流化床式生物反應器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于生物醫學技術領域，尤其涉及一種流化床式生物反應器。
【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50萬肝衰竭患者因得不到有效治療而死亡。肝衰竭死亡率極高，內科保守治療效果不佳，而人工肝支持治療作為重癥肝炎、肝衰竭患者的有效治療手段之一已被世界公認。目前，人們正致力于各種人工肝，尤其是生物型和混合型人工肝的研發工作，期待它們能夠替代病損的肝臟執行相關功能，幫助患者自我康復或者等待肝移植。其中，生物型人工肝(bioartificial-liver, BAL)主要包括血液（或血楽）回輸循環部分和生物肝循環部分。其中生物肝循環部分是主體，它以培養肝細胞為基礎，以生物反應器為核心載體，提供分泌、代謝、生物轉化和解毒等功能。
[0003]生物肝部是目前研究重點，基本包括以下部分：生物反應器、循環栗、恒溫器、氧合器和循環管路。其基本功能為：生物反應器容納和培養肝細胞，利用氧合器給培養的肝細胞供氧，及提供二氧化碳穩定培養液PH值，恒溫器保證整個生物肝部分處于37°C。血液自患者體內引出，通過半透膜與生物肝部分進行物質交換后，再回輸到體內。
[0004]肝細胞是BAL的生物活性部分，迄今國內外多使用豬、狗等動物異種肝細胞及腫瘤來源的人肝細胞株進行BAL治療研究。前者，尤其是原代豬肝細胞被認為是BAL應用中最廉價且能大量獲得的肝細胞來源。近年來的實驗證明豬肝細胞具有與人肝細胞類似的細胞色素P450活性代謝功能，優于其他動物的肝細胞。同時原代豬肝細胞在清除毒素和中間代謝產物、參與生物合成和生物轉化等功能要遠遠優于腫瘤來源的人肝細胞株。許多以原代豬肝細胞為基礎構建BAL治療急性肝功能衰竭（acute hepatic failure, AHF)已進入I/II期臨床試驗。但單個懸浮培養的原代肝細胞不易培養，極易死亡，而單層貼壁培養肝細胞，生物反應器中肝細胞數量難以達到臨床需求。在本發明中，肝細胞采用與人臍靜脈內皮細胞（HUVEC)共培養形成的聚球體。
[0005]生物反應器是BAL的核心裝置，為外源性肝細胞和血液和血漿提供物質交換場所，又為肝細胞提供適宜的生長環境，應用前景廣闊。既往研究熱點以及目前已經進入臨床試驗的生物反應器類型主要是中空纖維反應器，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。與之相匹配的固化床反應器同樣存在較大的缺陷，運轉過程中肝細胞處于低灌流狀態，細胞所受剪切力較大，容易死亡。同時，目前所研究的生物反應器通常結構復雜，加工難度大，造成成本昂貴。另外，對于需要連續治療的病人，現有培養有肝細胞的生物反應器大多更新或更換困難，替換時需關閉系統，增加了病人的等待時間、治療時間延長，增加了系統污染的風險。而且現有生物人工肝治療中，患者血清或血漿與外源性肝細胞通常只間隔一層半透膜，物質直接交換，患者血清或血漿直接接觸到外源性肝細胞的風險不能排除，易造成患者感染或者出現免疫反應。而且，通過半透膜進行物質交換時，半透膜兩側物質主要依靠擴散作用進行交換，交換效率低下，影響了 BAL的肝功能支持效果。
[0006]而在治療工程中，現有的BAL系統，只往往考慮肝臟支持功能，但通常接受BAL支持治療的肝衰竭患者同時也面臨腎臟衰竭及需要靜脈補充營養物質等問題。
[0007]基于上述問題，本發明在生物反應器結構，BAL循環結構及細胞培養等方面進行了改進，動物實驗表明該系統具有良好的療效。
【實用新型內容】
[0008]本實用新型旨在提供一種流化床式生物反應器，克服現有生物人工肝系統結構方面的成本高、效率低和安全風險等缺陷，提供一種安全可靠，高效的流化床式生物反應器，實現無間斷治療。
[0009]為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案如下:
[0010]本實用新型公開的流化床式生物反應器，它整體呈倒置的圓臺形，包括頂蓋部，主體部以及底座部；所述的頂蓋部包括兩層濾膜、出口、沉降室、止水閥和快速接頭。所述兩層濾膜位于主體部與頂蓋部銜接面，頂蓋頂部設有液體通道，與頂蓋上方的沉降室側壁相連。沉降室頂部設有液體出口，出口上端設有止水閥A和快速接頭。主體部分包括圓臺形內容腔，主體部分頂部中央設有一個圓柱形中空的穩流棒，穩流棒的中空部分放有溫度儀，主體部的側壁設有采樣孔，采樣孔頂端裝有肝素帽。底座部包括側面的液體入口，液體入口前端有快速接頭，同時設有止水閥B，還包括肝細胞加樣孔，該入口頂端有肝素帽。在容器內容腔的底部中央有一個可轉動螺旋槳，在底部的外壁上有一圈支架，用于放置生物反應器。
[0011]優選的，所述液體入口及液體出口直徑為4-8_，大孔徑濾膜的孔徑為100微米，小孔徑濾膜的孔徑為0.45-1微米。
[0012]進一步的，所述螺旋槳葉片為3-6枚，液體通道設有3-6個。
[0013]進一步的，所述所述圓臺形內容腔體積為1500-4000mL，沉降室體積為50_200mL，穩流棒長度為10-16cm，直徑l-2cm。
[0014]優選的，所述流化床式生物反應器外壁使用醫用透明材料或有機玻璃制作。
[0015]本實用新型具有以下有益效果:
[0016]本實用新型采用帶螺旋槳圓臺形灌流式流化床生物反應器可以有效降低灌流中液體的剪切力，灌流速度可以提高到200-400mL/min，而不會造成其中肝細胞的死亡。同時，三維流體力學模型及實體試驗均證實，反應器在特定流速/墻體直徑比內可形成穩定的四周延內壁螺旋向上，中間向下的流化效果，可避免出現循環死腔，同時穩流棒可以在流體中間向下的過程中避免漩渦的形成，保護肝細胞，使肝細胞與流化液體能夠充分接觸，在保證肝細胞活性的前提下，提高凈化效能。另外帶螺旋槳圓臺形灌流式流化床生物反應器結構簡單，制造成本低，可降低患者治療費用。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型的示意圖；
[0018]圖中:1_液體出口 ；2_快速接頭；3_止水閥A ；4-沉降室；5_液體通道；6_頂蓋；
7-小孔徑濾膜；8_大孔徑濾膜；9_穩流棒；10_內容腔；11_溫度儀；12_取樣孔；13_細胞加樣孔；14-止水閥B ; 15-液體入口 ； 16-快速接頭；17-螺旋槳；18_支架；19-頂蓋部；20_主體部；21-底座部。
【具體實施方式】
[0019]為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本實用新型進行進一步詳細說明。
[0020]如圖1所示，本實用新型公開的流化床式生物反應器，它整體呈倒置的圓臺形，包括圓形的頂蓋部19，倒置圓臺形的主體部20以及圓臺形的底座部21。頂蓋部19包括頂蓋6以及位于頂蓋6下方的一層大孔徑濾膜8和一層小孔徑濾膜7，頂蓋6頂部設有液體通道5，液體通道5與頂蓋6上方的圓柱形沉降室4側壁相連。沉降室4頂部設有液體出口 1，出口上端設有止水閥A3和快速接頭2。主體部20包括圓臺形內容腔10，主體部20內壁頂部中央豎直設有一個圓柱形中空的穩流棒9，穩流棒9的中空部分設有溫度儀11，主體部20的側壁設有取樣孔12，取樣孔12頂端裝有肝素帽。底座部21包括側面的液體入口 15，液體入口 15前端有快速接頭16，同時設有止水閥B14，還包括細胞加樣孔13，細胞加樣孔13頂端有肝素帽。在容器內容腔10的底部中央有一個可轉動螺旋槳17，可在液體入口 15水流的推動下轉動。在底部的外壁上有一圈支架18，用于放置整個流化床式生物反應器。該反應器呈封閉式結構，多開口設計，可方便采樣及加入肝細胞，同時減少操作工程中污染的可能性。其中液體入口 15及液體出口 I直徑為4-8mm，大孔徑濾膜8的孔徑為100微米，小孔徑濾膜7的孔徑為0.45-1微米。螺旋槳17葉片為3-6枚。頂蓋6頂部設有3_6個液體通道5。圓臺形內容腔10體積為1500-4000mL。沉降室4體積為50_200mL。穩流棒9長度為10-16cm，直徑l-2cm。流化床式生物反應器外壁使用醫用透明材料或有機玻璃制作，可以適時觀察反應器內部情況。
[0021]本系統配備的流化床式生物反應器的規模可根據實際應用放大或縮小。
[0022]當然，本實用新型還可有其它多種實施例，在不背離本實用新型精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員可根據本實用新型作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本實用新型所附的權利要求的保護范圍。
【主權項】
1.一種流化床式生物反應器，其特征在于：包括圓形的頂蓋部（19)，倒置圓臺形的主體部（20)以及圓臺形的底座部（21)，頂蓋部（19)包括頂蓋（6)以及位于頂蓋（6)下方的一層大孔徑濾膜（8)和一層小孔徑濾膜（7)，頂蓋（6)頂部設有液體通道（5)，液體通道（5)與頂蓋（6)上方的沉降室⑷側壁相連，沉降室⑷頂部設有液體出口（I)，液體出口（I)上端設有止水閥A(3)和快速接頭（2)，主體部（20)包括圓臺形內容腔（10)，主體部（20)內壁頂部中央豎直設有一個圓柱形中空的穩流棒（9)，穩流棒（9)的中空部分設有溫度儀(11)，主體部（20)的側壁設有取樣孔（12)，取樣孔（12)頂端裝有肝素帽，底座部（21)包括側面的液體入口（15)，液體入口（15)前端有快速接頭（16)，同時設有止水閥B (14)，還包括細胞加樣孔（13)，細胞加樣孔（13)頂端有肝素帽，在容器內容腔（10)的底部中央有一個可轉動螺旋槳（17)，在內容腔（10)底部的外壁上有一圈支架（18)。2.根據權利要求I所述的流化床式生物反應器，其特征在于：所述液體入口（15)及液體出口（I)直徑為4-8_，大孔徑濾膜（8)的孔徑為100微米，小孔徑濾膜（7)的孔徑為O.45-1 微米。3.根據權利要求I所述的流化床式生物反應器，其特征在于：所述螺旋槳（17)葉片為3-6枚，液體通道（5)設有3-6個。4.根據權利要求I所述的流化床式生物反應器，其特征在于：所述圓臺形內容腔（10)體積為1500-4000mL，沉降室⑷體積為50_200mL，穩流棒（9)長度為10_16cm，直徑l_2cm。5.根據權利要求I所述的流化床式生物反應器，其特征在于：所述流化床式生物反應器外壁使用醫用透明材料或有機玻璃制作。
【專利摘要】本實用新型公開一種流化床式生物反應器，包括頂蓋部，主體部以及底座部。頂蓋部包括頂蓋、濾膜、液體通道、沉降室、液體出口、止水閥A和快速接頭，主體部包括內容腔、穩流棒、溫度儀和取樣孔，底座部包括液體入口、快速接頭、止水閥B和細胞加樣孔，容器內容腔底部設有螺旋槳，外壁上設有一圈支架。本實用新型結構簡單，制造成本低，可降低患者治療費用。
【IPC分類】C12M1/02, C12M3/06, C12M1/34
【公開號】CN204779616
【申請號】CN201520433335
【發明人】包驥, 步宏
【申請人】四川大學華西醫院
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年6月23日