[發明專利]體外培養肝細胞用蜂窩載板及人工肝用生物反應器

有效

• 申請號: 202010180023.0
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111254078B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 周寧;蔣永芳;周艷文;龔國忠;田沂;彭鋒
• 申請（專利權）人: 中南大學湘雅二醫院
• 主分類號: C12M3/06
• 分類號: C12M3/06;C12M1/04;A61M1/18
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 謝浪

本申請實施例公開了一種體外培養肝細胞用蜂窩載板及人工肝用生物反應器，用于解決生物人工肝中體外肝細胞成團生長空間不足以及物質交換效率低的問題。本申請實施例提供的體外培養肝細胞用蜂窩載板，蜂窩載板上的蜂窩孔分為第一蜂窩孔和第二蜂窩孔，第一蜂窩孔頂端開口，底端封閉，用于容置肝細胞，第二蜂窩孔頂端封閉或開口，底端開口，每個蜂窩孔的各個蜂窩壁上均設有孔徑小于肝細胞直徑的第一通孔，第一蜂窩孔和第二蜂窩孔的封閉端上均設有孔徑小于肝細胞直徑的第二通孔，每個第二蜂窩孔均與相鄰的六個第一蜂窩孔共邊設置，每個第一蜂窩孔均與相鄰且交替分布的三個第一蜂窩孔和三個第二蜂窩孔共邊設置。通過逐層縱向疊加蜂窩載板及透氣中空纖維膜管，構成生物反應器內部結構。

技術領域

本發明屬于生物醫學技術領域，尤其涉及一種體外培養肝細胞用蜂窩載板及人工肝用生物反應器。

背景技術

人工肝支持系統是肝衰竭患者的有效治療手段，目前分為非生物型人工肝和生物型人工肝兩大類。非生物型人工肝是目前臨床廣泛應用的人工肝類型，它能暫時代償肝臟的解毒作用，但不能完全替代肝臟的合成、代謝功能以及生物轉化功能，而基于體外肝細胞源和生物反應器的生物型人工肝理論上更接近人體肝臟生理功能，是目前主要的國際發展方向。生物反應器是生物型人工肝治療的核心裝置，既為外源性肝細胞和患者血液或血漿提供物質交換的場所，又為肝細胞提供適宜的生長環境。理想的生物人工肝反應器應當符合以下要求：1、能為體外肝細胞生長提供充足空間，在有限的空間內至少容納正常肝臟10%的細胞數（約10¹⁰-10¹¹個）；2、良好的生物相容性，能保證肝細胞的活性和功能；3、能保證細胞和培養介質間物質雙向傳輸。

迄今生物反應器主要有四種類型:中空纖維型、平板單層培養型、灌流床式/支架型和細胞包裹/懸浮型。其中，平板單層培養型效率低下目前已極少使用。中空纖維生物反應器是研究最多生物反應器，它兼具免疫隔離和氧合的功效，細胞受剪切力小，但其存在細胞分布不均勻，細胞粘附率低及活性差，半透膜阻塞等缺點。細胞包裹/懸浮型反應器在多型人工肝系統中均有采用，其使用海藻酸鈉制備微囊或直接進行肝細胞3維培養，但包裹的肝細胞物質交換受影響，懸浮細胞的穩定性不佳，且細胞密度難以達到有效替代肝臟功能的所需細胞總量。灌流床式/支架型反應器，它具有能為肝細胞提供三維培養環境，容易放大，物質交換良好的優點，但因支架內部孔隙多是不規則不均勻的，易產生灌流不均，支架整體的中心及邊緣地帶易產生無效腔、死腔，且液體通過支架結構的阻力大，所需的灌流壓力大，致細胞受剪切力大。

專利CN101549181公開了一種納米纖維網片疊加式生物反應器，但因為纖維網片載體僅能展開為一個二維空間，肝細胞將沿網片表面貼壁生長，難以展開三維結構，此外，細胞易粘附于中空纖維網片上，而堵塞中空纖維孔，影響氧氣交換，同時血漿由豎向分布的中空纖維進出，無跨膜壓力差，培養液或血漿中各種物質僅能通過膜孔自由擴散至膜外與間隙中納米纖維網片上的肝細胞進行物質交換，受大分子物資自由擴散速度慢影響，系統的交換效率較低。

專利CN 101549179公開了一種人工肝用多孔磚式填充支架型反應器，其能為肝細胞生長提供疏松多孔的三維環境，但其存在如下缺陷：1.多孔磚設計空隙分布不均勻，空間利用率低；2.反應器中需設置固定床以提供支撐，進一步浪費空間；3.細胞生長孔內肝細胞因被較厚的磚體包裹，與周圍液體接觸面少，難以有效保證物質交換效率；4.反應器氧合器置于血漿入口處，而血漿溶氧能力差，很難保證遠端肝細胞氧供充足，故難以放大。

專利CN2016106077862公開了一種毛絨線式生物人工肝反應器，顯著增加了肝細胞在反應器內的可貼壁面積。但該專利本質上是一種中空纖維型生物反應器，雖在中空纖維的腔外增加了毛絨線式結構，以顯著增加細胞附著空間，但該設計仍不能避免細胞生貼附于中空纖維管壁生長而堵塞其膜孔，影響通過膜孔的物質交換。另外該反應器仍是為肝細胞貼壁生長而設計，目前認為肝細胞呈微球或成小團三維生長功能上更強大。最后該反應器同樣存在培養液或血漿由中空纖維進出，無跨膜流動的壓力驅動，僅靠自由擴散導致物質交換效率較低的缺陷。