專利名稱：新型體外生物人工肝的肝支持方法
技術領域：
本發明涉及一種生物人工肝，特別涉及一種提高生物人工肝細胞氧供的方法。
背景技術：
目前，對現有人工肝的肝支持技術包括機械人工肝和生物人工肝。機械人工肝利用血液透析、濾過、吸附等機械原理清除血液中的毒性成份，以替代肝的部分解毒功能。但肝臟除了解毒功能外，還有合成蛋白及其他生物活性物質，以及調節體內代謝的作用等，而這些功能利用機械人工肝是無法解決的。生物人工肝利用具有部分或全部肝細胞活性的生物活性細胞進入生物反應器內，血液或其部分成份流經該生物反應器，在這個過程中，生物活性細胞一方面對血液中的毒性物質進行吸收、轉化，另一方面合成多種生物活性物質并釋放進入血液中，以達到清除血液中的毒性成份。還有，將機械人工肝和生物人工肝相結合的方法，稱為組合型或混合型或雜合型生物人工肝，以全面支持肝臟，更有力地清除毒性物質，保證其肝臟功能。
在本發明之前，從上世紀90年代初出現生物人工肝至今已十余年，但在全世界范圍內，其臨床使用仍相當有限，僅限于實驗性研究，且治療效果未能得到廣泛認同。影響治療效果的原因很多，包括細胞種類、細胞量、治療時間長短、以及血液及其主要成份流經的方式等。一般認為，在細胞種類相同的情況下，細胞量越多，治療時間越長，血液及其主要成份與生物活性細胞接觸越直接，其治療效果越好。但肝細胞是高氧耗細胞，人體內肝臟有肝動脈和門靜脈兩路血供系統以保證氧氣及營養物質的供應，而一般生物反應器內氧供僅依靠血漿中物理溶解的氧氣，量極有限，僅能維持少量的代謝需要。但生物人工肝的療效與細胞量直接相關，如何增加細胞量是目前生物人工肝設計的重點，但如氧供不改善，盲目增加細胞量后，必然導致細胞處于缺氧狀態，不但功能不能充分發揮，而且可導致細胞提早死亡。目前已經有多種設計方法以提高生物反應器的氧氣供應，最受關注并被寄予厚望的應屬三維編織反應器，其氧供通過專門的毛細纖維管進入反應器，但其結構極其復雜，價格昂貴，且從理論分析，即使其毛細纖維管分布極其均勻細密，其間距與細胞間距相比仍非常巨大，氣體彌散距離長，氧供仍較受限。其他類型的生物人工肝，其氧氣的輸送均通過氧氣在血漿中的物理溶解率。首先，氧氣在血漿中的物理溶解率極低，僅0.0031mL/100mL/mmHg，其次，單純血漿的含氧量與氧分壓呈線性關系，即在較高的氧含量時氧分壓同時也高，而氧含量的下降將導致氧分壓直線下降，具體到生物反應器內，處于灌注前端的細胞將始終暴露在高氧分壓狀態下，而氧分壓持續過高對細胞存在一定的毒性，隨著氧氣不斷被攝取，氧分壓迅速下降，處于灌注后部份細胞由于氧分壓過低，將無法從液體中攝取到足夠的氧氣而處于缺氧狀態。當然，部分生物人工肝利用血液直接灌注生物反應器，血液中的紅細胞能為生物活性細胞提高氧氣，但由于目前生物反應器內的生物活性細胞主要采用具有腫瘤特性的肝細胞株(如HepG2、C3A)及異種肝細胞(如豬肝細胞)，肝細胞株如脫落進入體內有導致腫瘤的可能，而一種細胞直接接觸血液可產生嚴重的排斥反應導致細胞失去功能。

發明內容
本發明的目的就在于克服上述缺陷，研制一種提高生物人工肝細胞氧供的獨特又簡單的方法。
本發明的技術方案是新型體外生物人工肝的肝支持方法，其主要技術步驟如下(1)血漿分離——采用血漿分離器將患者血液分離成無形的、帶有毒性物質的血漿、有形的血液濃縮成份，將帶有高濃度毒性物質的血漿進入血漿池；(2)血漿池內預先裝入濃縮紅細胞；(3)帶有高濃度毒性物質的血漿與紅細胞混合后經氧合器氧合，進入裝有生物活性細胞的生物反應器內，生物活性細胞對血漿中的毒性物質進行特異性的攝取、轉換、代謝，同時合成分泌釋放大量生物活性物質進入血漿；(4)經充分反應的血漿與紅細胞混合液經另一血漿分離器分離為有形的紅細胞濃縮成份、經解毒及補充生物活性物質的血漿，有形的紅細胞濃縮成份流回血漿池，完成生物反應器循環；(5)從血漿分離器分離出的血漿即為所需的低毒性并含有生物活性物質的血漿。
本發明的優點和效果在于由于在血漿池中加入了紅細胞，利用紅細胞與氧特異性結合，使液體內氧含量數倍提高。同時，由于紅細胞與氧氣結合的特性，使溶液內氧含量與氧分壓之間呈S型曲線關系，即在低氧分壓狀態，氧含量的輕度增加即導致氧分壓迅速升高，但當氧分壓達到40-60mmHg時，氧含量迅速上升，但氧分壓上升不明顯，當氧分壓高于60mmHg時，氧含量的升高再次引起氧分壓的迅速升高，一般氧分壓達到80-100mmHg時，紅細胞結合氧即能達到飽和。該混合液灌注肝細胞時，處于生物反應器前端的細胞所暴露的最高氧分壓也僅為100mmHg左右，避免了發生氧中毒的可能，灌注后端的細胞即使在前端細胞攝取了大量氧(如50％)的情況下，其氧分壓仍可達到40mmHg左右。如混合液中紅細胞濃度達到60克/升(為正常血濃度的1/2)，氧分壓100mmHg，其單位含氧量可達8.35mL/100mL血液，而100mL單純血漿，同等條件下，其含氧量僅0.31mL，即使氧分壓達到400mmHg，其氧含量也僅為1.24mL。因此，本發明可有效提高生物反應器內細胞的氧供狀態，既提供了充足的氧供，又避免了極端高氧分壓狀態，為生物活性細胞提供了良好的生存環境，有助于其有效發揮功能并延長存活時間，從而延長了生物人工肝的治療時間。
同時，由于本發明利用混合血漿直接灌注生物活性細胞，因此，細胞與血漿之間接觸直接、充分，有助于細胞從血漿中攝取毒性物質，也減少了氧從紅細胞彌散進入肝細胞的距離，有助于肝細胞的氧攝取。
具體實施例方式
預先在血漿池中加入紅細胞；然后進行血漿分離——采用血漿分離器將患者血液分離成無形的、帶有毒性物質的血漿、有形的血液濃縮成份，將帶有毒性物質的血漿進入血漿池；帶有毒性物質的血漿與紅細胞混合后經氧合器氧合，進入裝有生物活性細胞的生物反應器內，其中氧合紅細胞提供生物活性細胞充分的氧供，使生物活性細胞對血漿中的毒性物質進行特異性的攝取、轉換、代謝，同時合成分泌釋放大量生物活性物質進入血漿，實現對血漿的完全、徹底的解毒和補充生物活性物質的作用；經充分反應的血漿與紅細胞混合液經另一血漿分離器分離為有形的紅細胞濃縮成份、經解毒及補充生物活性物質的血漿，有形的紅細胞濃縮成份流回血漿池，完成生物反應器循環；從血漿分離器分離出的血漿即為所需的低毒性并含有生物活性物質的血漿，用于替代原帶有高濃度毒性物質的血漿，以改善患者肝臟功能。
權利要求
1.新型體外生物人工肝的肝支持方法，其步驟如下(1)血漿分離——采用血漿分離器將患者血液分離成無形的、帶有毒性物質的血漿、有形的血液濃縮成份，將帶有高濃度毒性物質的血漿進入血漿池；(2)血漿池內預先裝入濃縮紅細胞；(3)帶有高濃度毒性物質的血漿與紅細胞混合后經氧合器氧合，進入裝有生物活性細胞的生物反應器內，生物活性細胞對血漿中的毒性物質進行特異性的攝取、轉換、代謝，同時合成分泌釋放大量生物活性物質進入血漿；(4)經充分反應的血漿與紅細胞混合液經另一血漿分離器分離為有形的紅細胞濃縮成份、經解毒及補充生物活性物質的血漿，有形的紅細胞濃縮成份流回血漿池，完成生物反應器循環；(5)從血漿分離器分離出的血漿即為所需的低毒性并含有生物活性物質的血漿。
全文摘要
本發明涉及一種提高生物人工肝細胞氧供的方法。將血漿分離后進入濃縮紅細胞血漿池，經氧合，進入生物反應器內，對毒性物質進行攝取、轉換、代謝，分泌大量生物活性物質進入血漿，與紅細胞混合液分離為紅細胞濃縮成分、經解毒及補充生物活性物質的血漿，紅細胞濃縮成分流回血漿池，完成生物反應器循環，分離出低毒性并含有生物活性物質的血漿。解決了現有生物人工肝支持方法存在的氧供不足、產生嚴重的排斥反應而導致細胞失去功能等缺陷。本發明利用紅細胞與氧特異性結合，使液體內氧含量數倍提高，為生物活性細胞提供良好生存環境，利用混合血漿直接灌注生物活性細胞，加強了從血漿中攝取毒性物質，有助于肝細胞的氧攝取。
文檔編號A61B17/00GK1820727SQ20051013498
公開日2006年8月23日 申請日期2005年12月31日 優先權日2005年12月31日
發明者丁義濤, 朱章華, 姚永忠, 潘一明 申請人:南京大學醫學院附屬鼓樓醫院