CN106222086B - 毛绒线式生物人工肝反应器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了毛绒线式生物人工肝反应器，包括反应器外壳及设于所述反应器外壳内腔中的多根毛绒线和多根中空纤维管；所述反应器外壳一端开设有血浆/预冲液入口和营养液/肝细胞悬液入口，另一端开设有血浆/预冲液出口和营养液出口；所述中空纤维管的两端分别与所述血浆/预冲液入口和所述血浆/预冲液出口连通；多根所述毛绒线与多根所述中空纤维管平行排列且交替间隔布置。本发明的有益效果是：显著增加了肝细胞在反应器内的可贴壁面积，提高了肝细胞分布的均匀度，能够保持良好的细胞活性，有利于肝细胞功能的最大发挥，从而达到最佳的治疗效果。
Description
技术领域
本发明属于生物人工肝技术领域，尤其涉及一种毛绒线式生物人工肝反应器。
背景技术
肝脏在体内承担着去毒素，储存糖原，合成蛋白质等重要功能。一旦由于某种原因造成肝细胞大量坏死，将会出现肝衰竭，进而导致机体代谢紊乱和毒性物质堆积，而这反过来又将加重肝细胞损伤，使肝细胞再生受到影响，引起肝衰竭的恶性循环。终末期肝衰竭只有通过肝移植才能得以治愈，但由于肝供体的极度匮乏使得绝大多数肝病患者无法得以救治。人工肝系统是阻止病情的恶化，为患者等待肝移植或自体肝细胞再生争取时间的有效手段。
传统的人工肝(即物理人工肝)由于成本高、治疗效果不佳，而极大阻碍了其在临床上的应用。生物人功肝是体外利用活性肝细胞或类肝细胞，来行使肝细胞的解毒、蛋白合成、生物转化等重要功能。大量研究证明其疗效明显优于物理人工肝，能明显减少肝功能衰竭病死率，延长生存期。近年来，利用该技术作为肝衰竭患者肝移植前的过渡辅助，一直是临床研究的热点。然而，如何合理设计新型生物反应器，实现肝细胞在反应器内均匀分布并维持较高活性，仍是目前限制生物人工肝发展关键因素之一。
生物反应器是生物人工肝的核心部件，它不仅为肝细胞提供了良好的生长代谢环境也是患者血浆与肝细胞相互作用、进行物质交换的场所，其性能直接关系着人工肝的治疗效果。目前临床使用的生物人工肝反应器大多是中空纤维型，它是由圆柱形反应器外壳和填充壳体内的中空纤维管构成。中空纤维管内腔用于流动患者血浆，而中空纤维管以外的空腔用于灌注肝细胞。由于中空纤维管除了两端之外都没有固定，肝细胞在中空纤维管周围也没有固定附着，而造成肝细胞分布不均匀，另外，细胞在中空纤维管上贴壁生长时易堵塞中空纤维管膜壁微孔，影响中空纤维管内外的物质交换，不利于肝细胞的功能与活力的长期有效维持而严重影响治疗效果。因此，需设计研发一种能为肝细胞提供额外附着点，使其能够均匀分布并贴壁生长的新型生物人工肝反应器。
发明内容
本发明的目的在于克服现有生物人工肝反应器内肝细胞分布不均匀、贴壁率低、细胞活性差的缺陷，提供一种能有效增加肝细胞贴壁面积并促进肝细胞在生物人工肝反应器内贴壁生长，从而提高肝细胞的生长密度及活性的毛绒线式生物人工肝反应器。
为实现上述目的，本发明所设计的毛绒线式生物人工肝反应器，包括反应器外壳及设于所述反应器外壳内腔中的多根毛绒线和多根中空纤维管；所述反应器外壳一端开设有血浆/预冲液入口和营养液/肝细胞悬液入口，另一端开设有血浆/预冲液出口和营养液出口；所述中空纤维管的两端分别与所述血浆/预冲液入口和所述血浆/预冲液出口连通；多根所述毛绒线与多根所述中空纤维管平行排列且交替间隔布置。
进一步地，所述毛绒线上均匀分布有多个由绒丝织成的绒毛。
再进一步地，每三根所述中空纤维管包围一根所述毛绒线，每三根所述毛绒线包围一根所述中空纤维管；或所述毛绒线与所述中空纤维管呈蜂窝状布置。
更进一步地，所述反应器外壳两端设有用于固定中空纤维管和毛绒线的聚氨酯树脂支架；所述聚氨酯树脂支架与所述反应器外壳两端内腔保持间隙；所述中空纤维管两端穿透所述聚氨酯树脂支架。
再进一步地，所述人工肝反应器还包括备用进样口、备用出样口；所述反应器外壳为筒状，其两端设有端盖；所述备用进样口和备用出样口分别开设于不同的所述端盖上并与所述反应器外壳内腔连通；所述血浆/预冲液入口和营养液/肝细胞悬液入口开设于其中一个所述端盖上，所述血浆/预冲液出口和营养液出口开设于另一个所述端盖上。
优选地，所述中空纤维管膜壁上的微孔直径为0.02～0.08微米。
进一步地，所述中空纤维管和所述毛绒线等距均匀排列，相邻的所述中空纤维管和所述毛绒线之间的间距为50～200微米。
再进一步地，所述毛绒线为以精对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯和乙二醇为原料，经酯化或酯交换及缩聚反应制得聚对苯二甲酸乙二醇酯，再经纺丝及粘连蛋白生物修饰后制成的聚酯类纤维。
上述再进一步方案的有益效果是：聚酯类纤维是新一代环保材料，具有较好的生物相容性，不易产生过敏反应，经生物修饰后更有利于肝细胞的贴壁生长。
更进一步地，所述毛绒线上的绒毛为短绒毛。
上述更进一步方案的有益效果是：毛绒线的存在为肝细胞在反应器外壳内腔贴壁提供支架，从而有利于细胞的均匀分布，而绒毛的存在增大肝细胞的有效贴壁面积，避免肝细胞贴附在中空纤维管上影响物质交换效率，有利于肝细胞发挥最大效率。
本发明的有益效果是：毛绒线为反应器外壳内腔中所灌注的肝细胞提供支架，保证肝细胞在反应器外壳内腔中有适宜的条件进行贴壁生长，同时减少肝细胞在中空纤维管上贴壁，而降低细胞对中空纤维管的膜壁上微孔的堵塞，更有利于中空纤维管内外物质的正常交换；毛绒线与中空纤维管交替间隔排列或呈蜂窝状布置或三根包围一根的方式排列，使得肝细胞在反应器外壳内腔分布均匀，提高了肝细胞活性及利用率；毛绒线上均匀分布有多个绒毛，这样既增大了肝细胞可贴壁面积，又促进了肝细胞的贴壁生长。因此，本发明显著增加了肝细胞在反应器内的可贴壁面积，提高了肝细胞分布的均匀度，能够保持良好的细胞活性，有利于肝细胞功能的最大发挥，从而达到最佳的治疗效果。
附图说明
图1为本发明毛绒线式生物人工肝反应器的结构示意图。
图2为图1的主视剖视示意图。
图3为图2的局部放大示意图。
图4为图1中A-A剖视放大示意图。
图中，反应器外壳1、端盖2、毛绒线3、中空纤维管4、血浆/预冲液入口5、营养液/肝细胞悬液入口6、血浆/预冲液出口7、营养液出口8、聚氨酯树脂支架9、备用进样口10、备用出样口11、绒毛12。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1、图2、图3、图4所示的毛绒线式生物人工肝反应器，包括反应器外壳1及设于反应器外壳1内腔中的多根毛绒线3和多根中空纤维管4；反应器外壳1一端开设有血浆/预冲液入口5和营养液/肝细胞悬液入口6，另一端开设有血浆/预冲液出口7和营养液出口8；中空纤维管4的两端分别与血浆/预冲液入口5和血浆/预冲液出口7连通；毛绒线3的两端分别延伸至反应器外壳1的两端；多根毛绒线3与多根中空纤维管4平行排列且交替间隔布置。
毛绒线3上均匀分布有多个由绒丝织成的绒毛12。
而毛绒线3与中空纤维管4的布置方式优选为每三根中空纤维管4包围一根毛绒线3，每三根毛绒线3包围一根中空纤维管4；或毛绒线3与中空纤维管4呈蜂窝状布置。
反应器外壳1两端设有用于固定中空纤维管4和毛绒线3的聚氨酯树脂支架9；聚氨酯树脂支架9与反应器外壳1两端内腔保持间隙；中空纤维管4两端穿透聚氨酯树脂支架9。
人工肝反应器还包括备用进样口10、备用出样口11；反应器外壳1为筒状，其两端设有端盖2；备用进样口10和备用出样口11分别开设于不同的端盖2上并与反应器外壳1内腔连通；血浆/预冲液入口5和营养液/肝细胞悬液入口6开设于其中一个端盖2上，血浆/预冲液出口7和营养液出口8开设于另一个端盖2上。
中空纤维管4膜壁上的微孔直径为0.02～0.08微米。
中空纤维管4和毛绒线3等距均匀排列，相邻的中空纤维管4和毛绒线3之间的间距为50～200微米。
毛绒线3为以精对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯和乙二醇为原料，经酯化或酯交换及缩聚反应制得聚对苯二甲酸乙二醇酯，再经纺丝及粘连蛋白生物修饰后制成的聚酯类纤维。聚酯类纤维是新一代环保材料，具有较好的生物相容性，不易产生过敏反应，经生物修饰后更有利于肝细胞的贴壁生长。
毛绒线3上的绒毛12为短绒毛。毛绒线3的存在为肝细胞在反应器外壳1内腔贴壁提供支架，从而有利于细胞的均匀分布；而绒毛12的存在增大肝细胞的有效贴壁面积，避免肝细胞贴附在中空纤维管4上影响物质交换效率，有利于肝细胞发挥最大效率。
使用时，首先打开血浆/预冲液入口5、血浆/预冲液出口7及营养液/肝细胞悬浮液入口，然后通过血浆/预冲液入口5向反应器外壳1内腔中注入生理盐水以预冲洗反应器外壳1内腔，然后在无菌条件下将5.0×109至1.0×1010个规模化普通培养液法培养的肝细胞混合培养液通过营养液/肝细胞悬浮液入口注入反应器外壳1内腔中，同时反应器外壳1内腔中的预冲洗液通过血浆/预冲液出口7排出；当肝细胞悬液均匀分布于反应器外壳1内腔中后排除空气，并将血浆/预冲液入口5、血浆/预冲液出口7封闭。最后将本发明的毛绒线式生物人工肝反应器封存于无菌袋中，置于0～4℃下保存待用。
Claims (8)
1.一种毛绒线式生物人工肝反应器，其特征在于：包括反应器外壳(1)及设于所述反应器外壳(1)内腔中的多根毛绒线(3)和多根中空纤维管(4)；所述反应器外壳(1)一端开设有血浆/预冲液入口(5)和营养液/肝细胞悬液入口(6)，另一端开设有血浆/预冲液出口(7)和营养液出口(8)；所述中空纤维管(4)的两端分别与所述血浆/预冲液入口(5)和所述血浆/预冲液出口(7)连通；多根所述毛绒线(3)与多根所述中空纤维管(4)平行排列且交替间隔布置。
2.根据权利要求1所述的毛绒线式生物人工肝反应器，其特征在于：所述毛绒线(3)上均匀分布有多个由绒丝织成的绒毛(12)。
3.根据权利要求1所述的毛绒线式生物人工肝反应器，其特征在于：每三根所述中空纤维管(4)包围一根所述毛绒线(3)，每三根所述毛绒线(3)包围一根所述中空纤维管(4)；或所述毛绒线(3)与所述中空纤维管(4)呈蜂窝状布置。
4.根据权利要求1所述的毛绒线式生物人工肝反应器，其特征在于：所述反应器外壳(1)两端设有用于固定中空纤维管(4)和毛绒线(3)的聚氨酯树脂支架(9)；所述聚氨酯树脂支架(9)与所述反应器外壳(1)两端内腔保持间隙；所述中空纤维管(4)两端穿透所述聚氨酯树脂支架(9)。
5.根据权利要求1所述的毛绒线式生物人工肝反应器，其特征在于：所述人工肝反应器还包括备用进样口(10)、备用出样口(11)；所述反应器外壳(1)为筒状，其两端设有端盖(2)；所述备用进样口(10)和备用出样口(11)分别开设于不同的所述端盖(2)上并与所述反应器外壳(1)内腔连通；所述血浆/预冲液入口(5)和营养液/肝细胞悬液入口(6)开设于其中一个所述端盖(2)上，所述血浆/预冲液出口(7)和营养液出口(8)开设于另一个所述端盖(2)上。
6.根据权利要求1所述的毛绒线式生物人工肝反应器，其特征在于：所述中空纤维管(4)膜壁上的微孔直径为0.02～0.08微米。
7.根据权利要求1所述的毛绒线式生物人工肝反应器，其特征在于：所述中空纤维管(4)和所述毛绒线(3)等距均匀排列，相邻的所述中空纤维管(4)和所述毛绒线(3)之间的间距为50～200微米。
8.根据权利要求1所述的毛绒线式生物人工肝反应器，其特征在于：所述毛绒线(3)为以精对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯和乙二醇为原料，经酯化或酯交换及缩聚反应制得聚对苯二甲酸乙二醇酯，再经纺丝及粘连蛋白生物修饰后制成的聚酯类纤维。
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