一種生物人工肝反應器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種生物人工肝反應器，該系統(tǒng)的設計為肝細胞提供了更近似于人體的生長代謝環(huán)境，為患者血液（血漿）與體外肝細胞相互作用，進行物質(zhì)交換提供了仿生場所，為急性肝功能衰竭患者爭取到寶貴時間。該系統(tǒng)包括罐蓋、罐體和細胞培養(yǎng)室，所述細胞培養(yǎng)室設于罐體內(nèi)，細胞培養(yǎng)室與罐體外壁之間形成儲液池；儲液池區(qū)域罐體底部有出液管，經(jīng)泵與罐體進液管連通至細胞培養(yǎng)室，所述罐蓋與罐體上口密封配合，罐蓋上開有若干個功能孔；該反應器還設有加血漿管和出血漿管。
【專利說明】一種生物人工肝反應器
[0001]【技術(shù)領域】:
本發(fā)明涉及生物醫(yī)療領域，是一種用于體外培養(yǎng)細胞、組織等生物體的生物反應器，具體講是一種用于體外生物人工肝支持系統(tǒng)的核心裝置。
[0002]【背景技術(shù)】:
肝臟作為人體最重要的器官之一，承擔著合成、分泌、代謝、解毒等多種復雜的功能。一旦由于某種原因造成肝細胞大量壞死，將會出現(xiàn)肝衰竭，進而導致機體代謝紊亂和毒性物質(zhì)堆積，而這反過來又造成肝細胞損傷加重，肝細胞再生受到影響，引起肝衰竭的惡性循環(huán)。人工肝治療基于肝損傷的可逆性以及肝細胞的可再生性，通過體外輔助裝置暫時替代衰竭的肝臟功能，從而為肝移植或自體肝細胞再生贏得時間。
[0003]體外生物人工肝支持系統(tǒng)主要由生物反應器和細胞材料組成，生物反應器是生物人工肝的核心設備，為肝細胞提供良好的生長代謝環(huán)境，是患者血液(血漿)與體外肝細胞相互作用、進行物質(zhì)交換的場所。
[0004]國內(nèi)外學者一直非常重視生物反應器的研究，相繼提出多種設計思想與方案，使其性能不斷改進，總體來說，目前的生物反應器大致分為中空纖維生物反應器、平板單層生物反應器、灌注床生物反應器和包被懸浮生物反應器4類。單層平板式生物反應器因存在死腔、“放大”困難已趨于淘汰。中空纖維式反應器既可用于培養(yǎng)，又可直接用于生物人工肝治療，且在免疫阻隔和物質(zhì)傳輸上具有明顯優(yōu)勢，因而被廣泛應用。但該反應器的中空纖維膜材料大多數(shù)為借用血液凈化的半透膜材料，與肝細胞相容性較差，培養(yǎng)過程中，細胞分布不均、缺氧、交換效率低。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明提供一種生物人工肝反應器，該反應器的設計為肝細胞培養(yǎng)提供了更優(yōu)的生長代謝環(huán)境，為患者血液(血漿)與體外肝細胞相互作用，進行物質(zhì)交換提供了更優(yōu)的場所，可以長時間保持細胞的活性與功能，特別能為急性肝功能衰竭患者爭取到寶貴時間，解決了目前國內(nèi)國際已有生物人工肝反應器所存在的問題，是生物人工肝反應器的一個創(chuàng)舉。
[0006]本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下:
一種生物人工肝反應器，包括罐蓋、罐體和細胞培養(yǎng)室,所述細胞培養(yǎng)室設于罐體內(nèi)，細胞培養(yǎng)室與罐體外壁之間形成儲液池，儲液池區(qū)域罐體底部有出液管，經(jīng)泵與罐體進液管連通至細胞培養(yǎng)室，所述罐蓋與罐體上口密封配合，罐蓋上開有若干個功能孔；該反應器還設有加血衆(zhòng)管和出血衆(zhòng)管；
所述細胞培養(yǎng)室包括細胞培養(yǎng)室筒體，細胞培養(yǎng)室筒體內(nèi)設有上、下濾網(wǎng)，細胞培養(yǎng)室筒體與罐體底部之間密封連接或為一體結(jié)構(gòu)，頂部之間留有空隙。
[0007]本發(fā)明的進一步設計在于:
細胞筒體于下濾網(wǎng)下方還設有分流板，細胞培養(yǎng)室筒體下部的分流板至罐體底面之間形成緩沖室，進液管在緩沖室下方。
[0008]所述加血漿管由罐體上口插入至罐體底部且對應出液管位置，加血漿管下口與出液管上口之間留有間隙，出液管下口經(jīng)蠕動泵與進液管連接； 或者，所述加血漿管設于罐體外，加血漿管經(jīng)蠕動泵直接與進液管相連；
或者，在罐體的一角部設有一下位式腔體，該腔體位置低于罐體底部位置，形成小儲液池，所述出液管對應設于該腔體底部，所述加血漿管由罐體上口插入該腔體內(nèi)且對應出液管位置，并在加血漿管下口與出液管上口之間留有間隙，出液管下口經(jīng)蠕動泵與進液管連接。
[0009]細胞培養(yǎng)室筒體內(nèi)于上、下濾網(wǎng)之間設有多組支架和間隔環(huán)，支架及間隔環(huán)的外徑與細胞培養(yǎng)室內(nèi)徑相同，每組支架的上層為螺旋聚酯纖維層，下層為聚酯網(wǎng)格布層，且支架上開有規(guī)則或不規(guī)則的若干孔，支架和間隔環(huán)采用間隔交錯式排布，各支架間形成間隔腔；
或者，細胞培養(yǎng)室筒體內(nèi)于上下濾網(wǎng)之間填充微載體或片狀載體，進行細胞培養(yǎng)。
[0010]細胞培養(yǎng)室筒體上部還采用瀑布板式結(jié)構(gòu)。
[0011 ] 所述罐體底部內(nèi)設有快裝接口，細胞培養(yǎng)室底部通過該快裝接口與罐體底部密封連接。
[0012]所述罐體為圓柱體或多邊體型，罐體外圍設有加熱裝置，加熱裝置采用夾套水循環(huán)加熱方式或電加熱毯加熱方式。
[0013]所述罐蓋上的功能孔有血漿進口、血漿出口、第一氧氣進口、第二氧氣進口、氧氣出口、加肝細胞口、補營養(yǎng)液口、pH電極接口、DO電極接口、液位傳感器接口和溫度傳感器接口 ；相應pH電極和D0電極米用非浸入式光學電極。
[0014]所述第一氧氣進口上裝有通入罐內(nèi)的進氣管；罐體內(nèi)壁上裝有無氣泡供氧膜，第二氧氣進口與罐體中的無氣泡供氧膜連接；加肝細胞口上裝有加細胞管，加細胞管經(jīng)罐蓋的功能孔、濾網(wǎng)上的插孔，插入各層支架中；罐體底部出液管通過電磁閥與血漿自動采集分析系統(tǒng)連接；罐蓋上補營養(yǎng)液口與營養(yǎng)液自動補加系統(tǒng)連接，兩系統(tǒng)通過控制系統(tǒng)關聯(lián)控制，所述罐體底部蠕動泵出口處還裝有換液閥。
[0015]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點:
1、本發(fā)明的生物人工肝反應器在罐體主體中設置細胞培養(yǎng)室，屬國內(nèi)外首創(chuàng)，其巧妙設計，既簡化反應器的結(jié)構(gòu)，也利于細胞生長代謝。
[0016]2、本發(fā)明將儲液池與細胞培養(yǎng)室設計在同一個反應器內(nèi)，可以縮短血漿管道通路，加快血漿循環(huán)速度，可使血漿與肝細胞充分進行物質(zhì)交換。
[0017]3、本發(fā)明中的支架設計，具有三維生長空間，有利于細胞貼壁集聚成球，可促使肝細胞分泌活性物質(zhì)，增加療效。
[0018]4、本發(fā)明采用水循環(huán)夾套加熱控溫裝置，可對培養(yǎng)液(血漿)進行精確控溫。
[0019]5、本發(fā)明采用瀑布流和無氣泡膜供氧，可以很容易的排出血漿中的C02，增加血漿中的D0，省去了氧合器。
[0020]6、本發(fā)明設計的血漿循環(huán)系統(tǒng)，可以使流入反應器的血漿直接進入肝細胞循環(huán)培養(yǎng)系統(tǒng)，可避免血漿的無效循環(huán)。
[0021]7、本發(fā)明采用在位檢測培養(yǎng)液(血漿)的pH、DO、溫度、液位，可實現(xiàn)自動控制，為肝細胞的生長提供了穩(wěn)定的生長環(huán)境，且采用非浸入式光學電極，保證了治療過程中的生物安全性。
[0022]8、本發(fā)明的加細胞裝置，采用上下移動方式可將肝細胞送入細胞培養(yǎng)室的各層中。
[0023]9、本發(fā)明采用血漿自動采集分析系統(tǒng)與營養(yǎng)液自動補加系統(tǒng)聯(lián)動可實現(xiàn)操作全自動化，可及時補充肝細胞生長所需養(yǎng)分，延長肝細胞壽命，提高治療效果。
[0024]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為本發(fā)明實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為本發(fā)明實施例四的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖3為本發(fā)明實施例七的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖4為本發(fā)明實施例九的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖5為圖4中罐蓋的接口示意圖。
[0029]圖中:1_罐體；2_細胞培養(yǎng)室；3-罐蓋；4_出血漿管；5_加血漿管；6_出液管； 進液管；8_螺動泵；9_小儲液池；10_支架；11-間隔環(huán)；12_分流板；13_緩沖室；14_上濾網(wǎng)；14’_下濾網(wǎng)；15_瀑布板；16_換液閥；17_培養(yǎng)室筒體；18_夾套；19_水循環(huán)控溫系統(tǒng)；20-營養(yǎng)液自動補加系統(tǒng)；21-溫度傳感器接口 ；22_血漿出口 ；23_排氣口 ；24_補營養(yǎng)液口 ；25_第一氧氣進口 ；26_第二氧氣進口 ；27_血漿進口 ；28_加肝細胞口 ；29_PH電極接口 ；30-D0電極接口 ；31_液位傳感器接口 ；32_細胞加入桿；33_電磁閥；34_回流泵；35_解毒艙；36_透析艙；37_血漿自動采集分析系統(tǒng)。
[0030]實施例一:
如圖1所示，本發(fā)明的生物人工肝反應器，包括罐蓋3、罐體1和細胞培養(yǎng)室2，罐蓋3與罐體1上口密封配合，細胞培養(yǎng)室2設于罐體1內(nèi)，細胞培養(yǎng)室2與罐體1之間形成儲液池，細胞培養(yǎng)室與罐體底部之間密封連接，或與罐體為一體式結(jié)構(gòu)，與罐體頂部之間留有空隙，罐蓋3上開有若干個功能孔；該反應器還設有加血漿管5和出血漿管4，加血漿管5和出血漿管4各通過罐蓋的一功能孔插入至儲液池內(nèi)。
[0031]細胞培養(yǎng)室2包括培養(yǎng)室筒體17，培養(yǎng)室筒體17內(nèi)設有上濾網(wǎng)14、下濾網(wǎng)14’，用于阻止培養(yǎng)室內(nèi)的細胞外溢。上、下濾網(wǎng)的孔徑應小于培養(yǎng)細胞的大小。儲液池區(qū)域罐體底部連接有出液管6，培養(yǎng)室筒體17底部對應的罐體底部設有進液管7，加血漿管5由罐體上口插入至罐體底部且對應出液管6位置，加血漿管5下口與出液管6上口之間留有間隙，間隙可為3-10mm可調(diào)，出液管6下口經(jīng)蠕動泵8與進液管7連接，由此血漿可在罐內(nèi)實現(xiàn)多次反復循環(huán)，避免無效血漿輸回人體。
[0032]實施例二:
本實例在實施例一基礎上，在罐體的一角部設有一下位式腔體。該腔體位置低于罐體底部位置，并與罐體為一體式結(jié)構(gòu)，由此形成小儲液池9。相應地，出液管對應設于該腔體底部，加血漿管由功能口插入該腔體內(nèi)且對應出液管位置，并在加血漿管下口與出液管上口之間留有間隙(所述間隙可為3-10_可調(diào))，出液管下口經(jīng)蠕動泵與進液管連接。其余結(jié)構(gòu)同實施例一。
[0033]實施例三:
本實例在實施例一基礎上，變換了加血漿管的設置，加血漿管設于罐體外，加血漿管經(jīng)蠕動泵直接與進液管相連，這樣可以直接將血漿泵入細胞培養(yǎng)室內(nèi)參與細胞反應。其余結(jié)構(gòu)同實施例一。
[0034]實施例四: 如圖2所示，在實施例二的基礎上，本發(fā)明生物人工肝反應器，細胞培養(yǎng)室筒體內(nèi)于上、下濾網(wǎng)之間設有多組支架10和間隔環(huán)11，培養(yǎng)室筒體17內(nèi)下濾網(wǎng)14’的下部還設有分流板12。分流板12至罐體底面之間形成緩沖室13，罐體底部的出液管6對應該緩沖室位置。每組支架10的上層為螺旋聚酯纖維層，下層為聚酯網(wǎng)格布層，支架10和間隔11環(huán)采用間隔交錯式排布，支架間形成間隔腔，其目的是保證血流到這里得到緩沖，從而改變血流方向，還有利血漿充分與支架上肝細胞的接觸，同時增加肝細胞生長空間；罐體底部內(nèi)設有快裝接口，培養(yǎng)室底部通過該快裝接口與罐體底部密封連接，或與罐體為一體式結(jié)構(gòu)；由聚酯材料加工而成的支架10上開有若干孔，孔形可為圓形、長方形、菱形等規(guī)則或不規(guī)則形狀，該多孔的支架設計，可防止細胞長滿阻止血漿流動；根據(jù)開孔的形狀和開孔率可調(diào)整肝細胞成片生長的形態(tài)。支架10及間隔環(huán)11的外徑與培養(yǎng)室筒體17內(nèi)徑相當。
[0035]實施例五:
在實施例二的基礎上，本發(fā)明生物人工肝反應器中培養(yǎng)室的內(nèi)部還可以采用多種結(jié)構(gòu)形式。即在培養(yǎng)室筒內(nèi)上下濾網(wǎng)之間放置平板或載體(微載體或片狀載體等)培養(yǎng)細胞。
[0036]實施例六:
在實施例四的基礎上，本發(fā)明生物人工肝反應器中，培養(yǎng)室筒體頂部還采用瀑布板式構(gòu)造，以便于溢出的血漿沿瀑布板落下呈雨淋狀分布，利于氣液交換，增加溶氧量。該瀑布板可采用環(huán)形板，連接在細胞培養(yǎng)室頂部外圈，該瀑布板式為孔板或無孔板。無氣泡供氧方式一，采用與反應器罐蓋第一氧氣進口進入的氧氣充分接觸，形成氣液交換室，此時，罐內(nèi)的血漿液位可以由控制系統(tǒng)自由設定控制，血漿液位可以控制在低于培養(yǎng)室高度的范圍內(nèi)，也可以控制血漿液位高于培養(yǎng)室高度。無氣泡供氧方式二，采用培養(yǎng)室罐蓋第二氧氣口與罐體內(nèi)壁的無氣泡供氧膜連接進行無氣泡供氧，無氣泡供養(yǎng)方式可以排出血漿中的co2，增加血漿中的D0，實現(xiàn)血漿的無氣泡增氧，兩種方式可以根據(jù)需氧量單獨使用或同時進行。
[0037]實施例七:
如圖3所示，在實施例六的基礎上，本發(fā)明生物人工肝反應器中，罐體1形狀優(yōu)選為圓柱型，罐體1外圍有加熱裝置，加熱裝置采用夾套水循環(huán)加熱，夾套水循環(huán)加熱方式設有包覆在罐體外圈的夾套18，夾套18上有出水口，下有進水口，進出水口與恒溫水箱19相連，用來控制反應器中血漿溫度，恒溫箱19溫度由系統(tǒng)的控制器進行控制。
[0038]實施例八:
在實施例六的基礎上，本發(fā)明生物人工肝反應器中，罐體外圍有加熱裝置還可以采用電加熱毯加熱。
[0039]實施例九:
如圖4、圖5所示，本實例在實施例一的基礎上，本發(fā)明生物人工肝反應器中，罐蓋的功能孔可以包括血漿進口 27，血漿出口 22，第一氧氣進口 26、第二氧氣進口 25、氧氣出口 23，加肝細胞口 28、補營養(yǎng)液口 24、pH電極接口 29、D0電極接口 30、液位傳感器接口 31、溫度傳感器接口 21。
[0040]血漿進口 22裝有進血漿管，第一氧氣進口 26上裝有進氣管通入罐內(nèi)，第二氧氣25進口上裝有進氣管與罐體中的無氣泡供氧膜連接，加肝細胞口 28上裝有加細胞裝置(可以為上下移動桿式加細胞裝置)，補營養(yǎng)液口 24上連接有自動補液裝置，pH和D0電極采用非浸入式光學電極，保證了治療過程中的生物安全性。
[0041]由此，患者的血液經(jīng)分離器分離后血漿經(jīng)進血漿管從儲液池下面的出液管經(jīng)過蠕動泵與罐體底部進液管相連，直接進入細胞培養(yǎng)室，由下而上從細胞培養(yǎng)室溢出至儲液池，形成一個肝細胞循環(huán)培養(yǎng)系統(tǒng)，可使進入的血漿盡可能多的參與生物循環(huán)，使其獲得充分的解毒及代謝作用，后經(jīng)血漿泵由出血漿管泵出，經(jīng)過濾艙、透析艙與血漿分離器的血細胞匯合回輸人體。循環(huán)系統(tǒng)中罐體底部泵出口裝有電磁閥33，電磁閥33與血漿自動采集分析系統(tǒng)37連接，通過控制系統(tǒng)與營養(yǎng)液自動補加系統(tǒng)關聯(lián)，進行自動補液，自動添加培養(yǎng)肝細胞所需的各種物質(zhì)。循環(huán)系統(tǒng)中罐體底部泵出口還連接有換液閥16，用于換液。罐蓋上各傳感器與執(zhí)行機構(gòu)及控制器相連，可自動控制反應器中血漿的pH、D0、液位、溫度，提供了穩(wěn)定的肝細胞微生長環(huán)境。
[0042]以上實例中，集中了肝細胞循環(huán)培養(yǎng)系統(tǒng)、血漿循環(huán)系統(tǒng)、無氣泡供氧系統(tǒng)、換液系統(tǒng)、水循環(huán)控溫系統(tǒng)，營養(yǎng)液自動補加系統(tǒng)、血漿自動采集分析系統(tǒng)、工藝參數(shù)自動控制系統(tǒng)。本發(fā)明生物人工肝反應器是一種性能和結(jié)構(gòu)與正常肝臟更加近似的新一代仿生生物反應器，大大提高了生物人工肝系統(tǒng)的治療效果。
[0043]本發(fā)明裝置亦可用于其它細胞的培養(yǎng)。
[0044]以上所述僅為本發(fā)明的一個【具體實施方式】，不構(gòu)成對本發(fā)明的任何限制。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種生物人工肝反應器，其特征是:包括罐蓋、罐體和細胞培養(yǎng)室，所述細胞培養(yǎng)室設于罐體內(nèi)，細胞培養(yǎng)室與罐體外壁之間形成儲液池,儲液池區(qū)域罐體底部有出液管,經(jīng)泵與罐體進液管連通至細胞培養(yǎng)室，所述罐蓋與罐體上口密封配合，罐蓋上開有若干個功能孔；該反應器還設有加血漿管和出血漿管； 所述細胞培養(yǎng)室包括細胞培養(yǎng)室筒體，細胞培養(yǎng)室筒體內(nèi)設有上、下濾網(wǎng)，細胞培養(yǎng)室筒體與罐體底部之間密封連接或為一體結(jié)構(gòu)，頂部之間留有空隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物人工肝反應器，其特征是: 細胞培養(yǎng)室筒體于下濾網(wǎng)下方還設有分流板，細胞培養(yǎng)室筒體下部的分流板至罐體底面之間形成緩沖室，進液管在緩沖室下方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述生物人工肝反應器，其特征是: 所述加血漿管由罐體上口插入至罐體底部且對應出液管位置，加血漿管下口與出液管上口之間留有間隙，出液管下口經(jīng)蠕動泵與進液管連接； 或者，所述加血漿管設于罐體外，加血漿管經(jīng)蠕動泵直接與進液管相連； 或者，在罐體的一角部設有一下位式腔體，該腔體位置低于罐體底部位置，形成小儲液池,所述出液管對應設于該腔體底部,所述加血漿管由罐體上口插入該腔體內(nèi)且對應出液管位置，并在加血漿管下口與出液管上口之間留有間隙，出液管下口經(jīng)蠕動泵與進液管連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述生物人工肝反應器，其特征是: 細胞培養(yǎng)室筒體內(nèi)于上、下濾網(wǎng)之間設有多組支架和間隔環(huán)，支架及間隔環(huán)的外徑與細胞培養(yǎng)室內(nèi)徑相同，每組支架的上層為螺旋聚酯纖維層，下層為聚酯網(wǎng)格布層，且支架上開有規(guī)則或不規(guī)則的若干孔，支架和間隔環(huán)采用間隔交錯式排布，各支架間形成間隔腔； 或者，細胞培養(yǎng)室筒體內(nèi)于上下濾網(wǎng)之間填充微載體或片狀載體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述生物人工肝反應器，其特征是: 細胞培養(yǎng)室筒體上部還采用瀑布板式結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物人工肝反應器，其特征是: 所述罐體底部內(nèi)設有快裝接口，細胞培養(yǎng)室底部通過該快裝接口與罐體底部密封連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述生物人工肝反應器，其特征是: 所述罐體為圓柱體或多邊體型，罐體外圍設有加熱裝置，加熱裝置采用夾套水循環(huán)加熱方式或電加熱毯加熱方式。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物人工肝反應器，其特征是: 所述罐蓋上的功能孔有血漿進口、血漿出口、第一氧氣進口、第二氧氣進口、氧氣出口、加肝細胞口、補營養(yǎng)液口、pH電極接口、DO電極接口、液位傳感器接口和溫度傳感器接口。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述生物人工肝反應器，其特征是: 所述第一氧氣進口上裝有通入罐內(nèi)的進氣管；罐體內(nèi)壁培養(yǎng)基里面裝有無氣泡供氧膜，第二氧氣進口與罐體中的無氣泡供氧膜連接；加肝細胞口上裝有加細胞管，加細胞管經(jīng)罐蓋的功能孔、濾網(wǎng)上的插孔，插入各層支架中；罐體底部出液管通過電磁閥與血漿自動采集分析系統(tǒng)連接；罐蓋上補營養(yǎng)液口與營養(yǎng)液自動補加系統(tǒng)連接，兩系統(tǒng)與控制系統(tǒng)相連，所述罐體底部蠕動泵出口處還裝有換液閥。
【文檔編號】A61M1/22GK104353142SQ201410516597
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】朱學仁, 朱羚 申請人:南京比瑞生物科技有限公司