專利名稱：人工肝用纖維網(wǎng)片疊加式生物反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種醫(yī)療設(shè)備，具體地說，是一種生物型或混合型人工肝治療的核心裝 置，即人工肝用纖維網(wǎng)片疊加式生物反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
生物反應(yīng)器(即反應(yīng)器)是生物型和混合型人工肝治療的核心裝置，既為外源性肝細(xì)胞 和患者血液或血槳提供物質(zhì)交換的場所，又為肝細(xì)胞提供適宜的生長環(huán)境，應(yīng)用前景廣闊。 理想的人工肝用生物反應(yīng)器，應(yīng)當(dāng)符合以下基本要求1、充足的肝細(xì)胞生長空間，支持一
名肝衰竭患者約需10%的正常肝臟質(zhì)量，折合肝細(xì)胞數(shù)約150億。2、良好的生物相容性， 能保證肝細(xì)胞的活性和功能。3、中小物質(zhì)雙向傳輸，大分子物質(zhì)免疫阻隔。
迄今生物反應(yīng)器主要有四種類型中空纖維型、平板單層培養(yǎng)型、灌流床式/支架型、細(xì) 胞包裹/懸浮型。中空纖維型反應(yīng)器，因?yàn)榫哂叙じ奖砻姹阌诟渭?xì)胞貼壁生長，有免疫阻隔 作用，細(xì)胞受剪切力小等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最多的類型。但它存在以下缺點(diǎn)1、傳統(tǒng)的中 空纖維反應(yīng)器內(nèi)，纖維平行緊密排列，無論是在腔內(nèi)或腔外培養(yǎng)，肝細(xì)胞生長空間都顯不足； 2、只能為肝細(xì)胞提供二維培養(yǎng)，不能提供三維立體培養(yǎng)，細(xì)胞活性及功能不佳，難以在組 織化；3、細(xì)胞分布不均；4、細(xì)胞易堵塞半透膜，影響物質(zhì)交換。灌流床式/支架型反應(yīng)器， 具有能為肝細(xì)胞提供三維培養(yǎng)環(huán)境，容易放大，物質(zhì)交換良好的優(yōu)點(diǎn)，在動物實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞培 養(yǎng)方面應(yīng)用也較多，但存在以下問題1、缺乏免疫隔離的安全隱患；2、支架內(nèi)部孔隙多是 不規(guī)則不均勻的，易產(chǎn)生灌流不均，支架整體的中心及邊緣地帶易產(chǎn)生無效腔、死腔；3、 由于通過大量支架的阻力大，所需的灌流強(qiáng)度大，致細(xì)胞受剪切力大，難以放大；4、反應(yīng) 器的制作受到支架材料制作工藝的限制。而平板單層培養(yǎng)型反應(yīng)器由于體表面積比小、放大 復(fù)雜，細(xì)胞包裹懸浮型由于懸浮細(xì)胞的穩(wěn)定性不佳、包裹細(xì)胞的物質(zhì)交換受影響，近來研究 報(bào)道較少。
如何研制和改良生物反應(yīng)器，揚(yáng)長避短，克服缺陷，成為新近國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種具備三維立體培養(yǎng)結(jié)構(gòu)、兼具氧合和免疫阻隔功能、細(xì)胞活性和功能佳、易于放大的人工肝用纖維網(wǎng)片疊加式生物反應(yīng)器。
本實(shí)用新型的人工肝用纖維網(wǎng)片疊加式生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)器外殼，反應(yīng)器外殼內(nèi)布 置若干縱向疊加的中空纖維網(wǎng)片，中空纖維網(wǎng)片由中空纖維編織而成，若干豎向布置的中空 纖維穿過前述中空纖維網(wǎng)片的網(wǎng)格的中心，所述中空纖維均為聚砜中空纖維；反應(yīng)器外殼的 底端設(shè)細(xì)胞懸液入口和液體入口，頂端設(shè)細(xì)胞懸液出口和液體出口，側(cè)壁對向設(shè)置氣體入口 和氣體出口；
所述用于編織中空纖維網(wǎng)片的中空纖維的內(nèi)部是氣體通道，其一端連接氣體入口，另一 端連接氣體出口；所述豎向布置的中空纖維的內(nèi)部是液體通道，其一端連接液體入口，另一 端連接液體出口；所有的中空纖維的外壁與反應(yīng)器外殼的內(nèi)壁共同構(gòu)成肝細(xì)胞的三維生長空 間，與細(xì)胞懸液出口和細(xì)胞懸液入口連通。
所述細(xì)胞懸液入口和細(xì)胞懸液出口處均裝有濾菌器，并以旋蓋固定于反應(yīng)器外殼上。
所述用于編織中空纖維網(wǎng)片的中空纖維是透氣不透水的纖維連接蛋白修飾的聚砜中空 纖維或聚醚砜中空纖維。
所述豎向布置的中空纖維是孔徑0.2"m、分子截留量50 100kD且未經(jīng)修飾的聚砜中 空纖維或聚醚砜中空纖維。
所述中空纖維網(wǎng)片的網(wǎng)格邊長為lmm。
所述縱向疊加的中空纖維網(wǎng)片是按照300ym的間距粘合疊加而成。 所述反應(yīng)器外殼是長方體或圓柱體透明有機(jī)玻璃外殼。
所述反應(yīng)器外殼側(cè)壁對向設(shè)置的氣體入口和氣體出口分別有兩個(gè)，兩組氣體入口和氣體 出口分別對應(yīng)一個(gè)方向的用于編織中空纖維網(wǎng)片的中空纖維，構(gòu)成獨(dú)立的氣體通道。 本實(shí)用新型具有的有益效果是-
利用中空纖維的空間組合，不引入三維生物支架，卻實(shí)現(xiàn)了三維立體培養(yǎng)，有利于肝細(xì) 胞功能活性的提高和長久維持，易于組織化；纖維組合構(gòu)成的立體孔隙規(guī)則均勻，液流阻力 小，細(xì)胞所受剪切力小，細(xì)胞分布較均勻；利用不同特性中空纖維的組合，使得氧合充分、 兼具免疫阻隔功能，物質(zhì)交換效率高，改善了細(xì)胞易堵塞半透膜的缺陷。結(jié)構(gòu)簡單緊湊、所 用的中空纖維材料制作工藝成熟、實(shí)用性強(qiáng)、易于放大。


圖1為本實(shí)用新型的反應(yīng)器縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型的反應(yīng)器縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為生物型人工肝支持系統(tǒng)應(yīng)用示意圖。
附圖標(biāo)記中空纖維網(wǎng)片1、豎向布置的中空纖維2、肝細(xì)胞的三維生長空間3、反應(yīng)器外殼4、液體入口 5、液體出口 6、氣體入口 7、氣體出口 8、細(xì)胞懸液入口 9、細(xì)胞懸液 出口IO、濾菌器ll、旋蓋12、患者或?qū)嶒?yàn)動物13、血漿分離器14、體外循環(huán)池15。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的人工肝用纖維網(wǎng)片疊加式生物反應(yīng)器，中空纖維網(wǎng)片的間距、網(wǎng)格大小以 及反應(yīng)器規(guī)?？筛鶕?jù)實(shí)際應(yīng)用放大或縮小。
下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)描述
本實(shí)施例中的人工肝用纖維網(wǎng)片疊加式生物反應(yīng)器，包括一個(gè)透明有機(jī)玻璃的反應(yīng)器外
殼4。反應(yīng)器外殼4的底端設(shè)細(xì)胞懸液入口 9和液體入口 5,頂端設(shè)細(xì)胞懸液出口 IO和液體 出口 6，側(cè)壁對向設(shè)置氣體入口 7和氣體出口 8。細(xì)胞懸液入口 9和細(xì)胞懸液出口 10處均裝 有濾菌器ll，并以旋蓋12固定于反應(yīng)器外殼4上。
反應(yīng)器外殼4內(nèi)布置若干縱向疊加的中空纖維網(wǎng)片1，中空纖維網(wǎng)片1由表面適合肝細(xì) 胞生長的、透氣不透水的纖維連接蛋白修飾的聚砜中空纖維編織而成。網(wǎng)片上密布的網(wǎng)格邊 長為lmm,各層網(wǎng)片按照300um的間距粘合疊加而成。中空纖維網(wǎng)片1的中空纖維的內(nèi)部 是氧氣和二氧化碳混合氣體的通道，其一端連接氣體入口7，另一端連接氣體出口8。
反應(yīng)器外殼側(cè)壁中部對向設(shè)置的氣體入口 7和氣體出口 8分別有兩個(gè)，兩組氣體入口 7 和氣體出口 8分別對應(yīng)一個(gè)方向的用于編織中空纖維網(wǎng)片1的中空纖維，構(gòu)成獨(dú)立的氣體通 道。當(dāng)然也可以在容器壁隔斷上進(jìn)行設(shè)計(jì)，只采用一組氣體入口7和氣體出口8。
若干豎向布置的中空纖維2穿過中空纖維網(wǎng)片1的網(wǎng)格的中心，豎向布置的中空纖維2 是孔徑0.2um、分子截留量50 100kD且未經(jīng)修飾的聚砜中空纖維，具備生物相容性良好 和免疫隔離效果，并可減小肝細(xì)胞在其表面快速生長堵塞纖維孔的風(fēng)險(xiǎn)。豎向布置的中空纖 維2的內(nèi)部是血漿或培養(yǎng)液的通道，其一端連接液體入口，另一端連接液體出口。
中空纖維網(wǎng)片1的中空纖維的特點(diǎn)是透氣不透水，且表面易于肝細(xì)胞生長；豎向布置 的中空纖維2的特點(diǎn)是透氣透水、具有免疫阻隔作用，具有良好生物相容性，表面不必很
易于肝細(xì)胞生長，以減少細(xì)胞在其表面生長過快而堵塞纖維孔的風(fēng)險(xiǎn)。按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，還可 選用聚醚砜等具備同樣特性的材質(zhì)作為中空纖維。
所有的中空纖維的外壁與反應(yīng)器外殼4的內(nèi)壁共同構(gòu)成肝細(xì)胞的三維生長空間3,該空 間與細(xì)胞懸液入口 9和細(xì)胞懸液出口 IO連通。肝細(xì)胞主要黏附于中空纖維網(wǎng)片1的表面， 部分黏附于豎向布置的中空纖維2的表面，呈三維立體生長，易于組織化。
與細(xì)胞懸液入口 9和細(xì)胞懸液出口 IO在反應(yīng)器內(nèi)交織的部分中空纖維可以撤去，以便 于肝細(xì)胞懸液的流入和流出。
本實(shí)施例中的使用過程如下患者或?qū)嶒?yàn)動物13的血液引出體外后，首先經(jīng)血漿分離器14分離為細(xì)胞成份和血漿成 份，其中血漿成份進(jìn)入體外循環(huán)池15，然后從液體入口 5進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)，由豎向的中空纖 維2的內(nèi)腔流出，與肝細(xì)胞的三維生長空間3中的肝細(xì)胞(肝細(xì)胞為預(yù)先接種和培養(yǎng))充分 接觸后，流回豎向的中空纖維2的內(nèi)腔，自下而上至反應(yīng)器頂部的液體出口6流出，返回循 環(huán)池15。經(jīng)過多次循環(huán)后，再與血液中的細(xì)胞成份一起回輸體內(nèi)。
肝細(xì)胞可選用原代人、豬肝細(xì)胞或肝細(xì)胞系等，簡述接種和培養(yǎng)步驟如下
1、 用培養(yǎng)液配制成合適濃度的肝細(xì)胞懸液。
2、 打開細(xì)胞懸液入口9的旋蓋12，將肝細(xì)胞懸液注入反應(yīng)器內(nèi)，至細(xì)胞懸液充滿反應(yīng) 器從頂部的細(xì)胞懸液出口 10溢出為止。肝細(xì)胞黏附于中空纖維外壁，約24小時(shí)后貼附牢固。
3、 從細(xì)胞懸液入口9灌入新鮮培養(yǎng)基，經(jīng)過反應(yīng)器自細(xì)胞懸液出口 IO流出，沖去未貼 壁的肝細(xì)胞。
4、 將該反應(yīng)器與體外循環(huán)池15等按圖3虛線框內(nèi)所示，連成肝細(xì)胞培養(yǎng)循環(huán)通路，新 鮮的培養(yǎng)基分別從液體入口 5和液體出口 6流入和流出反應(yīng)器，為肝細(xì)胞提供養(yǎng)分并帶走代 謝產(chǎn)物。
5、 培養(yǎng)合適時(shí)間后，可以按圖3連接組合成生物型人工肝支持系統(tǒng)。
權(quán)利要求1、一種人工肝用纖維網(wǎng)片疊加式生物反應(yīng)器，包括反應(yīng)器外殼，其特征在于，反應(yīng)器外殼內(nèi)布置若干縱向疊加的中空纖維網(wǎng)片，中空纖維網(wǎng)片由中空纖維編織而成，若干豎向布置的中空纖維穿過前述中空纖維網(wǎng)片的網(wǎng)格的中心，所述中空纖維是聚砜中空纖維或聚醚砜中空纖維；反應(yīng)器外殼的底端設(shè)細(xì)胞懸液入口和液體入口，頂端設(shè)細(xì)胞懸液出口和液體出口，側(cè)壁對向設(shè)置氣體入口和氣體出口；所述用于編織中空纖維網(wǎng)片的中空纖維的內(nèi)部是氣體通道，其一端連接氣體入口，另一端連接氣體出口；所述豎向布置的中空纖維的內(nèi)部是液體通道，其一端連接液體入口，另一端連接液體出口；所有的中空纖維的外壁與反應(yīng)器外殼的內(nèi)壁共同構(gòu)成肝細(xì)胞的三維生長空間，與細(xì)胞懸液出口和細(xì)胞懸液入口連通。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工肝用纖維網(wǎng)片疊加式生物反應(yīng)器，其特征在于，所述細(xì)胞 懸液入口和細(xì)胞懸液出口處裝有濾菌器，以旋蓋固定于反應(yīng)器外殼上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工肝用纖維網(wǎng)片疊加式生物反應(yīng)器，其特征在于，所述用于 編織中空纖維網(wǎng)片的中空纖維是透氣不透水的纖維連接蛋白修飾的聚砜中空纖維或聚醚砜中 空纖維。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工肝用纖維網(wǎng)片疊加式生物反應(yīng)器，其特征在于，所述豎向 布置的中空纖維是孔徑0.2um、分子截留量50~100kD且未經(jīng)修飾的聚砜中空纖維或聚醚砜 中空纖維。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工肝用纖維網(wǎng)片疊加式生物反應(yīng)器，其特征在于，所述中空 纖維網(wǎng)片的網(wǎng)格邊長為lmra。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工肝用纖維阿片疊加式生物反應(yīng)器，其特征在于，所述縱向 疊加的中空纖維網(wǎng)片是按照300 u ra的間距粘合疊加而成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工肝用纖維網(wǎng)片疊加式生物反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng) 器外殼是長方體或圓柱體。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工肝用纖維網(wǎng)片疊加式生物反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng) 器外殼是透明有機(jī)玻璃外殼。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工肝用纖維網(wǎng)片疊加式生物反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng) 器外殼側(cè)壁對向設(shè)置的氣體入口和氣體出口分別有兩個(gè)，兩組氣體入口和氣體出口分別對應(yīng)一 個(gè)方向的用于編織中空纖維網(wǎng)片的中空纖維，構(gòu)成獨(dú)立的氣體通道。
專利摘要本實(shí)用新型涉及醫(yī)療設(shè)備，旨在提供一種人工肝用纖維網(wǎng)片疊加式生物反應(yīng)器。該反應(yīng)器包括反應(yīng)器外殼，反應(yīng)器外殼內(nèi)布置若干縱向疊加的中空纖維網(wǎng)片，中空纖維網(wǎng)片由中空纖維編織而成，若干豎向布置的中空纖維穿過前述中空纖維網(wǎng)片的網(wǎng)格的中心，所述中空纖維均為聚砜中空纖維；反應(yīng)器外殼的底端設(shè)細(xì)胞懸液入口和液體入口，頂端設(shè)細(xì)胞懸液出口和液體出口，側(cè)壁對向設(shè)置氣體入口和氣體出口。本實(shí)用新型具備三維立體培養(yǎng)結(jié)構(gòu)、兼具氧合和免疫阻隔功能、細(xì)胞活性和功能佳、易于放大。
文檔編號C12M3/02GK201418905SQ200920119349

公開日2010年3月10日 申請日期2009年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月7日
發(fā)明者喻成波, 曹紅翠, 朱春俠, 李蘭娟, 杜維波, 潘小平 申請人:浙江大學(xué)