全血灌流生物人工肝系統的制作方法
【專利摘要】一種全血灌流生物人工肝系統，包括血液循環、生物反應器循環、細胞更新系統三部分，三部分通過管路相通，生物反應器循環包括由一個或多個生物人工肝反應器組成的生物人工肝反應器組，生物人工肝反應器外空間中灌充有L-02細胞，使治療效果和安全性更好；細胞更新系統用于更新L-02細胞，本發明在治療過程中可適時更新反應器中的治療細胞，保證持續穩定的療效，而且無需為更換生物人工肝反應器而中斷治療，縮短了治療時間，整個系統可采用手動操作或PLC進行全自動化控制，免去了醫護人員頻繁的取樣檢測工作，實現實時監測，高效安全，具有較好的實用性，適于產業化生產。
【專利說明】全血灌流生物人工肝系統

【技術領域】
[0001] 本發明涉及生物人工肝【技術領域】，具體地指一種全血灌流生物人工肝系統。

【背景技術】
[0002] 我國是世界上肝病最嚴重的國家，每年肝衰竭新發病人數超過100萬，每年約50 萬肝功衰竭患者因得不到有效治療而死亡。治愈機會只有一種，即肝移植，但由于肝臟來源 困難，等待時間長，或根本沒有機會得到供肝，因此絕大多數病人根本沒有生存機會。因此， 急需人工肝系統維持病人生命，等待肝移植機會，或病人自身肝恢復的機會。
[0003] 但由于傳統的人工肝（即物理人工肝）成本極高，大多數病人都無法承擔，療效非 常有限，不能明顯減少肝功能衰竭的死亡率，故臨床應用受到限制。近年來，將活性肝細胞 或類肝細胞加入到人工肝系統內以改進療效，已成為世界研發熱點，這種以肝細胞充填反 應器為基礎的人工肝稱為生物人工肝（bio-artificial liver，BAL)，大量研究證明其療效 明顯優于物理人工肝，能明顯減少肝功能衰竭病死率，明顯延長生存期，為急性肝功能衰竭 病患的自身肝臟恢復和慢性肝功能衰竭病患等待肝移植創造了條件。
[0004] 現有的生物人工肝系統結構大同小異，以生物人工肝反應器為核心，該反應器主 要以中空纖維反應器為主，其內灌充一定量的肝細胞或類肝細胞（如人肝細胞、永生化肝 細胞、肝癌細胞系、豬肝細胞等）。這些技術都存在兩大方面嚴重問題而限制了臨床應用的 可能性：一是上述細胞源各有重大缺陷，如前二者或細胞來源困難或無法大規模增值，因而 無法推廣應用；后二者肝功能和安全性差（致癌或轉染動物病毒），限制了臨床應用。二是 人工肝系統結構不合理，因為在使用一段時間后，反應器內的細胞受毒素影響會逐步死亡， 生物反應器凈化血液的效率隨工作時間延長而降低，為保持療效，每隔一段時間需要更換 有新鮮細胞的反應器。生物人工肝反應器成本高，一次治療，可能要替換多個生物人工肝反 應器，治療費用高昂；如果不更換或少更換則難以確保療效；替換時需關閉系統，增加了病 人的等待時間、治療時間延長，且替換時，完全由人工操作增加了系統污染的風險。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的包括兩方面，一方面在于克服現有生物人工肝系統結構方面的成本 高、有污染和安全風險等缺陷，提供一種安全、可靠的全血灌流生物人工肝系統，實現無間 斷治療；另一方面配合灌充有L-02細胞的生物人工肝反應器使用，克服現有細胞源療效 低、安全性差的缺陷，L-02細胞具有肝功能好、增值力強、安全的優點，用于本發明的全血灌 流生物人工肝系統，實現在細胞和結構上的徹底改良，療效更好，使受損的肝臟更有機會再 生，或者對肝功能衰竭的病人提供更有效支持，直到能找到用于移植的供體器官。
[0006] 為實現上述目的，本發明所設計的全血灌流生物人工肝系統，包括血液回輸循環、 生物反應器循環、細胞更新系統三部分，三部分通過管路相通；
[0007] 所述血液循環包括順序相連的血液輸入口、血液泵和血液回輸口；
[0008] 所述生物反應器循環包括生物人工肝反應器組，所述生物人工肝反應器組包括多 個并聯的生物人工肝反應器；生物人工肝反應器上設有血漿入口、血漿出口、細胞入口和廢 液排放口；生物人工肝反應器的血漿入口分別通過截止閥與血液輸入口相連，血漿出口均 與血液回輸口相連；生物人工肝反應器的廢液排放口可連接至廢液儲罐；
[0009] 所述細胞更新系統包括細胞洗脫液罐、細胞混懸液罐、恒溫水浴箱及輸液泵，所述 細胞洗脫液罐和細胞混懸液罐通過一個三通閥與輸液泵的輸入端相連，所述輸液泵的輸出 端分別通過控制閥與各個生物人工肝反應器的細胞入口相連；所述細胞混懸液罐置于恒溫 水浴箱內。
[0010] 優選地，所述全血灌流生物人工肝系統還包括用于檢測生化指標的生化儀，所述 生物人工肝反應器的血漿入口之前及血漿出口之后設有第一檢測口、第二檢測口，所述第 一檢測口、第二檢測口與生化儀的檢測端相連。
[0011] 優選地，所述血液輸入口處或血液泵處還設有肝素泵，所述血液輸入口和生化儀 的第一檢測口之間設有加壓泵。加壓泵用于保證生物人工肝反應器正常運行壓力。
[0012] 優選地，所述血液輸入口和生化儀的第一檢測口之間設有增溫器和/或葡萄糖 泵。分別用于保證進入生物人工肝反應器的血漿溫度、以及為血漿增加糖分。
[0013] 優選地，所述血液輸入口和生化儀的第一檢測口之間還設有增氧儀。
[0014] 優選地，所述血液回輸口處還設有增壓泵，所述生物人工肝反應器的血漿出口處 還設有加速泵。該增壓泵可通過增壓使血液回輸，在不設置增壓泵的情況下則需要保證生 物人工肝反應器的血漿出口與血液回輸口有一定高度差，才能利用重力使血液回輸。
[0015] 優選地，所述生物人工肝反應器的血漿入口設有溫度感應器和壓力感應器，血漿 出口處還設有溫度感應器。
[0016] 優選地，所述生物人工肝反應器的廢液排放口處設有放泄閥。
[0017] 優選地，所述生物人工肝反應器內的外源性肝細胞為L-02細胞。
[0018] 優選地，所述全血灌流生物人工肝系統還包括用于控制生物人工肝系統中閥、泵、 及各個可電控儀器的可編程邏輯控制器。增加可編程邏輯控制器實現全自動化處理。
[0019] 優選地，生物人工肝反應器為無紡布反應器、細菌纖維素微載體反應器、細菌纖維 素反應器、中空纖維反應器、微載體反應器，以上僅為舉例不用以限制本發明。
[0020] 現有技術中沒有任何一種生物人工肝系統可以推廣應用于臨床，本發明的發明人 研究發現這是因為人肝細胞來源極為有限，而且人肝細胞存活期短、不能體外繁殖，故不能 廣泛應用；而其它各種代用細胞因有各種嚴重缺陷而限制了應用。本發明采用的L-02細胞 具有正常肝細胞重要特征蛋白及酶、肝功能良好、增殖能力極強、安全性好。這些特征標志 著L-02細胞是一種優越和獨一無二的生物人工肝細胞源，比目前國內外研發中的任何一 種細胞源都優越。L-02細胞不僅具有良好的肝功能、極好的永生化體外培養繁殖能力，可以 容易地大量產業化培養，經多項動物實驗驗證未發現致癌性。
[0021] 本發明結構改進的的有益效果：采用細胞更新系統為在系統中運行的生物人工肝 反應器及時進行肝細胞補充替換，無需更換生物人工肝反應器及間斷治療，縮短了治療時 間，整個系統可采用PLC (可編程邏輯控制器）進行全自動化控制，免去了醫護人員頻繁的 取樣檢測工作，實現實時監測，高效安全，配合具有良好的肝功能L-02細胞系使用，具有較 好的實用性，適于產業化生產。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1為本發明全血灌流生物人工肝系統的結構示意圖。
[0023] 圖2為圖1中生物人工肝反應器組的放大結構示意圖。
[0024] 圖中、血液輸入口 1、血液泵2、加壓泵3、生物人工肝反應器組4、生物人工肝反應 器5、血漿入口 5. 1、血漿出口 5. 2、細胞入口 5. 3、廢液排放口 5. 4、恒溫水浴箱6、加速泵7、 增壓泵8、血液回輸口 9、增溫器10、葡萄糖泵11、增氧儀12、細胞洗脫液罐13、細胞混懸液 罐14、第一檢測口 15、第二檢測口 16、生化儀17、溫度感應器18、輸液泵19、壓力感應器20、 三通閥21、肝素泵22、截止閥A1、截止閥A2、截止閥An、控制閥B1、控制閥B2、控制閥Bn、放 泄閥C1、放泄閥C2、放泄閥Cn。

【具體實施方式】
[0025] 以下結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細描述。
[0026] 如圖1、2所示，本發明設計的全血灌流生物人工肝系統，血液回輸循環、生物反應 器循環、細胞更新系統三部分，三部分通過管路相通；
[0027] 血液循環包括順序相連的血液輸入口 1、肝素泵22、血液泵2、增壓泵8和血液回輸 口 9 ;血液回輸口處設有增壓泵8,以便于回輸血液。
[0028] 生物反應器循環包括與血液輸入口 1順序相連的葡萄糖泵11、加壓泵3、增溫器 10、增氧器12、自動生化儀17、生物人工肝反應器組4 ;
[0029] 生物人工肝反應器組4包括一個或多個并聯的生物人工肝反應器5 ;生物人工肝 反應器5內的外源性肝細胞為L-02細胞。
[0030] 生物人工肝反應器5上設有血漿入口 5. 1、血漿出口 5. 2、細胞入口 5. 3和廢液排 放口 5. 4 ;兩個生物人工肝反應器5的血漿入口 5. 1分別通過截止閥A1、截止閥A2、…… 截止閥An與血液輸入口 1相連，血漿出口 5. 2均與血液回輸口 9相連；生物人工肝反應器 組4的血漿出口匯合后還設有加速泵7。
[0031] 細胞更新系統包括細胞洗脫液罐13、細胞混懸液罐14、恒溫水浴箱6及輸液泵19， 細胞混懸液罐14置于恒溫水浴箱6內，細胞洗脫液罐13和細胞混懸液罐14通過一個三通 閥21與輸液泵19的輸入端相連，輸液泵19的輸出端分別通過控制閥B1、控制閥B2、…… 控制閥Bn與各個生物人工肝反應器5的細胞入口 5. 3相連，生物人工肝反應器5的廢液排 放口 5. 4處設有放泄閥C1、放泄閥C2、……放泄閥Cn，各個放泄閥可以通過管道相連輸出 液體至廢液收集容器。
[0032] 全血灌流生物人工肝系統還包括用于檢測生化指標的生化儀17,生物人工肝反應 器5的血漿入口 5. 1之前設有第一檢測口 15、血漿出口 5. 2之后設有第二檢測口 16,第一 檢測口 15、第二檢測口 16與生化儀17的檢測端相連。
[0033] 血液輸入口 1和生化儀17的第一檢測口 15之間設有增溫器10、加壓泵3、葡萄糖 泵11、增氧儀12。
[0034] 生物人工肝反應器5的血漿入口 5. 1設有溫度感應器18和壓力感應器20,血漿出 口 5. 2處還設有溫度感應器18。
[0035] 全血灌流生物人工肝系統還包括用于控制生物人工肝系統中閥、泵、及各個可電 控儀器的可編程邏輯控制器（圖未示），在本實施例中可編程邏輯控制器分別與截止閥、控 制閥、放泄閥、血液泵2、增壓泵8、增溫器10、葡萄糖泵11、增氧儀12、生化儀17、溫度感應 器18、輸液泵19、壓力感應器20、三通閥21、肝素泵22電連接，以控制上述裝置。
[0036] 本發明實施例通過兩個并聯的生物人工肝反應器5以方便說明生物人工肝反應 器組4的工作過程，生物人工肝反應器5的數量可以根據實際需要調整。
[0037] 使用上述全血灌流生物人工肝系統時，可以采用規模化普通培養液法培養的L-02 細胞，收獲活性細胞，活性率在98%以上。然后在生物柜中無菌操作，將適量肝細胞灌注入 并保留于生物人工肝反應器5及細胞儲液罐14中，封閉出入口，將生物人工肝反應器5、細 胞儲液罐14封存于無菌袋中，置0?4°C保存待用。在治療前裝機時取出生物人工肝反應 器5、細胞混懸液罐14,無菌操作和按圖示順序裝機，連接病人動脈血入口和靜脈回輸口， 準備治療。
[0038] 治療開始，患者或實驗動物的血液引出體外后，由血液輸入口 1進入全血灌流生 物人工肝系統，血液進入生物人工肝反應器組中解毒，解毒完后經血液回輸口 9返回至患 者或實驗動物體內，該階段運行時，截止閥A1、截止閥A2、……截止閥An開啟，控制閥B1、 控制閥B2、……控制閥Bn關閉，輸液泵19斷電。
[0039] 治療進行中，由生化儀17利用位于生物人工肝反應器組4兩端的第一檢測口 15、 第二檢測口 16分別監測進出生物人工肝反應器組4的血漿中膽紅素、氨、肌酐、尿素氮、肝 酶、白蛋白等生化指標的變化，當發現生物人工肝反應器組4效率下降，判斷生物人工肝反 應器5內作為外源性肝細胞的L-02細胞出現消耗壞死時，由可編程邏輯控制器首先降低血 液泵2、增壓泵8的速率，以降低血液的流速，控制一個或多個截止閥關閉，以進行部分生物 人工肝反應器5中肝細胞的替換，例如，截止閥A1關閉，與其相連的生物人工肝反應器5停 止供給血漿，控制閥B1和放泄閥C1開啟，三通閥21先僅與細胞洗脫液儲存器13相通，輸 液泵19開始工作，將細胞洗脫液罐13中的細胞洗脫液如生理鹽水泵入該生物人工肝反應 器5進行其內部沖洗，使死亡的肝細胞脫落由廢液排放口 5. 4排出；然后，三通閥21斷開與 細胞洗脫液罐13的連通，與細胞混懸液罐14相通，由輸液泵19將細胞混懸液罐14中新鮮 的細胞泵入生物人工肝反應器5中，完成細胞的補充、替換，完畢后，關閉放泄閥C1、控制閥 B1，輸液泵19斷電，開啟截止閥A1，使中斷解毒的生物人工肝反應器5重新開始運作。
[0040] 再按照同樣的順序控制其他生物人工肝反應器5截止閥、控制閥、放泄閥完成其 他生物人工肝反應器5中細胞的補充、替換，之后將血液泵2、增壓泵8的速率恢復正常。這 一過程可以由人工手動完成或利用可編程邏輯控制器或人工操作控制完成，其好處在于無 需間斷肝病病人的治療，無需更換生物人工肝反應器，節約了成本和時間，特別是如果采用 可編程邏輯控制器來控制時，可實時監測循環血漿溫度、壓力變化，通過增溫器10增溫、葡 萄糖泵11補充葡萄糖、增氧儀12增氧，生化儀3自動采樣檢測，傳輸數據報警，實現全部的 監控、采樣檢測、生物人工肝反應器中肝細胞替換的全部自動化進行，節省了大量的醫療人 力。
【權利要求】
1. 一種全血灌流生物人工肝系統，其特征在于：包括血液回輸循環、生物反應器循環、 細胞更新系統三部分，三部分通過管路相通； 所述血液循環包括順序相連的血液輸入口（1)、血液泵（2)和血液回輸口（9); 所述生物反應器循環包括生物人工肝反應器組（4)，所述生物人工肝反應器組（4)包 括多個并聯的生物人工肝反應器（5);生物人工肝反應器（5)上設有血漿入口（5. 1)、血漿 出口（5. 2)、細胞入口（5. 3)和廢液排放口（5. 4);生物人工肝反應器（5)的血漿入口（5. 1) 分別通過截止閥（A1、A2、……An)與血液輸入口⑴相連，血漿出口（5. 2)均與血液回輸 口（9)相連； 所述細胞更新系統包括細胞洗脫液罐（13)、細胞混懸液罐（14)、恒溫水浴箱（6)及輸 液泵（19)，所述細胞洗脫液罐（13)和細胞混懸液罐（14)通過一個三通閥（21)與輸液泵 (19)的輸入端相連，所述輸液泵（19)的輸出端分別通過控制閥（B1、B2、……Bn)與各個生 物人工肝反應器（5)的細胞入口（5. 3)相連；所述細胞混懸液罐（14)置于恒溫水浴箱（6) 內。
2. 根據權利要求1所述全血灌流生物人工肝系統，其特征在于：還包括用于檢測生化 指標的生化儀（3)，所述生物人工肝反應器（5)的血漿入口（5. 1)之前及血漿出口（5. 2)之 后設有第一檢測口（15)、第二檢測口（16)，所述第一檢測口（15)、第二檢測口（16)與生化 儀（17)的檢測端相連。
3. 根據權利要求1所述全血灌流生物人工肝系統，其特征在于：所述血液輸入口（1) 處或血液泵（2)處還設有肝素泵（22)，所述血液輸入口（1)和生化儀（17)的第一檢測口 (15)之間設有加壓泵（3)。
4. 根據權利要求1所述全血灌流生物人工肝系統，其特征在于：所述血液輸入口（1) 和生化儀（17)的第一檢測口（15)之間設有增溫器（10)和/或葡萄糖泵（11)。
5. 根據權利要求1所述全血灌流生物人工肝系統，其特征在于：所述血液輸入口（1) 和生化儀（17)的第一檢測口（15)之間還設有增氧儀（12)。
6. 根據權利要求1所述全血灌流生物人工肝系統，其特征在于：所述血液回輸口（9) 處還設有增壓泵（8)，所述生物人工肝反應器（5)的血漿出口（5.2)處還設有加速泵（7)。
7. 根據權利要求1所述全血灌流生物人工肝系統，其特征在于：所述生物人工肝反應 器（5)的血漿入口（5. 1)設有溫度感應器（18)和壓力感應器（20)，血漿出口（5. 2)處還設 有溫度感應器（18)。
8. 根據權利要求1任一項所述全血灌流生物人工肝系統，其特征在于：所述生物人工 肝反應器（5)的廢液排放口（5.4)處設有放泄閥（C1、C2、……Cn)。
9. 根據權利要求1所述全血灌流生物人工肝系統，其特征在于：所述生物人工肝反應 器（5)內的外源性肝細胞為L-02細胞。
10. 根據權利要求1?9所述全血灌流生物人工肝系統，其特征在于：還包括用于控制 生物人工肝系統中閥、泵、及各個可電控儀器的可編程邏輯控制器。
【文檔編號】A61M1/14GK104147651SQ201410376523
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月1日 優先權日:2014年8月1日
【發明者】周平, 劉路 申請人:周平, 劉路