膜材料为混合纤维素酯。

进一步地，所述筛网为尼龙材料，孔径为600至800目。所述上盖部和主体部的材料为塑料或有机玻璃。

本发明的有益效果是，本发明的人工肝用微囊悬浮型搅拌池式生物反应器呈立体圆柱型，既借助气压平衡孔起到普通储液池的缓冲作用，又通过磁力搅拌作用使得反应器内微囊成悬浮流动状态，从而充分与重肝血浆相互作用，更加有效的发挥生物人工肝的治疗作用。本发明提供的人工肝用微囊悬浮型搅拌池式生物反应器还可根据临床的具体实践要求，对内外双腔容积大小比例进行重新设置，扩大或缩小，从而更加合理的应用于临床。

附图说明

图1为人工肝用微囊悬浮型搅拌池式生物反应器的立体结构示意图；

图2为人工肝用微囊悬浮型搅拌池式生物反应器上盖部和主体部示意图；

图3为人工肝用微囊悬浮型搅拌池式生物反应器的侧面观示意图；

图4为人工肝用微囊悬浮型搅拌池式生物反应器外接系统辅助装置的示意图；

图中，1、液体进口，2、气压平衡孔，3、上盖部，4、微囊化肝细胞，5、主体部，6、液体出口，7、磁力搅拌子，8、磁力搅拌器，9、血浆分离器，10、膜氧合器，11、人工肝用微囊悬浮型搅拌池式生物反应器，12、免疫吸附器。

具体实施方式

如图1所示，本发明的人工肝用微囊悬浮型搅拌池式生物反应器，总体外观呈立体圆柱型，可分为上盖部3和主体部5上下两部分。上盖部3上有液体进口1和气压平衡孔2，液体进口1供重肝血浆进入反应器腔内，气压平衡孔2可将反应器内腔与池外连通，保持池内外大气压平衡，气压平衡孔2在孔内设置0.22微米的滤膜，保证池内无菌状态。上盖部3为外旋接口，与主体部5可螺纹配合紧密衔接，上盖部3与主体部5通过螺旋口的设计，使得微囊的装入十分简易。主体部5内装有微囊化肝细胞4和磁力搅拌子7，主体部5侧壁有一液体出口6，主体部5内壁在液体出口6处设有紧贴内壁的细胞筛网，该细胞筛网直径略大于液体出口6的管径，紧贴于生物反应器的腔内壁，筛网为尼龙材料，孔径为600至800目。

如图2所示，上盖部3为外旋接口，与主体部5通过螺旋口经旋转后可紧密衔接。该生物反应器在打开后，可在无菌状态下，向主体部5装入灭菌后的磁力搅拌子7及微囊化肝细胞4。

如图1和图4所示，该反应器上盖部3有一液体进口1和一气压平衡孔2，其中液体进口1外依次连接膜氧合器10及血浆分离器9的管道，由泵带动，不断经液体进口1向反应器内泵入重肝血浆。气压平衡孔2可将反应器内腔与外部连通，保持反应器内外大气压平衡，气压平衡孔2在孔内设置0.22微米的滤膜，保证池内无菌状态。滤膜材料可为混合纤维素酯等。反应器侧壁接近底部有一液体出口6，其腔内侧装有细胞滤网。细胞筛网直径略大于液体出口6的管径，紧贴于生物反应器的内壁，筛网为尼龙材料，孔径为600至800目。经液体出口6向外连接返回人体的血浆管道，其中途径吸附免疫大分子的免疫吸附器12。本发明需要配套使用一磁力搅拌器8，通过设置适当的搅拌转速，使得反应器内的肝细胞微囊成悬浮流动状态。

如图4所示，反应器配套使用磁力搅拌器8，液体进口1以塑料制血液净化回路管外接膜氧合器10，膜氧合器10以塑料制血液净化回路管外接血浆分离器9，液体出口6以塑料制血液净化回路管外接用于吸附免疫大分子的免疫吸附器12。通过设置磁力搅拌器8适当的搅拌转速，使得反应器内的肝细胞微囊成悬浮流动状态。

反应器外壳材料可为塑料或有机玻璃，大小尺寸为：反应器腔内半径为5cm，除去壁厚，反应器高为15cm，腔内容积约800ml。实际制作时可根据临床实践需要放大或缩小，制定出最佳的尺寸。

本发明的人工肝用微囊悬浮型搅拌池式生物反应器与以往的微囊悬浮型生物反应器相比，优势在于：

本发明提供的人工肝用微囊悬浮型搅拌池式生物反应器不仅仅可以起到反应器的作用，还可以同时起到储液池的作用。首先，本发明采用的是磁力搅拌作用，使得微囊成悬浮流动状态。因为在既往的实验研究中，肝细胞微囊的制备工艺多为AC海藻酸钠-壳聚糖，ACA海藻酸钠-壳聚糖-海藻酸钠，APA海藻酸钠-多聚赖氨酸-海藻酸钠，其微囊极易沉积下来，容易黏附在一起，难以分开。尤其是普通的微囊悬浮型流化床式生物反应器，其在实际操作过程中液体的流速过高则对微囊有极大剪切力影响，太慢则微囊聚集成团，难以分开。本发明采用磁力搅拌器，通过搅拌作用使得微囊成悬浮流动状态，则避开了以上缺陷。并且在具体实践过程中，可以根据生物反应器内的微囊悬浮状况，随时选择合适的搅拌速度，增强了反应器的可操作性。另外，本发明借助一气压平衡孔，使得生物反应器同时起到了普通储液池的缓冲作用，减少了整个系统中储液池的配置，从而减少了体外流出的血浆容量，从而降低了治疗过程中治疗对象的血容量改变带来的危险，使得整个人工肝治疗过程中的安全性得到增加。

本生物人工肝用微囊悬浮型搅拌池式生物反应器，设计合理，功能全面，操作简易，适用性强，应用范围广泛，具有很好的应用前景。

Claims (4)

1.一种人工肝用微囊悬浮型搅拌池式生物反应器，其特征在于，它包括上盖部(3)、主体部(5)、微囊化肝细胞(4)和磁力搅拌子(7)；其中，所述上盖部(3)和主体部(5)螺纹配合衔接，上盖部(3)上设有液体进口(1)和气压平衡孔(2)；微囊化肝细胞(4)和磁力搅拌子(7)装在由上盖部(3)和主体部(5)组成的腔内；主体部(5)侧壁接近底部有一液体出口(6)，主体部(5)内壁在液体出口(6)处设有紧贴内壁的细胞筛网，该细胞筛网直径略大于液体出口(6)的管径；所述气压平衡孔(2)在孔内设置0.22微米的滤膜，保证池内无菌状态。

2.根据权利要求1所述人工肝用微囊悬浮型搅拌池式生物反应器，其特征在于，所述滤膜材料为混合纤维素酯。

3.根据权利要求1所述人工肝用微囊悬浮型搅拌池式生物反应器，其特征在于，所述筛网为尼龙材料，孔径为600至800目。

4.根据权利要求1所述人工肝用微囊悬浮型搅拌池式生物反应器，其特征在于，所述上盖部(3)和主体部(5)的材料为塑料或有机玻璃。

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