CN105505775A - 一种体外肝支持系统 - Google Patents

Abstract

一种体外肝支持系统，属于生物、医疗和医疗器械技术领域。所述的体外肝支持系统包括反应器、氧合器、储液器、蠕动泵、滤网及将各部分连接起来的硅酮橡胶管。所述的反应器有螺旋纤维管，含细胞的微囊和外筒组成，含细胞的微囊储存在螺纹纤维管中。而储液器中培养液就由蠕动泵驱动经氧合器到达螺旋纤维管，为细胞提供营养。而患者血液在反应器的外筒之内循环，在反应器中实现物质交换分解血液中有害物质的功能。本发明可以消除免疫排斥反应，能用于急性肝功能障碍患者的紧急救助，细胞分布均匀，能够实现高密度和大容量的培养，可实现连续长时间的提供体外肝功能支持，具有良好的生物学和医学性能。

Description

一种体外肝支持系统

技术领域

本发明属于生物医疗技术领域，特别涉及一种体外肝支持系统。

背景技术

人体中最重要的一个内脏器官就是肝脏，肝脏担负着人体存活所必须的多种功能，不仅可以解毒，也有分泌胆汁参与消化活动，储存肝糖和物质代谢等重要机能。在人类的机体活动中，身体的其他器官正常运转中会产生代谢产物随血液排出，这是就需要肝脏来进行对这些对人体有害的物质的清理。

目前，肝功能衰竭会严重的影响人类的健康和生命，肝脏移植是治疗晚期肝病的较好的办法，但是由于肝脏移植的供体缺乏，费用高昂，术后需要长期使用免疫抑制剂造成抵抗力下降等原因，所以探索利用先进的生物技术搭建体外肝支持系统缓解肝功能衰竭造成的影响，是为患者进行肝脏移植和自身肝细胞再生争取时间和条件的有效手段，也为患者开辟新的治疗途径。

科研人员试图在体外培养肝脏细胞，利用肝细胞的生理功能，患者血液流过反应器时，通过容器内半透膜与肝细胞进行物质交换，从而达到人工肝支持的目的，生物反应器是体外肝支持系统的核心装置，其性能直接关系到全套系统的效果。

现有的中空纤维管生物反应器是由多根半透膜加工形成的中空纤维管平行排列在圆柱形外壳内而成，在纤维管内外有两个独立的空间，纤维管内用于患者血液循环灌注，纤维管外部种植有肝细胞。患者血液透过半透膜与肝细胞进行物质交换(如图5所示)。

现有的肝脏生物反应器首先提取出患者的健康肝细胞，然后将其移植在反应器中进行增值，等其状态稳定后方可进行使用。图6是现有反应器内部细胞生长示意图。所有的细胞是直接相连的，为了避免免疫排斥反应，所有的肝细胞必须来自同一个个体就是患者本人，血液和肝细胞之间只有一道半透膜起到免疫隔效果，这在实际应用过程不是很理想，所以该装置也只能为特定的患者服务。

此种设计简单可靠，但是，也有以下不足之处：1)无法及时的提供紧急服务，首先需要从患者体内提取健康肝细胞，然后扩容增值，使其达到一定的数量才能够进行使用，这个过程需要一定的时间，无法提前准备；2)肝细胞之间是直接相互联系的，没有免疫阻隔，因此肝细胞需要来自同一个个体，不能实现细胞的快速大量增殖，大规模扩容；3)细胞来源单一并且成体细胞的增值能力有限，再加上此种反应器的结构所限，细胞的培养量不能实现高密度培养；4)不能对细胞进行连续的更新，实现连续稳定的肝脏的解毒功能；5)细胞分布不均匀，肝细胞在实际应用中会聚集成较大的团簇，既影响其生长代谢又易造成半透膜空隙的堵塞，不利于物质交换。

发明内容

本发明针对已有技术存在的不足之处，提供一种体外肝支持系统，可以提前准备随时为急性肝病患者提供及时的体外肝功能支持，能隔离免疫排斥反应，给不同的病人使用，并且是提供持续稳定的肝功能支持。

本发明的技术方案如下：

一种体外肝支持系统，其特征在于：所述的体外肝支持系统包括储液器、氧合器和至少一个培养单元，多个培养单元并列布置，每个培养单元包括反应器、滤网和蠕动泵；所述的反应器由外筒和至少一个螺旋纤维管组成，多个螺旋纤维管共同使用同一个进口和出口，在螺纹纤维管中储存有含细胞的微囊；储液器内装有细胞培养液，储液器的出液口通过硅酮橡胶管与氧合器相连，氧合器的出口通过硅酮橡胶管分为多个支路，每个支路依次经过蠕动泵、螺纹纤维管和滤网与储液器入口相连接，形成一个循环回路；反应器的外筒的入口与出口分别经硅酮橡胶管与血液入口和血液出口相连。

上述技术方案中，所述的含细胞的微囊为含有肝细胞的微囊，或含有肝细胞和干细胞的微囊，干细胞为脂肪干细胞、骨髓充间质干细胞或胚胎干细胞。

优选地，所述螺旋纤维管由半透膜材料制造而成，内径为0.1～2mm。

本发明具有以下优点和突出性效果：①所有的细胞被封存在微囊之内，能隔离免疫排斥反应，给不同的病人使用。②微囊可以提前制作培养，所以本系统可以及时的为急性肝病患者提供体外肝功能支持。③反应器内并列有多个螺旋纤维管，螺旋纤维管内的微囊是可以替换的，这样就可以提供持续稳定的肝功能支持。④细胞分布均匀，且可以根据实际需要进行任意增容，细胞培养量易于实现高密度和大容量。

附图说明

图1是本发明一种体外肝支持系统的结构示意图。

图2是反应器的三维结构简图。

图3是螺旋纤维管的内部结构示意图。

图4a和4b是含细胞微囊结构示意图。

图5是现有反应器结构示意图。

图6是现有反应器内部细胞生长示意图。

图中：101-反应器；102-滤网；103-硅酮橡胶管；104-蠕动泵；105-储液器；106-氧合器；107-回液管；108-输液管；109-血液出口；110-血液入口；201-螺旋纤维管；202-外筒；203-纤维管入口；204-纤维管出口；205-外筒入口；206-外筒出口；301-含肝细胞微囊；501-纤维管；502-外壳；601-细胞。

具体实施方式

为了进一步理解本发明的技术方案，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明提供的一种医用生物组织结构的示意图，一种体外肝支持系统，其特征在于：所述的体外肝支持系统包括储液器105、氧合器106和至少一个培养单元，多个培养单元并列布置，每个培养单元包括反应器101、滤网102和蠕动泵104，所述的反应器101由外筒202和至少一个螺旋纤维管201组成；所有螺旋纤维管201共同使用同一个进口和出口，在螺纹纤维管201中储存有含细胞的微囊；储液器105内装有细胞培养液，储液器105的出液口通过硅酮橡胶管103与氧合器106相连，氧合器106的出口通过硅酮橡胶管103分为多个支路，每个支路依次经过蠕动泵104、螺纹纤维管201和滤网102与储液器105入口相连接，形成一个循环回路；外筒202的外筒入口205与外筒出口206分别经硅酮橡胶管103与血液入口110和血液出口109相连。.

储液器105是用来储存营养液的装置，能为细胞提供营养物质，储液器的入口和出口都安装有单向阀，防止液体回流。储存在储液器105中的营养液，从出口108输出，在蠕动泵104的作用下到达反应器101内部的螺旋纤维管201的内腔，为含细胞微囊提供营养和氧气。

血液是经过血液入口110进入反应器101的外筒202之内，血液在螺旋纤维管201的外部循环灌注，反应器101内部完成与肝细胞的物质交换过程，然后经过血液出口109返回体内。

营养液的循环和血液的循环是两套独立的循环回路，血液和细胞两者之间的物质交换有微囊和半透膜的隔离，能有效的隔离免疫排斥。

蠕动泵104是推动整套系统运转的源动力，它通过滚轮对泵体内的弹性软管交替进行挤压和释放来泵送流体。可以准确的模拟体内心脏泵血的状态，且因为有以下几个优点：1)营养液只与泵管相接触，不与泵体接触，所以没有污染；2)良好的密封性，蠕动泵因为具有良好的自吸能力可以进行空转操作，有效的防止回流的发生；3)低剪切力，这些可以减少液体压力冲击。

反应器101，滤网102，蠕动泵104，可组成一个培养单元，在系统中可以是一个培养单元或是并联多个，由储液器105和氧合器106统一供给营养和氧气。

图2是反应器101的三维结构简图，反应器101包括螺旋纤维管201和外筒202组成，是整套系统的核心装置。反应器101内部安装有多个螺旋纤维管201，所有的螺旋纤维管共同使用同一个出口和进口，含肝细胞的微囊储存在螺纹纤维管201中，而储液器中培养液就由蠕动泵104驱动经氧合器106到达螺旋纤维管201，为细胞提供营养。而病人的血液在反应器101的外筒202之内循环。

图3是螺旋纤维管201的内部结构示意图。含肝细胞微囊301储存在螺旋纤维管201内，螺旋纤维管201，其结构为螺旋空管形状，内径为0.1～2mm。螺旋纤维管是由半透膜材料制造而成，例如醋酸盐纤维素膜，纤维蛋白修饰的多聚砜膜和聚乙烯纤维等等。一些小分子物质可顺利通过，而大分子物质则不能通过。

平时肝细胞微囊301储存在螺旋纤维管201内，细胞在期内繁殖并实现物质交换，干细胞具有良好的增殖能力，并且可以在肝细胞的影响下向成体肝细胞分化，这样就可以实现健康肝细胞的大量繁殖。含肝细胞微囊301成熟之后就可以实现对患者血液中的有毒物质的清除，等到稳定工作一段时间后，因为所有的肝细胞微囊301是顺序排列在螺旋纤维管201之内，就可以打开滤网102，将老化的含肝细胞微囊301排出，再从入口出增加新的具有活力的细胞微囊。并且，因为细胞微囊之间因为有包裹物的隔离，可以实现免疫阻隔，所以来自不同的来源的细胞微囊也可以实现共存。

在实际应用中，因为患者的血液和细胞之间有着两道隔离，因此细胞微囊可以提前制作培养，使用非患者的细胞，针对急性肝功能患者应用，也免除了对患者进行手术提取健康细胞等工作的痛苦。

图4a和4b是含细胞微囊结构示意图。含细胞的微囊为包含有肝细胞，或者是肝细胞和干细胞的微囊，其中，图4a为含肝细胞和干细胞的微囊，干细胞可以是脂肪干细胞，骨髓充间质干细胞和胚胎干细胞等等；图4b为含肝细胞的微囊，微囊里面只包括了一种细胞。

本发明所述的一种体外肝支持系统，其优点在于：本系统可以及时的为急性肝病患者提供体外肝功能支持，能隔离免疫排斥反应，给不同的患者使用。细胞分布均匀有利于气体的弥散和物质交换，细胞被封存在微囊之内，在一段时间后可将老化的微囊排出同时输入新的微囊，保证了肝功能支持的持续稳定的。并且，本系统可实现细胞的任意数量扩容，能实现细胞的高密度、大容量培养。

以上举较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内，本发明所主张的权利范围应以本发明申请范围所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (3)

1.一种体外肝支持系统，其特征在于：所述的体外肝支持系统包括储液器(105)、氧合器(106)和至少一个培养单元，多个培养单元并列布置，每个培养单元包括反应器(101)、滤网(102)和蠕动泵(104)；所述的反应器(101)由外筒(202)和至少一个螺旋纤维管(201)组成，多个螺旋纤维管(201)共同使用同一个进口和出口，在螺纹纤维管(201)中储存有含细胞的微囊；储液器(105)内装有细胞培养液，储液器(105)的出液口通过硅酮橡胶管(103)与氧合器(106)相连，氧合器(106)的出口通过硅酮橡胶管(103)分为多个支路，每个支路依次经过蠕动泵(104)、螺纹纤维管(201)和滤网(102)与储液器(105)入口相连接，形成一个循环回路；反应器(101)的外筒(202)的入口与出口分别经硅酮橡胶管(103)与血液入口(110)和血液出口(109)相连。

2.如权利要求1所述的一种体外肝支持系统，其特征在于：所述的含细胞的微囊为含有肝细胞的微囊，或含有肝细胞和干细胞的微囊，干细胞为脂肪干细胞、骨髓充间质干细胞或胚胎干细胞。

3.如权利要求1或2所述的一种体外肝支持系统，其特征在于：所述螺旋纤维管(201)由半透膜材料制造而成，内径为0.1～2mm。