[发明专利]一种仿生生物人工肝芯片及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种仿生生物人工肝芯片，所述芯片由具有微孔道的水凝胶支架、位于水凝胶支架微孔道内的肝小叶结构功能单元构成；所述肝小叶功能结构单元由半透膜微管和环绕在半透膜微管周围的肝细胞微载体构成。该仿生生物人工肝芯片，通过以下方法制备：S1、利用3D打印构建具有微孔道的水凝胶支架，将半透膜微管置于水凝胶支架的微孔道内；S2、将肝细胞微载体通入水凝胶支架的微孔道内，使肝细胞微载体环绕在半透膜微管周围。

技术领域

本发明涉及医药技术领域，具体涉及一种仿生生物人工肝芯片。

背景技术

急性肝衰竭(acute liver failure,ALF)是目前临床上最具生命危险的肝脏疾病之一，患者在短期内极有可能会出现位于肝细胞的大面积急性坏死，肝功能也可受到严重损伤，甚至肝昏迷等临床症状。目前其临床治疗方法及特效药物等极其匮乏，其药物治疗为非特异性放射性药物治疗，且预后较差，病死率高。肝移植手术是目前唯一一种明确有效的治疗方法，但往往受到肝脏来源大量短缺的严重限制，手术治疗费用相对较昂贵，相当一部分肝病患者往往在等待最新肝源的过程中死亡，因此我们迫切需要积极寻找新的肝脏治疗手段用来辅助或直接替代传统的肝脏器官进行移植以有效治疗ALF。

新兴的生物人工肝(Bioartifcial livers,BALs)系统能以人工方法替代或部分替代肝功能，给以短暂支持，帮助自体肝细胞再生，促进功能恢复或作为肝移植的过渡辅助。一般来说，BAL 系统的构建主要集中在建立合适的生物材料支架来培养肝脏及相关细胞，从而成功地在体外重现肝功能。现有的研究由常用的块状或多孔材料制成的支架可以有效地增加细胞密度，但这些材料的孔隙率和结构的不可控性限制了细胞生长和进一步的功能再生。此外，现有的BAL 系统通常缺乏对液体循环和细胞来源的充分考虑，导致难以实现真实的肝脏功能以及真实活体器官中的动态物质交换和细胞-细胞或细胞-环境的相互作用。生物人工肝主要是以反应器作为种子细胞的反应场所，从而与血浆进行物质交换。目前生物反应器存在的瓶颈在于其仅仅只是细胞与循环管道的机械组装，不能模拟真正的肝小叶结构。

因此，亟需构建具有肝小叶结构功能单元的肝脏芯片的新型BAL系统。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种仿生生物人工肝芯片。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种仿生生物人工肝芯片，所述芯片由具有微孔道的水凝胶支架、位于水凝胶支架微孔道内的肝小叶结构功能单元构成；所述肝小叶功能结构单元由半透膜微管和环绕在半透膜微管周围的肝细胞微载体构成。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

进一步地，上述仿生生物人工肝芯片通过以下方法制备：

S1、利用3D打印构建具有微孔道的水凝胶支架，将半透膜微管置于水凝胶支架的微孔道内；

S2、将肝细胞微载体通入水凝胶支架的微孔道内，使肝细胞微载体环绕在半透膜微管周围。

进一步地，步骤S1中，水凝胶支架的材料是聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

进一步地，步骤S1中，半透膜微管的材料是聚乙烯-乙烯醇共聚物(ethylenevinyl alcohol copolymer,EVOH)。

进一步地，步骤S1中，半透膜微管的直径是175μm，半透膜微管的厚度是40μm，半透膜微管的分子量滤除点是150KD。

一种通过上述方法制备的仿生生物人工肝芯片用于制备仿生生物人工肝。