專利名稱：人工肝用填充支架灌流型生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種醫(yī)療設(shè)備， 一種為生物型或混合型生物人工肝 治療的核心裝置——人工肝用填充支架灌流型生物反應(yīng)器。
技術(shù)背景生物人工肝是利用部分或全部的肝細(xì)胞的生物活性細(xì)胞進(jìn)入生物反應(yīng)器內(nèi)，血液或部分 成分流經(jīng)該反應(yīng)器，在這個(gè)過程中，生物活性細(xì)胞一方面對(duì)血液中的毒性物質(zhì)進(jìn)行吸收、轉(zhuǎn) 化解毒，另一方面合成多種生物活性物質(zhì)釋放入血液，以達(dá)到清除血液中毒性成分的目的。 生物反應(yīng)器是生物型和混合型人工肝支持系統(tǒng)的核心裝置，是外源性肝細(xì)胞和病人血液或血 漿進(jìn)行物質(zhì)交換的場(chǎng)所，作為反應(yīng)器一般要符合以下基本要求雙向物質(zhì)傳輸，生物相容性 良好，保障肝細(xì)胞活性和功能以及一定活性細(xì)胞容量。目前，其中目前應(yīng)用最多的是中空纖維反應(yīng)器，但中空纖維反應(yīng)器的缺點(diǎn)是細(xì)胞分布不 均勻，細(xì)胞粘附性差，在實(shí)際應(yīng)用中肝細(xì)胞可聚集成較大的團(tuán)塊，既影響其生長(zhǎng)代謝功能， 又易造成半透膜的堵塞，不利于物質(zhì)交換。灌流支架型反應(yīng)器可在提高物質(zhì)交換效率方面顯 示其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，這對(duì)生物反應(yīng)器的功能尤為重要，而用于人工肝的生物反應(yīng)器所用支架的 材料要求必須要具有生物相容性良好、便于鑄成各種形狀、合適的機(jī)械和物理性能、能促 進(jìn)細(xì)胞粘附和相互信號(hào)傳遞等，傳統(tǒng)的填充床式支架型反應(yīng)器所用的細(xì)胞支架材料(聚乙烯 樹脂、聚氨酯泡沫等)生物相容性欠佳，并且細(xì)胞接種不容易均勻，單一的入口機(jī)械性的液 流通過支架，剪切力大，而且更大的缺點(diǎn)是支架填充床式支架反應(yīng)器在液體灌流時(shí)也可能存 在無(wú)效灌流和灌流死腔,使得整個(gè)支架反應(yīng)器的中心地帶以及邊緣地帶營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)很難得到保 證而死亡，在支架反應(yīng)器放大后這些矛盾更為突出，在應(yīng)用上還存在局限性，在選擇生物相 容比較好的殼聚糖支架及海藻酸/殼聚糖支架時(shí)，因其機(jī)械強(qiáng)度不夠，很容易出現(xiàn)細(xì)胞支架 塌陷，也不利于支架型反應(yīng)器的功能發(fā)揮，故如何改善或克服上述缺點(diǎn)是構(gòu)建新型支架型反 應(yīng)器的關(guān)鍵之處。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種生物相容性好、機(jī)械性能適中，防止細(xì)胞支架塌陷，改善無(wú) 效灌流和灌流死腔的填充支架灌流型反應(yīng)器，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，營(yíng)養(yǎng)供給均勻， 細(xì)胞活性成分功能好，終極功效更強(qiáng)大。本發(fā)明的人工肝用填充支架灌流型生物反應(yīng)器包括柱形外殼12和肝細(xì)胞生物支架5， 在柱形外殼12的上下兩端分別有進(jìn)口 1和進(jìn)口 2，側(cè)壁中部有呈對(duì)稱分布的出口 3和出口 4，
肝細(xì)胞生物支架5固定放置在物理支架6上，反應(yīng)器內(nèi)的中部有一個(gè)不放置肝細(xì)胞生物支架 的液流緩沖區(qū)7，出口 3和出口 4用細(xì)胞篩網(wǎng)8和9與外界隔離，在細(xì)胞篩網(wǎng)8和9的上方 分別設(shè)置細(xì)胞篩網(wǎng)刷IO和細(xì)胞篩網(wǎng)刷11。肝細(xì)胞生物支架5的材料是殼聚糖或海藻酸殼聚糖以及改性的海藻酸半乳糖化殼聚糖 肝素其一的天然物質(zhì)；每個(gè)肝細(xì)胞生物支架5的規(guī)格為直徑12 18mm，高5 7mm的圓柱 形。細(xì)胞篩網(wǎng)8和細(xì)胞篩網(wǎng)9的孔徑為700 1000目。物理支架6有14 16個(gè)分隔區(qū)，分 隔區(qū)呈交錯(cuò)排列分布。物理支架6的制作材料的支撐性能及與反應(yīng)器內(nèi)生物材料具有較好的 相容性，支架上密集分布了孔徑為2 4mm的圓孔。膜氧合器14用三通管連接反應(yīng)器兩端的進(jìn)口 1和進(jìn)口 2，吸附免疫大分子的免疫吸附 器15用三通管連接反應(yīng)器側(cè)壁中部呈對(duì)稱分布的出口 3和出口 4。本發(fā)明方案進(jìn)一步敘述如下本發(fā)明的人工肝用填充支架灌流型生物反應(yīng)器包括兩個(gè)液體進(jìn)口 1、 2，側(cè)壁兩邊對(duì)稱 的兩個(gè)出口3、 4，肝細(xì)胞生物支架5，有14 16個(gè)交錯(cuò)排列分隔區(qū)的物理支架6，物理支 架6中心地帶(即反應(yīng)器內(nèi)的中部)有一個(gè)液流的相對(duì)緩沖區(qū)7，出口處設(shè)置細(xì)胞篩網(wǎng)8、 9， 細(xì)胞篩網(wǎng)刷IO、 11。生物反應(yīng)器的外觀是一個(gè)圓柱形外殼12，液體進(jìn)口 1、 2在圓柱形容器上下兩端；出口3、 4在容器側(cè)壁，對(duì)稱分布在側(cè)壁的中央；兩個(gè)進(jìn)口的上游有膜氧合器14，兩個(gè)出口的下游有一個(gè)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應(yīng)器的大小可根據(jù)臨床使用的具體要求設(shè)計(jì)。 反應(yīng)器的肝細(xì)胞生物支架材料，要求是殼聚糖支架或海藻酸/殼聚糖以及改性的海藻酸/半乳糖化殼聚糖/肝素支架的天然物質(zhì)，每個(gè)支架的規(guī)格為直徑12mm 18mmX高5mm的小圓柱體。出口處細(xì)胞篩網(wǎng)孔徑在700-1000目，并且在兩出口附近配有約30mm的細(xì)胞刷10、 11。 防止肝細(xì)胞支架塌陷的物理支架6有14 16個(gè)分隔區(qū)，支架成交錯(cuò)排列，物理支架中 央?yún)^(qū)有一個(gè)5 10mm的液體緩沖區(qū)道7。本發(fā)明的填充支架灌流型反應(yīng)器與現(xiàn)有支架灌流型反應(yīng)器相比優(yōu)點(diǎn)在于-1. 肝細(xì)胞生物支架作為支架灌流型反應(yīng)器的重要組成部分，此肝細(xì)胞支架采用類似機(jī) 體細(xì)胞外基質(zhì)的殼聚糖、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樹脂、 聚氨酯泡沫等細(xì)胞支架有明顯好的生物相容性，機(jī)械強(qiáng)度適中，對(duì)半乳糖化及肝素化改性的 支架比以往支架反應(yīng)器更適合肝細(xì)胞的生長(zhǎng)及功能發(fā)揮。具有充分發(fā)揮生物反應(yīng)器中的活性 成分的功效。2. 設(shè)計(jì)在較長(zhǎng)時(shí)間液流狀況下防止肝細(xì)胞支架塌陷的物理支架。生物相容性好的肝細(xì)
胞支架在機(jī)械強(qiáng)度上不能滿足6 8小時(shí)的生物人工肝的支持治療，所以設(shè)計(jì)具交錯(cuò)排列結(jié) 構(gòu)的物理支架，類似肝臟的各個(gè)功能單元，有效防止肝細(xì)胞生物支架塌陷。本發(fā)明反應(yīng)器有 兩個(gè)入口及兩個(gè)出口是此反應(yīng)器的很重要的特點(diǎn)，這樣能使液體攜帶的氧及其它的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 盡可能供給邊緣及支架中心地帶的肝細(xì)胞，減少了灌流死腔及無(wú)效灌流，與以往支架型反應(yīng) 器相比有明顯的優(yōu)越性。在出口設(shè)置有細(xì)胞篩網(wǎng)刷，定期自動(dòng)或手動(dòng)對(duì)篩網(wǎng)篩洗以免細(xì)胞篩 網(wǎng)的堵塞，更便于人工肝治療的連續(xù)性和成功性，考慮更加周到慎密。


圖1為人工肝用填充支架灌流型生物反應(yīng)器主體的立體結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為人工肝用填充支架灌流型生物反應(yīng)器在使用時(shí)外接輔助裝置示意圖。 圖3為物理支架6和肝細(xì)胞生物支架5的縱切面示意圖。 圖4為物理支架6和肝細(xì)胞生物支架5在反應(yīng)器內(nèi)的橫切面示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例人工肝用填充支架灌流型反應(yīng)器外形為圓柱形，透明塑料外殼，大小尺寸為-長(zhǎng)15cm,橫截面直徑6cm，容積約為500ml。實(shí)際制作時(shí)可根據(jù)需要放大或縮小，制定所需 要的尺寸。如圖1、圖2、或圖3、圖4所示1， 2為血液/血漿/或培養(yǎng)液入口，通過三通管血漿/ 培養(yǎng)液進(jìn)入支架灌流型反應(yīng)器容器內(nèi)，在其中與合成或改性支架上的肝細(xì)胞進(jìn)行物質(zhì)交換，3， 4供血漿/或培養(yǎng)液出口，完成了物質(zhì)交換的血漿/培養(yǎng)液后經(jīng)此兩出口由三通管匯集流回，5 為肝細(xì)胞支架，肝細(xì)胞生長(zhǎng)殼聚糖或海藻酸/殼聚糖支架孔隙內(nèi)，在此與液體進(jìn)行物質(zhì)交換及 發(fā)揮肝細(xì)胞合成代謝及解毒功能，6為物理支架，為防止生物相容性好的天然合成支架塌陷 而制備的支撐結(jié)構(gòu)，其材料一般由聚苯乙烯或聚氨酯構(gòu)成，構(gòu)成了功能單元，物理支架中心 地帶有一個(gè)液流的相對(duì)緩沖區(qū)7，減少兩側(cè)液流沖擊的剪切力；8， 9為出口處細(xì)胞篩網(wǎng)，防 止從細(xì)胞支架上脫落的肝細(xì)胞進(jìn)入血循環(huán)，10， ll為細(xì)胞篩網(wǎng)刷，防止以前傳統(tǒng)在人工肝過 程中容易出現(xiàn)篩網(wǎng)堵塞情況，而此篩網(wǎng)刷定時(shí)自動(dòng)或手功對(duì)細(xì)胞篩網(wǎng)刷洗，12為圓形柱塑料 外殼，13為整個(gè)填充支架灌流型反應(yīng)器縱切面示意圖的外觀，14為膜氧合器，使血漿/培養(yǎng) 液氧合后攜帶氧供給填充支架灌流型反應(yīng)器支架上肝細(xì)胞所需，15為免疫吸附器，吸附少量 微囊漏出的免疫大分子物質(zhì)(IgG、 IgM及補(bǔ)體系列)，防止進(jìn)入機(jī)體發(fā)生免疫反應(yīng)。本實(shí)例是用生物相容性接近人體細(xì)胞外基質(zhì)的天然材料作為反應(yīng)器的肝細(xì)胞生物支架材 料，有利于細(xì)胞生長(zhǎng)及功能的發(fā)揮。采用了物理支架作為細(xì)胞支架的骨架結(jié)構(gòu)，類似于正常 肝臟的包膜及結(jié)締組織，防止了細(xì)胞支架在人工肝治療中的塌陷。物理支架有多個(gè)分隔區(qū)， 分隔區(qū)呈交錯(cuò)排列分布。物理支架的制作材料的機(jī)械性能好及與反應(yīng)器內(nèi)生物材料具有較好 的相容性，支架材料上密集分布的圓孔有利于各個(gè)分個(gè)單元內(nèi)部細(xì)胞支架的相互聯(lián)系，保持
整個(gè)支架是一個(gè)完整的整體，這樣肝細(xì)胞的生長(zhǎng)及功能可得到充分的發(fā)揮，利于氧和營(yíng)養(yǎng)輸 送的均衡性。本發(fā)明注意到液體提供支架上的肝細(xì)胞氧及營(yíng)養(yǎng)的均衡性，從設(shè)計(jì)上采取兩端入口，兩 側(cè)壁出口的方式，減少了灌流死腔和無(wú)效灌流的問題，另外也照顧到了人工肝的過程可能會(huì) 出現(xiàn)細(xì)胞篩網(wǎng)堵塞采用了簡(jiǎn)單的細(xì)胞篩網(wǎng)刷清洗避免不必要的麻煩。
權(quán)利要求
1、人工肝用填充支架灌流型生物反應(yīng)器，包括柱形外殼(12)和肝細(xì)胞生物支架(5)，其特征在于在柱形外殼(12)的上下兩端分別有進(jìn)口(1)和進(jìn)口(2)，側(cè)壁中部有呈對(duì)稱分布的出口(3)和出口(4)，肝細(xì)胞生物支架(5)固定放置在物理支架(6)上，反應(yīng)器內(nèi)的中部有一個(gè)不放置肝細(xì)胞生物支架的液流緩沖區(qū)(7)，出口(3)和出口(4)用細(xì)胞篩網(wǎng)(8)和(9)與外界隔離，在細(xì)胞篩網(wǎng)(8)和(9)的上方分別設(shè)置細(xì)胞篩網(wǎng)刷(10)和細(xì)胞篩網(wǎng)刷(11)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述人工肝用填充支架灌流型生物反應(yīng)器，其特征在于膜氧合器(14) 用三通管連接反應(yīng)器兩端的進(jìn)口 (1)和進(jìn)口 (2)，吸附免疫大分子的免疫吸附器(15)用 三通管連接反應(yīng)器側(cè)壁中部呈對(duì)稱分布的出口 (3)和出口 (4)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述人工肝用填充支架灌流型生物反應(yīng)器，其特征在于肝細(xì)胞生物支 架(5)的材料是殼聚糖或海藻酸殼聚糖以及改性的海藻酸半乳糖化殼聚糖肝素其一；每個(gè) 肝細(xì)胞生物支架(5)的規(guī)格為直徑12 18mm，高5 7mm的圓柱形。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述人工肝用填充支架灌流型生物反應(yīng)器，其特征在于細(xì)胞篩網(wǎng)(8) 和細(xì)胞篩網(wǎng)(9)的孔徑為700 1000目。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述人工肝用填充支架灌流型生物反應(yīng)器，其特征在于物理支架(6) 有14 16個(gè)分隔區(qū)，分隔區(qū)呈交錯(cuò)排列分布。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述人工肝用填充支架灌流型生物反應(yīng)器，其特征在于物理支架(6) 的制作材料具有較好的支撐性能以及與反應(yīng)器內(nèi)生物材料的相容性，支架材料上密集分布 了孔徑為2 4mm的圓孔。
全文摘要
本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)生物技術(shù)領(lǐng)域，為一種人工肝用填充支架灌流型生物反應(yīng)器。外觀為圓柱形容器，液體進(jìn)口1、2在圓柱形容器上下兩端；出口3、4對(duì)稱分布在側(cè)壁的中央；物理支架6有14～16個(gè)交錯(cuò)排列的分隔區(qū)放置和支撐肝細(xì)胞生物支架5，反應(yīng)器內(nèi)支架的中部有一個(gè)液流緩沖區(qū)7，出口處設(shè)置細(xì)胞篩網(wǎng)和細(xì)胞篩網(wǎng)刷。生物反應(yīng)器的兩個(gè)進(jìn)口的上游連接膜氧合器14，兩個(gè)出口的下游連接免疫吸附器15。肝細(xì)胞生物支架是殼聚糖支架或海藻酸/殼聚糖以及改性的海藻酸/半乳糖化殼聚糖/肝素支架，有良好的生物相容性，更適合肝細(xì)胞的生長(zhǎng)及功能發(fā)揮。具交錯(cuò)排列結(jié)構(gòu)的物理支架類似肝臟的各個(gè)功能單元，有效防止肝細(xì)胞生物支架塌陷。
文檔編號(hào)A61M1/14GK101129277SQ20071007081
公開日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2007年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月17日
發(fā)明者喻成波, 曹紅翠, 李蘭娟, 杜維波, 潘小平 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)