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)器必須具備的兩個基本功能，一是為肝細胞提供良好的生長、代謝微環(huán)境， 二是為肝功能衰竭患者血液或血漿與肝細胞相互作用、進行物質(zhì)交換提供理想的場所，故生物反應(yīng)器的設(shè)計和構(gòu)建應(yīng)滿足免疫阻隔、物質(zhì)傳輸、肝細胞培養(yǎng)的要求。許多國家對種子細胞和生物反應(yīng)器進行了較為深入的研究，已有部分裝置進入臨床驗證階段，但基于肝臟功能的復(fù)雜性和肝細胞特殊的生物學(xué)特性，尚有許多問題需要解決，主要是體外無法實現(xiàn)肝細胞三維生長方式，包括滿足肝細胞三維生長所最適的細胞生長支架以及細胞長期高密度、高活性的培養(yǎng)方法的改進；肝細胞高分化狀態(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，具有較強的免疫阻隔和物質(zhì)傳輸作用，但肝細胞在這種反應(yīng)器內(nèi)分布不均勻，易沉積底部，難以提供三維的肝細胞培養(yǎng)微環(huán)境。當(dāng)前，研究的熱點逐步集中在研發(fā)新的細胞支架材料，采用合適的細胞支架材料構(gòu)建生物反應(yīng)器既能解決細胞問題一有利于細胞高密度、高活性生長、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、 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)方案來實現(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)腔中的細胞支架，箱體上設(shè)置進液口、出液口、進氣口、排氣口 ；所述的細胞支架為雙層硝酸纖維素膜，該雙層硝酸纖維素膜的兩長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、下兩個獨立空間，培養(yǎng)液在上、下兩個獨立空間中流動進行物質(zhì)交換；所述雙層硝酸纖維素膜間的間隔空間作為肝細胞的三維生長空間，細胞在間隔空間內(nèi)生長，能在進行充分的物質(zhì)傳輸?shù)耐瑫r避免液體流動時剪切力對細胞的傷害，同時也達到免疫隔阻的效果。本發(fā)明中的使用雙層硝酸纖維素膜來作為細胞支架材料，硝酸纖維素膜具有良好的濕態(tài)強度，理化穩(wěn)定性，且具有良好的細胞相容性。膜表面為海綿狀微觀表面有利于細胞黏附、生長和增殖；膜上的孔徑均一有利于營養(yǎng)物質(zhì)和細胞代謝物之間雙向物質(zhì)交換，因此細胞在膜表面更易形成三維空間生長，有利于肝細胞維持相對的細胞極性及建立細胞間通訊，從而達到肝細胞功能的持續(xù)、穩(wěn)定、高效的培養(yǎng)結(jié)果。從而實現(xiàn)生物人工肝中模擬肝小葉及肝板生理結(jié)構(gòu)的細胞三維生長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)細胞總數(shù)的同時，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)明可做以下改進所述的細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，所述的進氣口和排氣口上分別設(shè)置開關(guān)閥門；所述進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，所述的進液口和出液口分別設(shè)置開關(guān)閥門。在進液口、出液口上分別設(shè)置開關(guān)閥門，當(dāng)反應(yīng)器用于細胞培養(yǎng)時，只使用其中一個，作為培養(yǎng)液入口 /出口 ；反應(yīng)器用于代償工作時，可根據(jù)使用時間的長短來決定單獨使用一個作為血漿入口 /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)實際需要單獨或同時使用。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，所述的細胞支架的兩端嵌合在所述的凹槽內(nèi)，使細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)沿長軸方向進行直線往復(fù)運動的活塞式擋板，該活塞式擋板可根據(jù)需要沿箱體長軸方向移動，從而改變箱體總?cè)莘e，以適應(yīng)不同實驗需求。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(1)本發(fā)明采雙層硝酸纖維素膜作為細胞支架，有利于為細胞提供特定的三維生長空間，同時控制細胞生長的細胞層數(shù)，實現(xiàn)保持細胞營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物交換充分的目的；在避免細胞逃逸的同時實現(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細胞的傷害作用，還可以使得兩層膜上相鄰細胞形成緊密關(guān)系從而形成薄層組織培養(yǎng)效果，實現(xiàn)細胞高密度、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)細胞總數(shù)的同時，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)細胞，且膜上細胞分布均勻、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，實現(xiàn)體外與人體靜脈循環(huán)(透析)系統(tǒng)直接相通，實現(xiàn)了實時、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)沿長軸方向進行直線往復(fù)運動的活塞式擋板，可根據(jù)需要沿箱體長軸方向移動該活塞式擋板，從而改變箱體總?cè)莘e，以適應(yīng)不同實驗需求。(4)本發(fā)明設(shè)計合理，結(jié)構(gòu)簡單，利于反應(yīng)器的性能發(fā)揮和功能放大。


圖1是本發(fā)明實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實施例一的左側(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)明實施例二的反應(yīng)器透視圖及液體流動路徑圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖和實施例作進一步的說明實施例一圖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)明的一個實施例，包括箱體1和設(shè)置在箱體1內(nèi)腔中的細胞支架8。如圖1所示，細胞支架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)腔分隔成上下兩個獨立空間，培養(yǎng)液在上下兩個獨立空間中流動進行物質(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胞10提供了三維生長空間，肝細胞10在間隔空間內(nèi)生長，能在進行充分的物質(zhì)傳輸?shù)耐瑫r避免液體流動時剪切力對肝細胞10的傷害，同時也達到免疫隔阻的效果。箱體1上設(shè)置進液口 4、出液口 5、進氣口 6、排氣口 7，其中，進液口 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)細胞培養(yǎng)時， 只使用其中一個，作為培養(yǎng)液入口 /出口 ；用于反應(yīng)器代償工作時，可根據(jù)使用時間的長短來決定單獨使用一個作為血漿入口/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)實際需要單獨或同時使用。實施例二 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)明的另一個實施例，細胞支架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)沿長軸方向進行直線往復(fù)運動的活塞式擋板，該活塞式擋板可根據(jù)需要沿箱體長軸方向移動，從而改變箱體總?cè)莘e，以適應(yīng)不同實驗需求。上述實施例只是本發(fā)明的其中優(yōu)先實施方式，然而本發(fā)明的實施方式不限于此， 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)腔中的細胞支架，其特征在于，箱體上設(shè)置進液口、出液口、進氣口、排氣口 ；所述的細胞支架為雙層硝酸纖維素膜，該雙層硝酸纖維素膜的兩長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、下兩個獨立空間，培養(yǎng)液在上、下兩個獨立空間中流動進行物質(zhì)交換；所述雙層硝酸纖維素膜間的間隔空間作為肝細胞的三維生長空間，細胞在間隔空間內(nèi)生長。
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，所述的進氣口和排氣口上分別設(shè)置開關(guān)閥門；所述進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，所述的細胞支架的兩端嵌合在所述的凹槽內(nèi)，使細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)沿長軸方向進行直線往復(fù)運動的活塞式擋板，該活塞式擋板可根據(jù)需要沿箱體長軸方向移動，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)腔中的細胞支架，其中，箱體上設(shè)置進液口、出液口、進氣口、排氣口；所述的細胞支架為雙層硝酸纖維素膜，該雙層硝酸纖維素膜的兩長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、下兩個獨立空間，培養(yǎng)液在上、下兩個獨立空間中流動進行物質(zhì)交換；所述雙層硝酸纖維素膜間的間隔空間作為肝細胞的三維生長空間，細胞在間隔空間內(nèi)生長，能在進行充分的物質(zhì)傳輸?shù)耐瑫r避免液體流動時剪切力對細胞的傷害，同時也達到免疫隔阻的效果。
文檔編號A61M1/22GK102166380SQ201110063998
公開日2011年8月31日 申請日期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 申請人:南方醫(yī)科大學(xué)南方醫(yī)院