專利名稱：基于雙層硝酸纖維素膜灌流式的生物人工肝反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物人工肝反應(yīng)器，尤其是一種基于雙層硝酸纖維素膜灌流式的生物人工肝反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
生物反應(yīng)器是生物人工肝系統(tǒng)的核心裝置，是為肝功能衰竭患者提供可靠的過度支持療法的人工器官，目前已經(jīng)成為肝功能衰竭患者等待肝移植或通過自身肝再生恢復(fù)提供過渡的重要手段，是肝移植治療的必有補(bǔ)充，在肝衰竭治療中應(yīng)用前景廣泛。人工肝支持系統(tǒng)生物反應(yīng)器必須具備的兩個(gè)基本功能，一是為肝細(xì)胞提供良好的生長(zhǎng)、代謝微環(huán)境， 二是為肝功能衰竭患者血液或血漿與肝細(xì)胞相互作用、進(jìn)行物質(zhì)交換提供理想的場(chǎng)所，故生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和構(gòu)建應(yīng)滿足免疫阻隔、物質(zhì)傳輸、肝細(xì)胞培養(yǎng)的要求。許多國(guó)家對(duì)種子細(xì)胞和生物反應(yīng)器進(jìn)行了較為深入的研究，已有部分裝置進(jìn)入臨床驗(yàn)證階段，但基于肝臟功能的復(fù)雜性和肝細(xì)胞特殊的生物學(xué)特性，尚有許多問題需要解決，主要是體外無(wú)法實(shí)現(xiàn)肝細(xì)胞三維生長(zhǎng)方式，包括滿足肝細(xì)胞三維生長(zhǎng)所最適的細(xì)胞生長(zhǎng)支架以及細(xì)胞長(zhǎng)期高密度、高活性的培養(yǎng)方法的改進(jìn)；肝細(xì)胞高分化狀態(tài)與高增殖能力的統(tǒng)一；反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和放大問題，這些因素制約和影響了生物人工肝在臨床治療中的進(jìn)一步應(yīng)用。目前，人工肝生物反應(yīng)器大致可分為中空纖維型生物反應(yīng)器、平板型生物反應(yīng)器、灌流支架型生物反應(yīng)器、微囊懸浮式生物反應(yīng)器等類型。其中灌流式支架型生物反應(yīng)器具備良好的肝細(xì)胞培養(yǎng)效果，但缺乏免疫阻隔和灌流不均。中空纖維型生物反應(yīng)器是研究最多的一類反應(yīng)器，具有較強(qiáng)的免疫阻隔和物質(zhì)傳輸作用，但肝細(xì)胞在這種反應(yīng)器內(nèi)分布不均勻，易沉積底部，難以提供三維的肝細(xì)胞培養(yǎng)微環(huán)境。當(dāng)前，研究的熱點(diǎn)逐步集中在研發(fā)新的細(xì)胞支架材料，采用合適的細(xì)胞支架材料構(gòu)建生物反應(yīng)器既能解決細(xì)胞問題一有利于細(xì)胞高密度、高活性生長(zhǎng)、物質(zhì)交換；又有解決反應(yīng)器的問題一一利于反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、 性能發(fā)揮和功能放大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供基于雙層硝酸纖維素膜灌流式的生物人工肝反應(yīng)器。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種基于雙層硝酸纖維素膜灌流式的生物人工肝反應(yīng)器，包括箱體和設(shè)置在箱體內(nèi)腔中的細(xì)胞支架，箱體上設(shè)置進(jìn)液口、出液口、進(jìn)氣口、排氣口 ；所述的細(xì)胞支架為雙層硝酸纖維素膜，該雙層硝酸纖維素膜的兩長(zhǎng)邊緊貼于箱體的前側(cè)和后側(cè)的內(nèi)壁上，其兩端固定在箱體的左、右兩側(cè)的內(nèi)壁上，將箱體內(nèi)腔分隔成上、下兩個(gè)獨(dú)立空間，培養(yǎng)液在上、下兩個(gè)獨(dú)立空間中流動(dòng)進(jìn)行物質(zhì)交換；所述雙層硝酸纖維素膜間的間隔空間作為肝細(xì)胞的三維生長(zhǎng)空間，細(xì)胞在間隔空間內(nèi)生長(zhǎng)，能在進(jìn)行充分的物質(zhì)傳輸?shù)耐瑫r(shí)避免液體流動(dòng)時(shí)剪切力對(duì)細(xì)胞的傷害，同時(shí)也達(dá)到免疫隔阻的效果。本發(fā)明中的使用雙層硝酸纖維素膜來(lái)作為細(xì)胞支架材料，硝酸纖維素膜具有良好的濕態(tài)強(qiáng)度，理化穩(wěn)定性，且具有良好的細(xì)胞相容性。膜表面為海綿狀微觀表面有利于細(xì)胞黏附、生長(zhǎng)和增殖；膜上的孔徑均一有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和細(xì)胞代謝物之間雙向物質(zhì)交換，因此細(xì)胞在膜表面更易形成三維空間生長(zhǎng)，有利于肝細(xì)胞維持相對(duì)的細(xì)胞極性及建立細(xì)胞間通訊，從而達(dá)到肝細(xì)胞功能的持續(xù)、穩(wěn)定、高效的培養(yǎng)結(jié)果。從而實(shí)現(xiàn)生物人工肝中模擬肝小葉及肝板生理結(jié)構(gòu)的細(xì)胞三維生長(zhǎng)模型以及解決以往膜材料在物質(zhì)交換功能、生物相容性和理化性能方面存在的局限性，更好地滿足生物反應(yīng)器系統(tǒng)的需要。為有利于增加反應(yīng)器內(nèi)細(xì)胞總數(shù)的同時(shí)，也增加物質(zhì)交換表面積，提高反應(yīng)器效能，降低了反應(yīng)器的總?cè)莘e，本發(fā)明可做以下改進(jìn)所述的細(xì)胞支架呈波浪形折疊狀；或者是呈W形折疊狀。本發(fā)明所述的進(jìn)氣口和排氣口設(shè)置在箱體左右兩側(cè)中的其中一側(cè)的側(cè)板上，分別位于側(cè)板的上部和下部，所述的進(jìn)氣口和排氣口上分別設(shè)置開關(guān)閥門；所述進(jìn)液口和出液口則相應(yīng)設(shè)置在箱體的另一側(cè)的側(cè)板上，分別位于側(cè)板的上部和下部，所述的進(jìn)液口和出液口分別設(shè)置開關(guān)閥門。在進(jìn)液口、出液口上分別設(shè)置開關(guān)閥門，當(dāng)反應(yīng)器用于細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)，只使用其中一個(gè)，作為培養(yǎng)液入口 /出口 ；反應(yīng)器用于代償工作時(shí)，可根據(jù)使用時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)決定單獨(dú)使用一個(gè)作為血漿入口 /出口或分別用于培養(yǎng)液和血漿入口 /出口。在進(jìn)氣口和排氣口上分別設(shè)置開關(guān)閥門，作為混合氣體入口 /出口，可根據(jù)實(shí)際需要單獨(dú)或同時(shí)使用。本發(fā)明所述的箱體的左、右兩側(cè)的側(cè)板的內(nèi)壁中部設(shè)有凹槽，所述的細(xì)胞支架的兩端嵌合在所述的凹槽內(nèi)，使細(xì)胞支架的兩端固定在左、右兩側(cè)內(nèi)壁上。本發(fā)明還可做以下改進(jìn)所述的箱體的左、右兩側(cè)中的其中一側(cè)的側(cè)板為可在箱體內(nèi)沿長(zhǎng)軸方向進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞式擋板，該活塞式擋板可根據(jù)需要沿箱體長(zhǎng)軸方向移動(dòng)，從而改變箱體總?cè)莘e，以適應(yīng)不同實(shí)驗(yàn)需求。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明采雙層硝酸纖維素膜作為細(xì)胞支架，有利于為細(xì)胞提供特定的三維生長(zhǎng)空間，同時(shí)控制細(xì)胞生長(zhǎng)的細(xì)胞層數(shù)，實(shí)現(xiàn)保持細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物交換充分的目的；在避免細(xì)胞逃逸的同時(shí)實(shí)現(xiàn)免疫隔阻，防止引起過敏或排異反應(yīng)；雙層膜形成的微腔結(jié)構(gòu)可以最大限度降低液體剪切力對(duì)細(xì)胞的傷害作用，還可以使得兩層膜上相鄰細(xì)胞形成緊密關(guān)系從而形成薄層組織培養(yǎng)效果，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞高密度、大規(guī)模、功能化培養(yǎng)。(2)本發(fā)明中雙層硝酸纖維素膜在箱體內(nèi)呈波浪形折疊狀或W形折疊狀，有利于增加反應(yīng)器內(nèi)細(xì)胞總數(shù)的同時(shí)，也增加物質(zhì)交換表面積，提高反應(yīng)器效能，可三維大規(guī)模、 高活性培養(yǎng)細(xì)胞，且膜上細(xì)胞分布均勻、微環(huán)境一致。另外也降低了反應(yīng)器的總?cè)莘e，反應(yīng)器有效容積率高，使之與人體血容量更接近，實(shí)現(xiàn)體外與人體靜脈循環(huán)(透析)系統(tǒng)直接相通，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)、持續(xù)的同步代償。(3)本發(fā)明中將箱體左、右兩側(cè)中的其中一側(cè)側(cè)板設(shè)置為可在箱體內(nèi)沿長(zhǎng)軸方向進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞式擋板，可根據(jù)需要沿箱體長(zhǎng)軸方向移動(dòng)該活塞式擋板，從而改變箱體總?cè)莘e，以適應(yīng)不同實(shí)驗(yàn)需求。(4)本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利于反應(yīng)器的性能發(fā)揮和功能放大。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例一的左側(cè)板內(nèi)側(cè)方向的主視圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例一的反應(yīng)器內(nèi)雙層硝酸纖維素膜微腔結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例二的反應(yīng)器透視圖及液體流動(dòng)路徑圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例作進(jìn)一步的說(shuō)明實(shí)施例一圖1 3所示的基于雙層硝酸纖維素膜灌流式的生物人工肝反應(yīng)器是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，包括箱體1和設(shè)置在箱體1內(nèi)腔中的細(xì)胞支架8。如圖1所示，細(xì)胞支架8采用雙層硝酸纖維素膜，該雙層硝酸纖維素膜呈波浪形折疊狀設(shè)置于箱體1內(nèi)。以位于箱體1長(zhǎng)軸方向上的兩側(cè)為箱體1的左側(cè)和右側(cè)。在箱體1的左側(cè)板2的內(nèi)表面中部和右側(cè)板3的內(nèi)表面中部分別縱向設(shè)置有與雙層硝酸纖維素膜兩短邊等長(zhǎng)的凹槽9，雙層硝酸纖維素膜的兩端分別嵌合在左側(cè)板2和右側(cè)板3的凹槽9內(nèi)，從而將雙層硝酸纖維素膜固定在箱體 1的左側(cè)板2和右側(cè)板3上。雙層硝酸纖維素膜的波浪形的弧度頂端與箱體1的頂部和底部間具有空間間隔，而其兩長(zhǎng)邊緊貼于箱體1的前側(cè)和后側(cè)的內(nèi)壁上，將箱體1內(nèi)腔分隔成上下兩個(gè)獨(dú)立空間，培養(yǎng)液在上下兩個(gè)獨(dú)立空間中流動(dòng)進(jìn)行物質(zhì)交換；如圖1和圖3所示， 雙層硝酸纖維素膜間的間隔空間則為肝細(xì)胞10提供了三維生長(zhǎng)空間，肝細(xì)胞10在間隔空間內(nèi)生長(zhǎng)，能在進(jìn)行充分的物質(zhì)傳輸?shù)耐瑫r(shí)避免液體流動(dòng)時(shí)剪切力對(duì)肝細(xì)胞10的傷害，同時(shí)也達(dá)到免疫隔阻的效果。箱體1上設(shè)置進(jìn)液口 4、出液口 5、進(jìn)氣口 6、排氣口 7，其中，進(jìn)液口 4和出液口 5 分別設(shè)置于箱體1的左側(cè)板2的下部和上部，而進(jìn)氣口 6和排氣口 7設(shè)置于箱體1的右側(cè)板3的下部和上部。進(jìn)液口 4和出液口 5分別設(shè)置開關(guān)閥門，當(dāng)用于反應(yīng)器內(nèi)細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)， 只使用其中一個(gè)，作為培養(yǎng)液入口 /出口 ；用于反應(yīng)器代償工作時(shí)，可根據(jù)使用時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)決定單獨(dú)使用一個(gè)作為血漿入口/出口或分別用于培養(yǎng)液和血漿入口/出口。在進(jìn)氣口 6和排氣口 7上分別設(shè)置開關(guān)閥門，作為混合氣體入口 /出口，可根據(jù)實(shí)際需要單獨(dú)或同時(shí)使用。實(shí)施例二 如圖4所示的基于雙層硝酸纖維素膜灌流式的生物人工肝反應(yīng)器是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，細(xì)胞支架8呈W形折疊狀，其彎折處的頂部與箱體1的頂部和底部間具有空間間隔。箱體1右側(cè)板3為可在箱體內(nèi)沿長(zhǎng)軸方向進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞式擋板，該活塞式擋板可根據(jù)需要沿箱體長(zhǎng)軸方向移動(dòng)，從而改變箱體總?cè)莘e，以適應(yīng)不同實(shí)驗(yàn)需求。上述實(shí)施例只是本發(fā)明的其中優(yōu)先實(shí)施方式，然而本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此， 根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，本發(fā)明做出其它多種形式的修改、替換或變更，均實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種基于雙層硝酸纖維素膜灌流式的生物人工肝反應(yīng)器，包括箱體和設(shè)置在箱體內(nèi)腔中的細(xì)胞支架，其特征在于，箱體上設(shè)置進(jìn)液口、出液口、進(jìn)氣口、排氣口 ；所述的細(xì)胞支架為雙層硝酸纖維素膜，該雙層硝酸纖維素膜的兩長(zhǎng)邊緊貼于箱體的前側(cè)和后側(cè)的內(nèi)壁上，其兩端固定在箱體的左、右兩側(cè)的內(nèi)壁上，將箱體內(nèi)腔分隔成上、下兩個(gè)獨(dú)立空間，培養(yǎng)液在上、下兩個(gè)獨(dú)立空間中流動(dòng)進(jìn)行物質(zhì)交換；所述雙層硝酸纖維素膜間的間隔空間作為肝細(xì)胞的三維生長(zhǎng)空間，細(xì)胞在間隔空間內(nèi)生長(zhǎng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙層硝酸纖維素膜灌流式的生物人工肝反應(yīng)器，其特征在于，所述的細(xì)胞支架呈波浪形折疊狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙層硝酸纖維素膜灌流式的生物人工肝反應(yīng)器，其特征在于，所述的細(xì)胞支架呈W形折疊狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙層硝酸纖維素膜灌流式的生物人工肝反應(yīng)器，其特征在于所述的進(jìn)氣口和排氣口設(shè)置在箱體左右兩側(cè)中的其中一側(cè)的側(cè)板上，分別位于側(cè)板的上部和下部，所述的進(jìn)氣口和排氣口上分別設(shè)置開關(guān)閥門；所述進(jìn)液口和出液口則相應(yīng)設(shè)置在箱體的另一側(cè)的側(cè)板上，分別位于側(cè)板的上部和下部，所述的進(jìn)液口和出液口分別設(shè)置開關(guān)閥門。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙層硝酸纖維素膜灌流式的生物人工肝反應(yīng)器，其特征在于，所述的箱體的左、右兩側(cè)的側(cè)板的內(nèi)壁中部設(shè)有凹槽，所述的細(xì)胞支架的兩端嵌合在所述的凹槽內(nèi)，使細(xì)胞支架的兩端固定在左、右兩側(cè)內(nèi)壁上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙層硝酸纖維素膜灌流式的生物人工肝反應(yīng)器，其特征在于，所述的箱體的左、右兩側(cè)中的其中一側(cè)的側(cè)板為可在箱體內(nèi)沿長(zhǎng)軸方向進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞式擋板，該活塞式擋板可根據(jù)需要沿箱體長(zhǎng)軸方向移動(dòng)，從而改變箱體總?cè)莘e。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于雙層硝酸纖維素膜灌流式的生物人工肝反應(yīng)器，包括箱體和設(shè)置在箱體內(nèi)腔中的細(xì)胞支架，其中，箱體上設(shè)置進(jìn)液口、出液口、進(jìn)氣口、排氣口；所述的細(xì)胞支架為雙層硝酸纖維素膜，該雙層硝酸纖維素膜的兩長(zhǎng)邊緊貼于箱體的前側(cè)和后側(cè)的內(nèi)壁上，其兩端固定在箱體的左、右兩側(cè)的內(nèi)壁上，將箱體內(nèi)腔分隔成上、下兩個(gè)獨(dú)立空間，培養(yǎng)液在上、下兩個(gè)獨(dú)立空間中流動(dòng)進(jìn)行物質(zhì)交換；所述雙層硝酸纖維素膜間的間隔空間作為肝細(xì)胞的三維生長(zhǎng)空間，細(xì)胞在間隔空間內(nèi)生長(zhǎng)，能在進(jìn)行充分的物質(zhì)傳輸?shù)耐瑫r(shí)避免液體流動(dòng)時(shí)剪切力對(duì)細(xì)胞的傷害，同時(shí)也達(dá)到免疫隔阻的效果。
文檔編號(hào)A61M1/22GK102166380SQ201110063998
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者劉思德, 李愛民, 林建華, 王亞東 申請(qǐng)人:南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院