生物人工肝脏 技术难题突破进行时

新型生物人工肝系统

　　非生物人工肝

　　技术成熟但有局限性    

　　人工肝脏的研究已有40多年的历史，最初的思路主要集中于去除血中的毒性物质，包括血液透析、血液滤过、血液灌流、血浆置换及白蛋白透析等办法，也就是目前已在临床较广泛开展的非生物人工肝脏等技术。非生物人工肝脏又称物理型人工肝脏，能改善肝衰竭患者的血液生化指标，甚至肝性脑病的症状，但通常不能提高生存率。这是因为肝脏是一个具有合成及代谢等多种功能的实体器官，非生物人工肝仅具有部分解毒而缺乏合成分泌等功能，因此非生物人工肝并不是治疗急性肝功能衰竭的理想替代手段。

　　生物人工肝是采用同种或异种肝细胞与生物反应器相结合的一种体外装置，所采用的肝细胞材料具有与肝脏类似的合成及代谢功能，是目前公认的治疗急性肝功能衰竭的有效手段之一。但目前生物人工肝仍有一些问题尚待优化，例如如何获得足量的肝细胞种子细胞，如何优化肝细胞的体外培养环境及生物反应器的研制等。

　　生物人工肝

　　多个技术难题获突破    

　　我们团队从1997年开始生物人工肝脏技术的研究。初期，以猪肝细胞为材料构建了闭合型双循环生物人工肝支持系统。截至2002年，运用该系统对14名重症肝功能衰竭患者治疗16例次，患者均顺利经过生物人工肝治疗，其中两名好转，10名成功过渡到肝移植阶段，血标本分析显示治疗还具有持续效应。我们团队因此先后获得中华医学奖、教育部科技进步二等奖和江苏省科技进步一等奖等。但该生物人工肝系统也存在如何获得功能更为强大的理想细胞材料、如何保持更加持久的细胞功能表达和大规模培养等问题。另外，进口的反应器性能也差强人意。

　　针对这些问题，从2003年开始，我们首先优化了种子细胞培养方式。在肝细胞的获得环节中，将骨髓间充质干细胞引入培养体系，建立了猪肝细胞/骨髓间充质干细胞为2︰1的最适共培养体系，为生物人工肝系统的构建提供了理想的细胞材料和培养方式。同时，还创新性地将纳米纤维材料与生物反应器相结合，研制出基于壳聚糖纳米纤维支架的多层平板式生物反应器，这是国内第一个具有自主知识产权的反应装置。该反应器能促进和维持肝细胞的活性和功能，与共培养体系相结合，解决了长期以来肝细胞大规模培养中细胞活性和功能维持的难题；采用多层平板式结构，保证了细胞贴壁生长、分布均匀和良好的物质交换。在反应器的体积、有效黏附面积和培养的细胞数量、质量等多方面都较早期反应器有很大改进，整体性能优于国内外现有的反应器。

　　最终，我们于2010年构建出一种新型的生物人工肝支持系统。动物实验表明，该生物人工肝系统可显著延长急性肝功能衰竭动物的生存期。而且通过异种细胞免疫研究和动物源性细胞的病毒研究，证实利用该生物人工肝支持系统治疗后，无异种排斥反应及PERV病毒感染，说明该生物人工肝支持系统是安全的。

　　干细胞

　　未来理想的种子细胞    

　　不过，理论上干细胞仍是最理想的种子细胞。随着技术的不断发展，干细胞有望彻底解决生物人工肝的肝细胞来源问题，从而避免因利用异种细胞作为肝细胞来源有可能带来的安全疑惑。今年年初，中国科学院成立干细胞与再生医学战略性先导专项，集中攻克干细胞调控、干细胞治疗核心机制、干细胞应用体系等关键核心技术。南京大学医学院附属鼓楼医院是该专项的承担单位之一，借助中科院的强大基础研究力量，有望寻找到理想的肝细胞种子细胞和细胞培养材料，最终构建出全新的安全有效的生物人工肝系统。