CN2638736Y - 一种杂合型人工肝支持装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种暂时性代替人体肝脏的杂合型人工肝支持装置，它由支架、集成控制电路、输入端、血浆分离装置、血浆置换装置、血浆吸附装置、生物反应装置、血浆输出装置和输出端构成，通过肝干细胞定向诱导成肝细胞的装置建立提供理想的外源性肝细胞源，同时通过构建新型的生物反应器为其提供良好的生长、代谢环境，为患者血浆与其相互作用、进行物质交换提供理想的场所，又通过配合血浆置换和血液吸附装置以及杂合型人工肝装置，构建出一种能在较长时期内替代肝功能衰竭患者的肝脏功能，支持重度肝衰竭患者等待肝移植，或者使肝功能衰竭患者逐渐恢复自身的肝组织和它的再生和代偿功能，从而提高肝功能衰竭患者的生存率和存活时间。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种医疗设备，特别是一种暂时性代替人体肝脏的杂合型人工肝支持装置。
背景技术
现有人工肝的肝支持方法一般采用以下两种方式：
1、生物型人工肝支持系统治疗：这种治疗方法是通过血液/血浆透析，或采用活性碳及离子交换树脂进行血液/血浆灌流或置换等手段，除去血液中的毒性物质和有害的化学物质，以减轻肝脏的负担，期待患者通过自身肝细胞的再生来恢复肝脏功能。用得最多的是血液吸附和血浆置换这两种方式。
血液吸附：是用吸附器直接对患者体内的血液进行处理，在血液/血浆灌流过程中利用吸附器内的活性炭及离子交换树脂等材料对血液中的有毒成分进行吸附净化，达到肝解毒的目的。根据该方法及制成的血液吸附型人工肝支持装置主要是由吸附器、血泵和血液通路构成，使用时，将其输入口和输出口均与患者的血管连通，利用在吸附器里的活性炭及离子交换树脂等材料以物理形式对血液中的有毒成分进行吸附净化，实现肝解毒。由于吸附材料选择性差，而且材料本身组织相容性较差，在吸附过程中，虽然它能够将血液中的有毒物质吸附除去，但它也将血液中许多对人体有益的物质一同吸附除去，引起血液中的血细胞特别是血小板的减少，因此，临床上单独应用后并发症较多，疗效不能令人满意。
血浆置换：是用正常人的血浆替换患者体内含有毒性物质的血浆，使血液净化达到人工肝治疗目的。根据该方法制成的血浆置换型人工肝支持装置属于介于物理型与生物型人工肝之间的中间型人工肝，它主要是由血液成分分离器、血泵和血液通路构成；使用时，将其输入口和输出口均与患者的血管连通，通过分离器将血液中的血浆分离出来，并将这种含有毒性物质和对人体有益物质的血浆一同丢弃，再将正常人的血浆注入患者体内，从而使患者的血液得到净化，实现肝解毒的目的。这样在去除毒性物质的同时还补充一定的生物成分如正常人所需的白蛋白、凝血因子等，但是血浆置换不能代替肝脏的某些功能，而且如果单独使用，它仍然要丢弃血浆中许多对人体有益的物质，对健康人血浆的需求量很大，造成浪费。
就解毒作用而言，上述两种方法存在最大的缺陷均是不加选择地去除患者血液中的有毒物质和对人体有益的物质，不能算作真正意义上的人工肝，只是分别具有一定程度机械性解毒作用和人为补充血浆成分的作用的治疗方法。这些治疗方法对于肝脏组织损伤程度较轻的患者有较好的治疗效果，但对于肝脏组织损伤程度严重的患者，就不能使其肝脏组织恢复功能，治疗的效果很不理想，不能提高患者的生存率。
2、生物型人工肝支持系统(BALSS)
这种治疗方法是在生物反应器外管腔中培养一种外源性肝细胞，同时使肝功能衰竭患者的血液/血浆通过这个生物反应器的内管腔进行循环，在血液/血浆的循环过程中通过一种半透膜进行中、小分子的物质交换，用外源性肝细胞进行诸如合成、解毒和生物转化等功能，为肝功能衰竭患者提供替代性的肝功能支持。研究表明，这种BALSS能在一定时间内维持肝功能衰竭患者存活，为肝功能衰竭患者的进一步治疗(如肝移植)赢得时间。现在外源性肝细胞来源很多，但是还没有特别符合生物人工肝需求的稳定的外源性肝细胞供源。同时生物反应器也存在着诸多问题，总之生物型人工肝支持系统还不能完全替代肝脏的功能，单独使用对但对于肝脏组织损伤程度严重的患者的治疗效果不佳。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是旨在提供一种高效能的杂合型人工肝支持装置，这种系统的功能全面，能充分发挥肝脏的各项功能，替代受损的肝脏进行合成、解毒和生物转化。
本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：该杂合型人工肝支持装置，其结构特点是它由支架、集成控制电路、输入端、血浆分离装置、血浆置换装置、血浆吸附装置、生物反应装置、血浆输出装置和输出端构成，血浆分离装置包括血液分离器、肝素控制器和与集成控制电路连接的输入泵，血浆置换装置包括血液分离器、肝素控制器和与集成控制电路连接的输入泵、健康人血浆输入器、废血浆收集容器，血浆吸附装置包括液管、活性炭吸附器和与模集成控制电路连接的吸附循环泵，生物反应装置包括液管、新型生物反应器、与集成控制电路连接的输出泵、培养液循环管路、培养液驱动泵、氧合器、培养液换液出口开关、培养液换液入口开关和微囊化肝细胞填充口，生物反应器内管腔、液管、培养液驱动泵、氧合器组成培养液循环通路。
本实用新型所述的血浆分离装置的输入端通过液管经输入泵与血液分离器的入口连通，肝素控制器与血液分离器的入口连通，血液分离器的血浆出口即是血浆分离装置的血浆输出端，分离器的血液浓缩成分出口即是血浆分离装置的血液浓缩成分输出端。
本实用新型所述的血浆置换装置的输入端通过液管经输入泵与血液分离器的入口连通，肝素控制器与血液分离器的入口连通，血液分离器的血浆出口通过液管和.废血浆收集容器相连是废弃血浆丢弃的输出端，分离器的血液浓缩成分出口即是血浆置换装置的血液浓缩成分输出端，健康人血浆输入器通过健康人血浆输入开关与输出端相连，构成置换装置的输回人体的输出端。
本实用新型血浆吸附装置由液管、活性炭吸附器和与模集成控制电路连接的吸附循环泵构成，与血浆输出端连通的吸附机构的入口通过液管经活性炭吸附器后，其出口与输出泵的输入端连通。
本实用新型在所述的生物反应装置中，与输出泵输出端连通的生物反应器外管腔的入口通过液管经生物反应器后其出口与输出端连通，生物反应器内管腔、液管、培养液驱动泵、氧合器组成培养液循环通路，通过培养液换液出口开关、培养液换液入口开关完成培养液的更换，通过微囊化肝细胞填充口完成微囊化肝细胞的取样和更换。
本实用新型具有如下的优点：
1、结构简单，使用方便，运行安全可靠。
2、通过本发明的杂合型人工肝支持系统中的血浆置换和吸附，清除掉患者的血浆中的大部分大分子毒性物质和有害的化学物质，保护了患者血液中的细胞成分。
3、通过生物反应器中培养的干细胞诱导分化的肝细胞，对血浆中的毒性物质进行摄取吸收、转化代谢，从而彻底代替受损肝脏，并且通过生物反应器为患者提供大量的由培养肝细胞合成分泌的而且是肝衰竭时十分匮乏的由肝脏合成的生物活性物质，使其完全具备正常肝脏的基本功能。
4、由于首先使患者的血浆在血浆吸附和置换装置中进行了吸附和置换，除掉了大部分大分子毒性物质和有害的化学物质，然后再在生物型人工肝装置中用肝干细胞、人源性肝细胞来完成合成、代谢和生物转化等肝脏功能，所以，一方面能迅速缓解肝衰竭患者因毒物而招致的肝昏迷状态，减少患者神经系统的损伤；另一方面，也减少了含高浓度毒性物质的血液对生物反应器内干细胞诱导分化的肝细胞的毒性作用，提高了生物反应器的工作效能，使得培养的外源性肝细胞充分发挥其合成、代谢和生物转化等功能，从而大大提高了本发明杂合型人工肝支持系统的治疗效果；而且还由于多种方法的联用，能减少血浆置换所需要的健康人血浆量，节约医疗资源。
5、本实用新型的生物反应器，同时具备了中空纤维管型生物反应器和细胞包裹/悬液型生物反应器的优点，增加了包裹外源性肝细胞的材料和患者血浆的接触面积、缩短了物质交换的路程，提高了交换效率；通过反应器内管路循环的合适氧气分压的培养液通过纤维膜对肝细胞提供生长必需的氧气和养分，因而能进行高密度的培养，延长了肝细胞的生存和发挥生物学活性的时间，充分发挥肝干细胞、人源性肝细胞能合成、代谢和生物转化等功能。
总之，本实用新型选用的干细胞诱导分化成的肝细胞作为外源性肝细胞，来源、功能稳定，可以大规模培养，适合大范围推广并促使产业化生产，产生巨大的社会效益和经济效益。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为图1中标号12、即生物反应器的放大图。
图中，1.支架；2.输入端；3.输入泵；4.肝素控制器；5.血液分离器；6.血液浓缩成分输出端；7.血浆输出端；8.血浆输出端开关；9.活性炭吸附器；10.吸附循环泵；11.输出泵；12.新型生物反应器；13.培养液驱动泵；14.氧合器15.培养液换液出口开关；16.培养液换液入口开关；17.生物反应器出口开关；18.废血浆收集开关；19.废血浆收集容器；20.健康人血浆输入器；21.健康人血浆输入开关；22.输出端；23.加热装置；24.微囊化肝细胞填充口；25、血浆入口；26、血浆出口；27、培养液回路；28、外管腔；29、内管腔；30、选择性半透膜；31、微囊化纤细胞。
具体实施方式
参见图1、图2，本实用新型由输入端(2)、血浆分离装置、血浆置换装置、血浆吸附装置、生物反应装置，血浆输出装置和输出端(3)构成完整的人工肝支持装置。血浆分离装置由血液分离器(5)、肝素控制器(6)和与集成控制电路连接的输入泵构成；血浆置换装置由血液分离器(5)、肝素控制器(6)和与集成控制电路连接的输入泵、健康人血浆输入器(20)、废血浆收集容器(19)构成；血浆吸附装置由液管、活性炭吸附器(9)和与模集成控制电路连接的吸附循环泵(10)构成；生物反应装置由液管、生物反应器(12)、与集成控制电路连接的输出泵(11)、培养液循环管路、培养液驱动泵(13)、氧合器(14)、培养液换液出口开关(15)、培养液换液入口开关(16)、微囊化肝细胞填充口(24)构成；新型生物反应器内管腔、液管、培养液驱动泵(13)、氧合器(14)组成培养液循环通路。
本实用新型血浆置换装置的输入端(2)通过液管经输入泵(3)与血液分离器(5)的入口连通，肝素控制器(6)与血液分离器(5)的入口连通，血液分离器(5)的血浆出口通过液管和.废血浆收集容器(19)相连是废弃血浆丢弃的输出端，血液分离器(5)的血液浓缩成分出口即是血浆置换装置的血液浓缩成分输出端(6)，健康人血浆输入器(20)通过健康人血浆输入开关(21)与输出端(22)相连，构成置换装置的输回人体的输出端。
本实用新型血浆分离装置的输入端(2)通过液管经输入泵(3)与血液分离器(5)的入口连通，肝素控制器(6)与血液分离器(5)的入口连通，血液分离器(5)的血浆出口即是血浆分离装置的血浆输出端(7)，分离器的血液浓缩成分出口即是血浆分离装置的血液浓缩成分输出端(6)。
本实用新型血浆吸附装置的血浆输出端(7)连通的吸附机构的入口通过液管经活性炭吸附器(9)后，其出口与输出泵(11)输入端连通。
本实用新型输出泵(11)输出端连通的生物反应器外管腔的入口通过液管经新型生物反应器(12)后其出口与输出端(22)连通，新型生物反应器内管腔、液管、培养液驱动泵(13)、氧合器(14)组成培养液循环通路，通过培养液换液出口开关(15)、培养液换液入口开关(16)完成培养液的更换，通过微囊化肝细胞填充口(24)完成微囊化肝细胞的取样和更换。
使用时，按以下步骤进行操作
1、接通电源；
2、按图1所示接通管路；
3、开灯，开启加热装置(23)至37摄氏度；
4、关闭培养液换液出口开关(15)、培养液换液入口开关(16)、健康人血浆输入开关(21)，打开血浆输出端开关(8)、生物反应器出口开关(17)、废血浆收集开关(18)，用加肝素生理盐水冲洗整套管路；
5、关闭血浆输出端开关(8)、生物反应器出口开关(17)、废血浆收集开关(18)，开启肝素控制器(4)，按一定的速度持续注入肝素，输入端(2)通过单针双腔管进行股静脉穿刺患者股静脉连通，集成控制电路控制输入泵(3)将患者的血液送入血液分离器(5)中，血液分离器(5)将患者血液分离成无形的且带有毒性物质的血浆和有形的血液浓缩成分，用废血浆收集容器(19)收集含有毒性物质的废弃血浆，待有形的血液浓缩成分驱赶含肝素的生理盐水完全出输出端(7)时打开健康人血浆输入开关(21)，开始输入健康人血浆，同时将输出端(7)通过单针双腔管与股静脉相连；
6、待血浆置换量达到2000-3500ml时(根据患者病情的严重程度及进展)，通过微囊化肝细胞填充口(24)填充微囊化肝细胞，开启培养液驱动泵(13)通过培养液换液出口开关(15)、培养液换液入口开关(16)换入首批培养液，同时开启氧合器(14)；
7、停止血浆置换，关闭废血浆收集开关(18)、健康人血浆输入开关(21)，打开血浆输出端开关(8)、生物反应器出口开关(17)，集成控制电路控制吸附循环泵(10)驱使含有毒性物质的废弃血浆通过活性炭吸附器(9)，经活性炭吸附除去大部分有毒物质后的血浆由输出泵(11)驱使进入新型生物反应器(12)的外管腔和微囊内的外源性肝细胞进行物质交换，高活性的培养肝细胞对血浆中的毒性物质进行特意性的摄取、转换、代谢，同时合成分泌释放大量生物活性物质进入血浆；
8、每隔一小时通过通过培养液换液出口开关(15)、培养液换液入口开关(16)更换培养液，经过微囊化肝细胞填充口(24)取包裹外源性肝细胞的微囊样品，进行细胞活性的检测，必要时更换细胞；
9、血浆置换停止后4~6小时(根据患者病情的严重程度及进展)，停机，断开管路和股静脉的连接。
实例：
用本实用新型的杂合型人工肝支持系统治疗了15例重症病毒性肝炎患者，年龄22～53岁，诊断符合2000年病毒性肝炎防治方案中的诊断标准，均为慢性乙型重症肝炎患者。主要生化指标：总胆红素289～729μmol/L，凝血酶原活动度8.87～35.5％。其中有2例患者伴有II度肝性脑病，1例III度肝性脑病，6例有明显腹水。
治疗方法：使用单针双腔管进行股静脉穿刺，建立体外血液循环通路，将患者血液引入血浆分离器，先进行2000ml血浆置换，再将分离出的血浆引入活性炭吸附器，然后将吸附后的血浆与生物反应器外管腔相连接，经物质交换后与分离的血细胞汇合输回体内。治疗时间共7～10小时。治疗时严密监测患者生命体征变化，观察不良反应。治疗前后检测血常规、肝功能、肾功能、PTa、内毒素等。
结果：
一、症状体征：每次治疗后患者临床症状不同程度减轻，乏力、腹胀明显改善，腹水减少。总胆红素在HALSS治疗后有明显下降，PTa上升，见表1。
表1 混合型人工肝治疗前后的血生化指标变化
| 治疗前 | 治疗后 | t值 | P值 | |
| 总胆红素(umol/L)直接胆红素 | 493.50 ±139.75252.25 ± | 250.92 ±91.26144.08 ± | 8.6954.317 | 0.0010.001 |
| (umol/L)凝血酶原活动度(％)白蛋白(g/L)尿 素 氮(mmol/L)肌 酐(umol/L)ALT(U/L)AST(U/L)内毒素(ng/L)甲胎蛋白(ng/ml) | 93.5424.54 ±8.4033.82 ±3.284.19±1.2054.00 ±9.25217.67 ±224.44220.25 ±188.2556.00 ±29.00145.09 ±139.68 | 68.7530.64 ±6.2634.32 ±1.804.16±1.1055.75 ±10.0685.58 ±77.47166.25 ±95.0435.5 ±14.0071.40 ±41.98 | 3.3251.0100.7571.0022.4751.5431.7631.985 | 0.0050.3580.4460.3620.0280.1560.0990.060 |
二、最后转归：15例患者中10例经混合型人工肝支持装置治疗肝细胞迅速坏死得到控制，在度过肝功能衰竭难关后接受进一步常规内科治疗，最终均好转出院(出院主要指标为TB＜50μmol/L，ALT＜40U/L，PTa＞60％)；1例患者经过混合型人工肝支持治疗后成功地等到了供肝，进行了肝移植并存活至今；4例患者病情未好转死亡。
三、不良反应：所有患者在治疗中及治疗后12小时内未出现严重不良反应，除1例患者在治疗中出现轻微过敏反应，经对症处理后得到纠正，并继续接受混合人工肝支持治疗。
Claims (5)
1.一种杂合型人工肝支持装置，其特征在于：它由支架(1)、集成控制电路、输入端(2)、血浆分离装置、血浆置换装置、血浆吸附装置、生物反应装置、血浆输出装置和输出端(3)构成，血浆分离装置包括血液分离器(5)、肝素控制器(6)和与集成控制电路连接的输入泵，血浆置换装置包括血液分离器(5)、肝素控制器(6)和与集成控制电路连接的输入泵、健康人血浆输入器(20)、废血浆收集容器(19)，血浆吸附装置包括液管、活性炭吸附器(9)和与模集成控制电路连接的吸附循环泵(10)，生物反应装置包括液管、新型生物反应器(12)、与集成控制电路连接的输出泵(11)、培养液循环管路、培养液驱动泵(13)、氧合器(14)、培养液换液出口开关(15)、培养液换液入口开关(16)和微囊化肝细胞填充口(24)，生物反应器内管腔、液管、培养液驱动泵(13)、氧合器(14)组成培养液循环通路。
2.如权利要求1所述的杂合型生物人工肝支持装置，其特征在于：所述的血浆分离装置的输入端(2)通过液管经输入泵(3)与血液分离器(5)的入口连通，肝素控制器(6)与血液分离器(5)的入口连通，血液分离器(5)的血浆出口即是血浆分离装置的血浆输出端(7)，分离器的血液浓缩成分出口即是血浆分离装置的血液浓缩成分输出端(6)。
3.如权利要求1所述的杂合型人工肝支持装置，其特征在于：所述的血浆置换装置的输入端(2)通过液管经输入泵(3)与血液分离器(5)的入口连通，肝素控制器(6)与血液分离器(5)的入口连通，血液分离器(5)的血浆出口通过液管和.废血浆收集容器(19)相连是废弃血浆丢弃的输出端，分离器的血液浓缩成分出口即是血浆置换装置的血液浓缩成分输出端(6)，健康人血浆输入器(20)通过健康人血浆输入开关(21)与输出端(22)相连，构成置换装置的输回人体的输出端。
4.如权利要求1所述的杂合型人工肝支持装置，其特征在于：血浆吸附装置由液管、活性炭吸附器(9)和与模集成控制电路连接的吸附循环泵(10)构成，与血浆输出端(7)连通的吸附机构的入口通过液管经活性炭吸附器(9)后，其出口与输出泵(11)的输入端连通。
5.如权利要求1所述的杂合人工肝支持装置，其特征在于：在所述的生物反应装置中，与输出泵(11)输出端连通的生物反应器外管腔的入口通过液管经生物反应器(12)后其出口与输出端(22)连通，生物反应器(12)内管腔、液管、培养液驱动泵(13)、氧合器(14)组成培养液循环通路。
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