PET纤维支架改性及填充床生物反应器灌注体系构建

发布时间：2020-03-26 14:46

【摘要】：目前,构建适于肝细胞体外生长和功能维持的生物反应器是生物人工肝研究的焦点。针对现有二维平板式和中空纤维反应器存在的比表面积小、无法支持细胞三维生长、细胞易于脱落、细胞接种不均匀和物质传递受限问题,需要研制适于肝细胞三维培养的支架,并用于生物人工肝反应器的构建。本研究首先考察基于商业化Fibra-Cel(FC)片状纤维载体培养hiHep细胞并构建生物人工肝反应器的可行性。其次,研制N-乙酰乳糖胺或明胶改性的PET-Gal和PET-Gel纤维支架,表征改性后的PET纤维材料理化性质,并研究其对hiHep细胞生长和功能的影响。最后,构建了基于优化改性支架的填充床生物反应器,并探究其对细胞粘附、生长和肝相关功能的影响。结果表明,采用商业化FC片状纤维载体可以构建用于支持hiHep细胞生长的灌注培养体系,在2 mL/min低速率下,hiHep细胞接种率高、增殖较快、白蛋白分泌以及肝特异性基因表达水平较高。通过N-乙酰乳糖胺和明胶修饰的PET纤维支架,改善了亲水性、吸水率、纤维刚性和粗糙度等理化性质。在15 d静态培养条件下,PET-Gal和PET-Gel纤维支架均能促进hiHep细胞的粘附和增殖,细胞分别增殖21.4倍和21.2倍。PET-Gal纤维支架较PET-Gel纤维支架能更好地维持hiHep细胞活力,白蛋白和尿素产生、Ⅰ相和Ⅱ相药物代谢酶活力、胆盐外排能力以及氨消除和胆红素结合能力等肝特异功能得以提高。进一步建立了基于PET-Gal纤维支架的填充床反应器,在2 mL/min速率下,hiHep细胞接种率达(94.2±1.1)%,经过10 d灌注培养后细胞密度达(81.7±5.2)×10~6 cells/cm~3;与PET纤维支架生物反应器相比,PET-Gal纤维支架反应器能更好地支持hiHep细胞粘附、增殖、均匀分布和活性,同时能更好地维持白蛋白和尿素的合成与分泌、Ⅰ相药物代谢和氨消除等肝相关功能。研究结果可为将来进一步构建基于hiHep细胞和PET纤维支架的BAL反应器提供依据,同时也为新型BAL反应器的设计和构建提供思路。
【图文】：

示意图,生物人工肝,示意图,肝衰竭

ＢＡＬ是一种新兴的生物治疗手段，主要包含三个功能单元：血浆分离单元、血元和解毒单元［１Ｑ］，如图Ｕ所示。其中，载有功能肝细胞的生物反应器是ＢＡＬ成部件，也是区别于非生物型人工肝的一大重要特点［１Ｕ２］。尽管当下有很多商ＡＬ反应器，但是均未能满足临床肝衰竭治疗的目的［１３］。因此，提升生物反应成为ＢＡＬ的研宄重点。逡逑

中空纤维,生物反应器

中空纤维管外侧，而肝衰竭患者的血浆或培养基流经纤维管内腔，通过管孔与细胞接触，逡逑从而实现双向的物质（例如，营养物质、氧气、细胞合成的白蛋白、血氨和胆红素等）逡逑传递［｜５１，如图１．２所示。逡逑Ｈｏｌｌｏｗ邋ｆｉｂｅｒ邋ｍｏｄｕｌｅ逡逑＾逦逦—：—？？？—＂：：：：－？：邋）■邋丨逡逑ｂｌｏｏｄ邋ｏｒ邋ｐｌａｓｍａ逦0９Ｕｓ逡逑—＿逦—＇）逡逑Ｈｏｌｌｏｗ邋ｆｉｂｅｒ逡逑图１．２中空纤维型生物反应器Ｍ逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｈｏｌｌｏｗ邋ｆｉｂｅｒ邋ｂｉｏｒｅａｃｔｏｒ１１５］逡逑Ｓａｕｅｒ邋等［１６］建立了一种基于分子体外肝支持系统（Ｍｏｄｕｌａｒ邋ｅｘｔｒａｃｏｒｐｏｒｅａｌ邋ｌｉｖｅｒ邋ｓｕｐｐｏｒｔ，逡逑ＭＥＬＳ）和原代人肝细胞的ＢＡＬ装置，用于肝衰竭患者的治疗。结果显示，经过７９ｈ的逡逑治疗，患者血浆中的总胆红素和血氨含量分别下降了邋５２．１％和７７．３％。此外，经过ＢＡＬ逡逑治疗后，患者从ＩＶ级肝昏迷状态缓解至Ｉ级可拔管状态，其肾脏功能也有明显的改善。逡逑２０１０年，Ｃｈｅｎ等丨１７１将人肝癌细胞系Ｃ３Ａ填充到生物人工肝辅助设备（Ｂｉｏａｒｔｉｆｉｃｉａｌ逡逑ｌｉｖｅｒａｓｓｉｓｔｄｅｖｉｃｅ，ＢＬＡＤ），构建了一种中空纤维型生物反应器，并评价了其代谢、合成、逡逑解毒和茜物代谢能力。结果表明，与对照组相比，血红蛋白的补充促进了氧气的供应，，逡逑显著提高了生物反应器中肝细胞的生长和肝特异性功能
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318.08;TQ342.87

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