CN201064500Y - 人工肝用填充支架灌流型生物反应器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于医学生物技术领域，为一种人工肝用填充支架灌流型生物反应器。外观为圆柱形，液体进口1、2在圆柱形容器上下两端；出口3、4对称分布在侧壁的中央；物理支架6有14～16个交错排列的分隔区放置和支撑肝细胞生物支架5，反应器内支架的中部有一个液流缓冲区7，出口处设置细胞筛网和细胞筛网刷。生物反应器的两个进口的上游连接膜氧合器14，两个出口的下游连接免疫吸附器15。肝细胞生物支架是壳聚糖支架或海藻酸/壳聚糖以及改性的海藻酸/半乳糖化壳聚糖/肝素支架，有良好的生物相容性，更适合肝细胞的生长及功能发挥。具交错排列结构的物理支架类似肝脏的各个功能单元，有效防止肝细胞生物支架塌陷。

Description

人工肝用填充支架灌流型生物反应器

技术领域

本实用新型属于生物医学技术领域，涉及一种医疗设备，一种为生物型或混合型生物人工肝治疗的核心装置——人工肝用填充支架灌流型生物反应器。

背景技术

生物人工肝是利用部分或全部的肝细胞的生物活性细胞进入生物反应器内，血液或部分成分流经该反应器，在这个过程中，生物活性细胞一方面对血液中的毒性物质进行吸收、转化解毒，另一方面合成多种生物活性物质释放入血液，以达到清除血液中毒性成分的目的。生物反应器是生物型和混合型人工肝支持系统的核心装置，是外源性肝细胞和病人血液或血浆进行物质交换的场所，作为反应器一般要符合以下基本要求：双向物质传输，生物相容性良好，保障肝细胞活性和功能以及一定活性细胞容量。

目前，其中目前应用最多的是中空纤维反应器，但中空纤维反应器的缺点是细胞分布不均匀，细胞粘附性差，在实际应用中肝细胞可聚集成较大的团块，既影响其生长代谢功能，又易造成半透膜的堵塞，不利于物质交换。灌流支架型反应器可在提高物质交换效率方面显示其独特的优势，这对生物反应器的功能尤为重要，而用于人工肝的生物反应器所用支架的材料要求必须要具有：生物相容性良好、便于铸成各种形状、合适的机械和物理性能、能促进细胞粘附和相互信号传递等，传统的填充床式支架型反应器所用的细胞支架材料(聚乙烯树脂、聚氨酯泡沫等)生物相容性欠佳，并且细胞接种不容易均匀，单一的入口机械性的液流通过支架，剪切力大，而且更大的缺点是支架填充床式支架反应器在液体灌流时也可能存在无效灌流和灌流死腔，使得整个支架反应器的中心地带以及边缘地带营养物质很难得到保证而死亡，在支架反应器放大后这些矛盾更为突出，在应用上还存在局限性，在选择生物相容比较好的壳聚糖支架及海藻酸/壳聚糖支架时，因其机械强度不够，很容易出现细胞支架塌陷，也不利于支架型反应器的功能发挥，故如何改善或克服上述缺点是构建新型支架型反应器的关键之处。

发明内容

本设计的目的在于提供一种生物相容性好、机械性能适中，防止细胞支架塌陷，改善无效灌流和灌流死腔的填充支架灌流型反应器，该装置结构简单，操作简便，营养供给均匀，细胞活性成分功能好，终极功效更强大。

本设计的人工肝用填充支架灌流型生物反应器包括柱形外壳12和肝细胞生物支架5，在柱形外壳12的上下两端分别有进口1和进口2，侧壁中部有呈对称分布的出口3和出口4，肝细胞生物支架5固定放置在物理支架6上，反应器内的中部有一个不放置肝细胞生物支架的液流缓冲区7，出口3和出口4用细胞筛网8和9与外界隔离，在细胞筛网8和9的上方分别设置细胞筛网刷10和细胞筛网刷11。

肝细胞生物支架5的材料是壳聚糖或海藻酸壳聚糖以及改性的海藻酸半乳糖化壳聚糖肝素其一的天然物质；每个肝细胞生物支架5的规格为直径12～18mm，高5～7mm的圆柱形。细胞筛网8和细胞筛网9的孔径为700～1000目。物理支架6有14～16个分隔区，分隔区呈交错排列分布。物理支架6的制作材料的支撑性能及与反应器内生物材料具有较好的相容性，支架上密集分布了孔径为2～4mm的圆孔。

膜氧合器14用三通管连接反应器两端的进口1和进口2，吸附免疫大分子的免疫吸附器15用三通管连接反应器侧壁中部呈对称分布的出口3和出口4。

本设计方案进一步叙述如下：

本设计的人工肝用填充支架灌流型生物反应器包括两个液体进口1、2，侧壁两边对称的两个出口3、4，肝细胞生物支架5，有14～16个交错排列分隔区的物理支架6，物理支架6中心地带(即反应器内的中部)有一个液流的相对缓冲区7，出口处设置细胞筛网8、9，细胞筛网刷10、11。

生物反应器的外观是一个圆柱形外壳12，液体进口1、2在圆柱形容器上下两端；出口3、4在容器侧壁，对称分布在侧壁的中央；两个进口的上游有膜氧合器14，两个出口的下游有一个吸附免疫大分子的免疫吸附器15。

所述的填充支架灌流型反应器的大小可根据临床使用的具体要求设计。

反应器的肝细胞生物支架材料，要求是壳聚糖支架或海藻酸/壳聚糖以及改性的海藻酸/半乳糖化壳聚糖/肝素支架的天然物质，每个支架的规格为：直径12mm～18mm×高5mm的小圆柱体。

出口处细胞筛网孔径在700-1000目，并且在两出口附近配有约30mm的细胞刷10、11。

防止肝细胞支架塌陷的物理支架6有14～16个分隔区，支架成交错排列，物理支架中央区有一个5～10mm的液体缓冲区道7。

本设计的填充支架灌流型反应器与现有支架灌流型反应器相比优点在于：

1.肝细胞生物支架作为支架灌流型反应器的重要组成部分，此肝细胞支架采用类似机体细胞外基质的壳聚糖、海藻酸的支架天然材料合成支架，具有比以往采用的聚乙烯树脂、聚氨酯泡沫等细胞支架有明显好的生物相容性，机械强度适中，对半乳糖化及肝素化改性的支架比以往支架反应器更适合肝细胞的生长及功能发挥。具有充分发挥生物反应器中的活性成分的功效。

2.设计在较长时间液流状况下防止肝细胞支架塌陷的物理支架。生物相容性好的肝细胞支架在机械强度上不能满足6～8小时的生物人工肝的支持治疗，所以设计具交错排列结构的物理支架，类似肝脏的各个功能单元，有效防止肝细胞生物支架塌陷。本设计反应器有两个入口及两个出口是此反应器的很重要的特点，这样能使液体携带的氧及其它的营养物质尽可能供给边缘及支架中心地带的肝细胞，减少了灌流死腔及无效灌流，与以往支架型反应器相比有明显的优越性。在出口设置有细胞筛网刷，定期自动或手动对筛网筛洗以免细胞筛网的堵塞，更便于人工肝治疗的连续性和成功性，考虑更加周到慎密。

附图说明

图1为人工肝用填充支架灌流型生物反应器主体的立体结构示意图。

图2为人工肝用填充支架灌流型生物反应器在使用时外接辅助装置示意图。

图3为物理支架6和肝细胞生物支架5的纵切面示意图。

图4为物理支架6和肝细胞生物支架5在反应器内的横切面示意图。

具体实施方式

本实施例人工肝用填充支架灌流型反应器外形为圆柱形，透明塑料外壳，大小尺寸为：长15cm，横截面直径6cm，容积约为500ml。实际制作时可根据需要放大或缩小，制定所需要的尺寸。

如图1、图2、或图3、图4所示：1，2为血液/血浆/或培养液入口，通过三通管血浆/培养液进入支架灌流型反应器容器内，在其中与合成或改性支架上的肝细胞进行物质交换，3，4供血浆/或培养液出口，完成了物质交换的血浆/培养液后经此两出口由三通管汇集流回，5为肝细胞支架，肝细胞生长壳聚糖或海藻酸/壳聚糖支架孔隙内，在此与液体进行物质交换及发挥肝细胞合成代谢及解毒功能，6为物理支架，为防止生物相容性好的天然合成支架塌陷而制备的支撑结构，其材料一般由聚苯乙烯或聚氨酯构成，构成了功能单元，物理支架中心地带有一个液流的相对缓冲区7，减少两侧液流冲击的剪切力；8，9为出口处细胞筛网，防止从细胞支架上脱落的肝细胞进入血循环，10，11为细胞筛网刷，防止以前传统在人工肝过程中容易出现筛网堵塞情况，而此筛网刷定时自动或手功对细胞筛网刷洗，12为圆形柱塑料外壳，13为整个填充支架灌流型反应器纵切面示意图的外观，14为膜氧合器，使血浆/培养液氧合后携带氧供给填充支架灌流型反应器支架上肝细胞所需，15为免疫吸附器，吸附少量微囊漏出的免疫大分子物质(IgG、IgM及补体系列)，防止进入机体发生免疫反应。

本实例是用生物相容性接近人体细胞外基质的天然材料作为反应器的肝细胞生物支架材料，有利于细胞生长及功能的发挥。采用了物理支架作为细胞支架的骨架结构，类似于正常肝脏的包膜及结缔组织，防止了细胞支架在人工肝治疗中的塌陷。物理支架有多个分隔区，分隔区呈交错排列分布。物理支架的制作材料的机械性能好及与反应器内生物材料具有较好的相容性，支架材料上密集分布的圆孔有利于各个分个单元内部细胞支架的相互联系，保持整个支架是一个完整的整体，这样肝细胞的生长及功能可得到充分的发挥，利于氧和营养输送的均衡性。

本设计注意到液体提供支架上的肝细胞氧及营养的均衡性，从设计上采取两端入口，两侧壁出口的方式，减少了灌流死腔和无效灌流的问题，另外也照顾到了人工肝的过程可能会出现细胞筛网堵塞采用了简单的细胞筛网刷清洗避免不必要的麻烦。

Claims (6)

1.人工肝用填充支架灌流型生物反应器，包括柱形外壳(12)和肝细胞生物支架(5)，其特征在于：在柱形外壳(12)的上下两端分别有进口(1)和进口(2)，侧壁中部有呈对称分布的出口(3)和出口(4)，肝细胞生物支架(5)固定放置在物理支架(6)上，反应器内的中部有一个不放置肝细胞生物支架的液流缓冲区(7)，出口(3)和出口(4)用细胞筛网(8)、(9)与外界隔离，在细胞筛网(8)、(9)的上方分别设置细胞筛网刷(10)和细胞筛网刷(11)。

2.根据权利要求1所述人工肝用填充支架灌流型生物反应器，其特征在于：膜氧合器(14)用三通管连接反应器两端的进口(1)和进口(2)，吸附免疫大分子的免疫吸附器(15)用三通管连接反应器侧壁中部呈对称分布的出口(3)和出口(4)。

3.根据权利要求1所述人工肝用填充支架灌流型生物反应器，其特征在于：肝细胞生物支架(5)的材料是壳聚糖或海藻酸壳聚糖以及改性的海藻酸半乳糖化壳聚糖肝素其一；每个肝细胞生物支架(5)的规格为直径12～18mm，高5～7mm的圆柱形。

4.根据权利要求1所述人工肝用填充支架灌流型生物反应器，其特征在于：细胞筛网(8)和细胞筛网(9)的孔径为700～1000目。

5.根据权利要求1所述人工肝用填充支架灌流型生物反应器，其特征在于：物理支架(6)有14～16个分隔区，分隔区呈交错排列分布。

6.根据权利要求1所述人工肝用填充支架灌流型生物反应器，其特征在于：物理支架(6)的制作材料具有较好的支撑性能以及与反应器内生物材料的相容性，支架材料上密集分布了孔径为2～4mm的圆孔。

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