[发明专利]人工肝生物反应器

说明书

技术领域

本发明涉及一种以纳米纤维支架材料作为肝细胞培养基质的用于生物人工肝的生物反应器，属于人工肝支持系统的技术领域。

背景技术

人工肝作为肝功能不全、肝衰竭或相关疾病的有效辅助治疗技术已在临床中广泛应用，现在临床上应用的人工肝主要包括三类：非生物型人工肝、生物型人工肝、混合型人工肝。其中生物型人工肝在治疗肝病病人的临床应用中疗效最为显著，生物型人工肝一般专指人工培养的肝细胞为基础构件的体外生物反应系统。它不仅具有肝脏的特异性解毒功能，而且具有更高的效能，如参与能量代谢，具有生物合成转化功能，分泌促肝细胞生长活性物质等。生物型人工肝具有自动化程度高、操作简单、安全可靠的特点。其治疗重型肝炎的临床结果显示，显效率为36.7％，有效率为46.7％，总有效率为83.3％。目前应用于临床的生物型人工肝在细胞培养方面存在很多问题，诸如生物反应器内培养的肝细胞密度过低达不到人体所需的2～3×10¹⁰cells/m²，肝细胞容易从培养基质上脱落从而造成肝细胞随循环的培养液流走和在生物反应器内分布不均匀造成人工肝功能下降，以及培养液中氧气供量不足造成的肝细胞死亡等等。未来生物型人工肝主要在肝细胞的培养以及肝细胞的优化方面进行改进(Jung-Keug Park，Doo-Hoon Lee.Bioartificial LiverSystems：Current Status and Future Perspective.Journal ofBioscience and Bioengineering 2005.99(4)：311-319.)。

纳米纤维支架是近年来兴起的一种细胞培养基质，具有巨大的比表面积(孔隙率＞85％)以及10nm～10μm的纤维直径，其纺织状的形貌结构类似于脊椎动物体内的细胞生长基质-蛋白纤维，有利于细胞的黏附、生长以及繁殖。有资料表明这种纳米纤维支架有利于肝细胞球状体的形成以及球状体生物活性的保持，培养在纳米纤维支架上的肝细胞其合成自蛋白、尿素的能力均大于利用传统模式培养的肝细胞(Kian-Ngiap Chua，Wei-Seng Lima.Stable immobilization of rat hepatocytespheroidson galactosylated nanofiber scaffold.Biomaterials 2005.26：2537-2547)。

现行生物型人工肝的肝细胞密度一般在5～8×10⁸cells/m²之间，与人肝的肝细胞密度2～3×10¹⁰cells/m²尚有很大差距，因此，现行人工肝不能满足一个成人的血液净化需求。并且现行生物型人工肝的肝细胞球状体随着培养液的流动易从细胞基质上脱落，造成肝细胞的分布不均匀和肝细胞数量的减少。肝细胞对氧气的需求量很大，但现有的生物人工肝均有氧气提供不足的缺点，造成肝细胞的生物活性降低甚至死亡。以上原因严重影响人工肝的临床效能。目前还没有检索到关于利用纳米纤维支架对人工肝生物反应器进行改进的报道或专利。

发明内容

技术问题：本发明目的在于提供一种利于提高肝细胞浓度和固定化肝细胞的人工肝生物反应器。该生物反应器实现了生物反应器内肝细胞的黏附生长，不仅可以避免传统人工肝的肝细胞悬浮培养所带来的细胞流失问题，而且纳米纤维无纺布的类生物体蛋白纤维的结构可以促进肝细胞的繁殖和生长，从而可以在很大程度上提高肝细胞在生物反应器中的密度以及肝细胞的生物活性，增强肝细胞合成白蛋白及分泌染色素的能力。

技术方案：本发明将纳米纤维支架应用于人工肝生物反应器并通过优化内部结构对生物反应器进行改进，以提高生物型人工肝的肝细胞密度和增加培养液的氧含量并改善肝细胞在生物反应器内分布情况，从而提高生物型人工肝的临床效能。针对以上问题本发明在对人工肝生物反应器的改进中引入纳米纤维支架，利用纳米纤维支架利于细胞黏附、生长的特点，可达到固定肝细胞进而提高生物型人工肝的肝细胞密度的目的，并且有利于细胞培养液的循环以及促进肝细胞的繁殖和球状体的形成。此外对生物反应器的内部结构进行优化设计，增加输氧管，以提高肝细胞的成活率和生物活性。进而提高肝细胞净化血液的能力。