專利名稱：人工肝用多孔磚式填充支架型反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)療設(shè)備，是一種生物型或混合型人工肝治療的核心裝置——人工肝用 多孔磚式填充支架型反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
人工肝支持治療作為重癥肝炎、肝衰竭患者的有效治療手段之一已被世界公認(rèn)。它包括 非生物型、生物型、混合型人工肝三大類，其中后兩類是主要的國際發(fā)展方向。生物反應(yīng)器 (即反應(yīng)器)正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 血漿提供物質(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/支架型和細(xì) 胞包裹/懸浮型。目前臨床應(yīng)用最多的是中空纖維型反應(yīng)器，它兼具免疫隔離和氧合的功效，
細(xì)胞受剪切力小，但存在以下缺點(diǎn)1、傳統(tǒng)的中空纖維反應(yīng)器細(xì)胞生長空間不足、分布不 均、細(xì)胞黏附性差；2、只能提供二維培養(yǎng)，不能提供三維立體培養(yǎng)；3、半透膜屏障或膠原
層會影響物質(zhì)交換效率；4、細(xì)胞生長在纖維表面故易堵塞纖維孔。而平板單層培養(yǎng)型由于 體表面積比小、放大困難，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，近年來研究報(bào)道不多。在動物實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞培養(yǎng)方面應(yīng)用也較多的另一類型反應(yīng) 器，是灌流床式/支架型反應(yīng)器。它具有以下優(yōu)點(diǎn)1、肝細(xì)胞與血漿或血液直接接觸，有利 于物質(zhì)交換；2、生物支架材料的引入，使得細(xì)胞生長空間增大；3、生物支架能為肝細(xì)胞提 供附著底物及三維立體生長環(huán)境；肝細(xì)胞作為一種貼壁生長型細(xì)胞，必須附著才能存活和維 持功能，且三維立體生長環(huán)境有利于肝細(xì)胞球形體的生成，有利于細(xì)胞功能的發(fā)揮和長久維 持。但它存在以下缺點(diǎn)1、存在缺乏免疫隔離的安全隱患；2、細(xì)胞的氧供不充分；3、整 個(gè)反應(yīng)器支架的中心地帶及邊緣地帶易產(chǎn)生無效腔、死腔；4、通過大量支架的阻力大，所 需的灌流強(qiáng)度大，導(dǎo)致細(xì)胞受剪切力大，難以放大。
如何綜合不同種類反應(yīng)器的優(yōu)勢，揚(yáng)長避短，克服缺陷，成為新近國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。 近年來，生物支架材料研究有了長足進(jìn)展，新興的納米材料、內(nèi)部呈三維立體網(wǎng)狀連通結(jié)構(gòu)的海藻酸-殼聚糖等天然材料以及半乳糖、肝素等修飾的高分子聚合物材料大量涌現(xiàn)并廣泛 應(yīng)用于細(xì)胞培養(yǎng)。生物支架材料的長足進(jìn)展為新型反應(yīng)器的研制，創(chuàng)造了巨大契機(jī)。國際上 現(xiàn)有的綜合性能較好的反應(yīng)器，往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制作工藝要求高、成本高。研制綜合性能良 好、結(jié)構(gòu)和制作工藝簡單、成本相對低的新型生物反應(yīng)器，對于廣大的發(fā)展中國家和第三世 界國家，具有特殊重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種兼具氧合、免疫隔離功能，灌流均 勻充分，無效腔、死腔改善，制作成本低、實(shí)用性強(qiáng)的人工肝用多孔磚式填充支架型反應(yīng)器。 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
提供一種人工肝用多孔磚式填充支架型反應(yīng)器，包括反應(yīng)器外殼；所述反應(yīng)器外殼內(nèi)部 由兩個(gè)密布網(wǎng)格的隔離板分為三個(gè)艙自下而上為氧合艙、填充支架艙、免疫阻隔艙，氧合 艙與填充支架艙之間、填充支架艙與免疫阻隔艙之間設(shè)帶網(wǎng)格的隔離板；
所述氧合艙內(nèi)橫向布置有透氣不透水的中空纖維，艙底部設(shè)液體入口；中空纖維內(nèi)部為 氣體通路，其兩端分別連接氣體入口和氣體出口；
所述填充支架艙是一個(gè)密布著細(xì)長孔柱的透明有機(jī)玻璃的固定床，固定床孔柱內(nèi)填充三 維多孔隙生物支架小球；固定床的底面和頂面均緊挨隔離板，隔離板上網(wǎng)格的邊長小于支架 小球直徑以防止支架小球漏出；
所述免疫阻隔艙由外殼、中空纖維和密封卡口蓋三部分組成；免疫阻隔艙的側(cè)壁設(shè)液體 出口且與中空纖維外部的空間相連，艙底的密封卡口蓋與填充支架艙頂部的隔離板相連；中 空纖維是縱向布置且具有透水和免疫阻隔作用的中空纖維，其內(nèi)腔下端開口與填充支架艙連 通，上端封閉。
作為一種改進(jìn)，所述氧合艙和填充支架艙相互連接為一個(gè)整體，免疫阻隔艙為獨(dú)立構(gòu)件。 作為一種改進(jìn)，所述支架小球的直徑為2mm，固定床孔柱的直徑為3mm，僅允許三維多
孔隙生物支架小球單排置入。
作為一種改進(jìn)，所述填充的支架小球是以下的任意一種海藻酸-殼聚糖支架小球、聚
乙烯樹脂支架小球、聚氨酯泡沫支架小球或聚己內(nèi)酯支架小球，支架小球內(nèi)部呈三維網(wǎng)狀連
通結(jié)構(gòu)。
作為一種改進(jìn)，所述填充支架艙的底面與隔離板固定式連接，其頂面的隔離板與免疫阻 隔艙的密封卡口蓋相連。
作為一種改進(jìn)，所述反應(yīng)器的外殼是透明長方體外殼。
作為一種改進(jìn)，所述氧合艙的中空纖維是透氣不透水的聚丙烯中空纖維，或者涂布硅橡膠的聚砜中空纖維；所述免疫阻隔艙的中空纖維是孔徑0.2um、分子截留量為50 100kD 的聚砜中空纖維或聚醚砜中空纖維。 本發(fā)明的有益效果
傳統(tǒng)的灌流床式/支架型反應(yīng)器內(nèi)部通常為一液流相通的整體，存在容易形成無效腔、 死腔、液流不均勻、液流阻力大等問題。本發(fā)明的填充支架型反應(yīng)器，采用獨(dú)特的多孔磚式 固定床作為反應(yīng)器內(nèi)部主體，目的在于通過固定床中互不相通的細(xì)長孔柱分割反應(yīng)器內(nèi)部成 微型獨(dú)立單元，將反應(yīng)器內(nèi)腔化整為零，從而減小了無效腔、死腔，減小了液流阻力，使反 應(yīng)器內(nèi)部液流均勻。同時(shí)，本發(fā)明利用填充支架和中空纖維的巧妙組合，既解決了支架型反 應(yīng)器缺乏免疫隔離、氧供不充分的問題，又彌補(bǔ)了中空纖維型反應(yīng)器細(xì)胞生長空間不足，細(xì) 胞黏附性差，缺乏三維立體生長環(huán)境，易堵塞半透膜的缺陷。本發(fā)明兼具氧合、免疫阻隔、 三維立體培養(yǎng)等功能，綜合性能強(qiáng)大，而制作工藝簡單、成本低、易于放大。


圖1為人工肝用多孔磚式填充支架型反應(yīng)器縱向截面結(jié)構(gòu)示意圖2為人工肝用多孔磚式填充支架型反應(yīng)器的氧合艙的橫向截面結(jié)構(gòu)示意圖3為人工肝用多孔磚式填充支架型反應(yīng)器的填充支架艙的橫向截面結(jié)構(gòu)示意圖4為人工肝用多孔磚式填充支架型反應(yīng)器的免疫阻隔艙的橫向截面結(jié)構(gòu)示意圖5為生物人工肝支持系統(tǒng)應(yīng)用示意圖。
附圖標(biāo)記多孔磚式固定床l、支架小球2、中空纖維3、中空纖維4、隔離板5、密封 卡口蓋6、反應(yīng)器外殼7、液體入口 8、液體出口 9、氣體入口 10、氣體出口 11、患者或?qū)?驗(yàn)動物12、血漿分離器13、體外循環(huán)池14。
具體實(shí)施例方式
本實(shí)施例的人工肝用多孔磚式填充支架型反應(yīng)器，包括長方體透明有機(jī)玻璃的反應(yīng)器外 殼7，反應(yīng)器外殼7內(nèi)由兩個(gè)密布網(wǎng)格的隔離板5分為三個(gè)艙，自下而上為，氧合艙、填充 支架艙、免疫阻隔艙。氧合艙和填充支架艙為一整體，免疫阻隔艙為獨(dú)立構(gòu)件，通過密封卡 口蓋6與前述整體相連。
氧合艙內(nèi)橫向布置有透氣不透水的中空纖維3，艙底部設(shè)液體入口8。中空纖維3的內(nèi) 部為氣體通路，兩端分別連接氣體入口 IO和氣體出口 11。氧合艙的中空纖維3是透氣不透 水的聚丙烯中空纖維，或者涂布硅橡膠的聚砜中空纖維。
填充支架艙的主體是獨(dú)特的多孔磚式固定床1，即密布著細(xì)長孔柱的透明有機(jī)玻璃固定 床，多孔磚式固定床1孔柱內(nèi)填充有三維多孔隙生物支架小球2。支架小球2的直徑2mm。多孔磚式固定床1孔柱的直徑略大于支架小球2的直徑，為3mm，僅允許單排支架小球2置 入。支架小球2的材質(zhì)可以是天然材料，如海藻酸-殼聚糖支架，也可以是高分子化合物， 如聚乙烯樹脂、聚氨酯泡沫、聚己內(nèi)酯，支架小球2的內(nèi)部呈三維網(wǎng)狀連通結(jié)構(gòu)，肝細(xì)胞在 其外表及內(nèi)部呈三維立體生長。
多孔磚式固定床1的底面和頂面均緊挨隔離板5，隔離板5上網(wǎng)格的邊長小于支架小球 2的直徑，以防止支架小球2漏出。底面的隔離板5是固定的，頂面的隔離板5則與密封卡 口蓋6相連，能打開以裝入或倒出支架小球2。
免疫阻隔艙由外殼、具有免疫阻隔作用的中空纖維4、密封卡口蓋6三部分組成。中空 纖維4為縱向布置且具有透水和免疫阻隔作用，中空纖維4的內(nèi)腔下端開口與填充支架艙連 通，上端封閉。艙側(cè)壁設(shè)液體出口9，與中空纖維4外部的空間相連。免疫阻隔艙的中空纖 維4是孔徑0. 2 u m、分子截留量為50 100kD的聚砜中空纖維或聚醚砜中空纖維。
使用方式如下
患者或?qū)嶒?yàn)動物12的血液引出體外后，首先經(jīng)血漿分離器13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14，然后從反應(yīng)器氧合艙底部的液體入口 8自下而上進(jìn) 入氧合艙。氧氣與二氧化碳混合氣體由氣體入口 10進(jìn)入氧合艙的中空纖維3的內(nèi)腔，至對 側(cè)的氣體出口 ll流出。血漿穿越氧合艙中空纖維的外腔，起到氧合的效果。然后通過隔離 板5的網(wǎng)格進(jìn)入填充支架艙，均勻穿過填充的多孔隙支架小球2，與小球上的肝細(xì)胞(肝細(xì) 胞為預(yù)先接種和培養(yǎng))充分接觸后，經(jīng)過填充支架艙頂部的隔離板5的網(wǎng)格，進(jìn)入免疫阻隔 艙的中空纖維4的內(nèi)腔。血漿中大分子免疫物質(zhì)被阻隔，中小分子物質(zhì)從中空纖維4的纖維 孔溢出到外腔，再由液體出口 9流出反應(yīng)器返回循環(huán)池14。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、 打開反應(yīng)器密封卡口蓋6，往多孔磚式固定床1的細(xì)長孔柱中倒入多孔隙生物支架 小球2，蓋上密封卡口蓋6，把免疫阻隔艙與氧合艙、填充支架艙連成一整體。
2、 反應(yīng)器，包括其內(nèi)部的多孔隙生物支架小球2—起滅菌。
3、 用培養(yǎng)液配制成合適濃度的肝細(xì)胞懸液。
4、 從氧合艙底部的液體入口 8將肝細(xì)胞懸液注入反應(yīng)器內(nèi)，至細(xì)胞懸液中液體成分從 免疫阻隔艙側(cè)壁的液體出口 9溢出為止。肝細(xì)胞黏附于多孔隙生物支架小球2，約24小時(shí) 后貼附牢固。
5、 從免疫阻隔艙側(cè)壁的液體出口 9灌入新鮮培養(yǎng)基，經(jīng)過填充支架艙和氧合艙，自液 體入口8流出，沖去未貼壁的肝細(xì)胞。
6、 將該反應(yīng)器與體外循環(huán)池14等按圖5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 8和液體出口 9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。
7、培養(yǎng)合適時(shí)間后，可以按圖5連接組合成生物型人工肝支持系統(tǒng)。 本發(fā)明中的人工肝用多孔磚式填充支架型反應(yīng)器的規(guī)?？筛鶕?jù)實(shí)際應(yīng)用放大或縮小。 最后，還需要注意的是，以上公布的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 能從本發(fā)明公開的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種人工肝用多孔磚式填充支架型反應(yīng)器，包括反應(yīng)器外殼，其特征在于，所述反應(yīng)器外殼內(nèi)部由兩個(gè)密布網(wǎng)格的隔離板分為三個(gè)艙自下而上為氧合艙、填充支架艙、免疫阻隔艙；所述氧合艙內(nèi)橫向布置有透氣不透水的中空纖維，艙底部設(shè)液體入口；中空纖維內(nèi)部為氣體通路，其兩端分別連接氣體入口和氣體出口；所述填充支架艙是一個(gè)密布著細(xì)長孔柱的透明有機(jī)玻璃的固定床，固定床孔柱內(nèi)填充三維多孔隙生物支架小球；固定床的底面和頂面均緊挨隔離板，隔離板上網(wǎng)格的邊長小于支架小球直徑以防止支架小球漏出；所述免疫阻隔艙由外殼、中空纖維和密封卡口蓋三部分組成；免疫阻隔艙的側(cè)壁設(shè)液體出口且與中空纖維外部的空間相連，艙底的密封卡口蓋與填充支架艙頂部的隔離板相連；中空纖維是縱向布置且具有透水和免疫阻隔作用的中空纖維，其內(nèi)腔下端開口與填充支架艙連通，上端封閉。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工肝用多孔磚式填充支架型反應(yīng)器，其特征在于，所述氧合 艙和填充支架艙相互連接為一個(gè)整體，免疫阻隔艙為獨(dú)立構(gòu)件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工肝用多孔磚式填充支架型反應(yīng)器，其特征在于，所述支架 小球的直徑為2面，固定床孔柱的直徑為3咖，僅允許三維多孔隙生物支架小球單排置入。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的人工肝用多孔磚式填充支架型反應(yīng)器，其特征在于，所述填充的支架小球內(nèi)部呈三維網(wǎng)狀連通結(jié)構(gòu)，是以下的任意一種海藻酸-殼聚糖支架小球、聚乙烯樹脂支架小球、聚氨酯泡沬支架小球或聚己內(nèi)酯支架小球。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工肝用多孔磚式填充支架型反應(yīng)器，其特征在于，所述填充支架艙的底面與隔離板固定式連接，其頂面的隔離板與免疫阻隔艙的密封卡口蓋相連。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工肝用多孔磚式填充支架型反應(yīng)器，其特征在于，所述反應(yīng) 器的外殼是透明長方體外殼。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1至6所述的任意一種人工肝用多孔磚式填充支架型反應(yīng)器，其特征在 于，所述氧合艙的中空纖維是透氣不透水的聚丙烯中空纖維，或者涂布硅橡膠的聚砜中空纖維; 所述免疫阻隔艙的中空纖維是孔徑0.2ym、分子截留量為50 100kD的聚砜中空纖維或聚醚 砜中空纖維。
全文摘要
本發(fā)明涉及醫(yī)療設(shè)備，旨在提供一種人工肝用多孔磚式填充支架型反應(yīng)器。該反應(yīng)器包括反應(yīng)器外殼；反應(yīng)器外殼內(nèi)部由兩個(gè)密布網(wǎng)格的隔離板分為三個(gè)艙自下而上為氧合艙、填充支架艙、免疫阻隔艙。本發(fā)明采用獨(dú)特的多孔磚式固定床作為反應(yīng)器內(nèi)部主體，通過固定床中互不相通的細(xì)長孔柱分割反應(yīng)器內(nèi)部成微型獨(dú)立單元，將反應(yīng)器內(nèi)腔化整為零，減小了無效腔、死腔、液流阻力，使反應(yīng)器內(nèi)部液流均勻。既解決支架型反應(yīng)器缺乏免疫隔離、氧供不充分的問題，又彌補(bǔ)中空纖維型反應(yīng)器細(xì)胞生長空間不足，細(xì)胞黏附性差，缺乏三維立體生長環(huán)境，易堵塞半透膜的缺陷。兼具氧合、免疫阻隔、三維立體培養(yǎng)功能，綜合性能強(qiáng)大，而制作工藝簡單、成本低、易于放大。
文檔編號A61M1/38GK101549179SQ20091009812
公開日2009年10月7日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者呂國良, 喻成波, 朱春俠, 李蘭娟, 杜維波, 郝紹瑞 申請人:浙江大學(xué)