基于血红蛋白的氧载体在生物人工肝系统中的应用基础研究

Bioartificial liver (BAL) is an important means of supporting therapy to bridge patients with liver failure to liver transplantation. The clinical trials' results of current BAL were not optimal , partially due to the decrease of the function of hepatocytes under non-physiological conditions. Our previous studies showed that the improvement of oxygen supply to BAL can inhibit the decrease of hepatocyte function, suggesting that the insufficient oxygen supply in bioreactor was an important bottleneck for the decrease of hepatocyte function. Some latest researches have found that one of hemoglobin based oxygen carriers, polyethylene glycol-bovine hemoglobin (PEG-bHb), has a good prospect to improve the oxygen supply and enhance the hepatocyte function in BAL.Therefore, this study intends to introduce the circulating PEG-bHb into the novel BAL based on a multi-layer flat-plate bioreactor with galactosylated chitosan nanofiber scaffolds, in order to improve the oxygen supply and hepatocyte function by simulating the liver blood supply. In this study, different concentrations of PEG-bHb were perfused into the BAL, and the oxygen supply and hepatocyte function were detected to identify the effect of PEG-bHb on the oxygen supply and hepatocyte function in BAL and its best concentration. Then the canine model of acute liver failure was treated by the BAL with PEG-bHb of best concentration for determining the curative effect of PEG-bHb-BAL and providing a theoretical basis for clinical application.

生物人工肝（BAL）是肝功能衰竭患者支持治疗并向肝移植过渡的重要手段。目前已有的BAL临床试验结果尚不理想，其中肝细胞在非生理条件下的功能下降是造成这一现象的主因。我们的前期研究表明，改善BAL体系供氧能明显抑制肝细胞功能下降，提示BAL反应器内种子细胞氧供不足是限制细胞功能的重要瓶颈。最新研究显示，血红蛋白氧载体聚乙二醇牛血红蛋白（PEG-bHb）在改善BAL体系供氧，提升肝细胞功能方面具有良好前景。本研究拟利用我中心自主研发的乳糖酰基壳聚糖纳米纤维支架多层平板型生物反应器分层特性， 将PEG-bHb循环引入BAL，模拟肝脏血供，改善细胞供氧及功能。实验中将加入不同浓度PEG-bHb，检测反应器氧供和猪肝细胞活力、功能，明确PEG-bHb用于改善BAL内猪肝细胞氧供和功能的作用及最理想浓度，并通过治疗急性肝功能衰竭犬模型验证PEG-bHb-BAL的疗效，为临床应用提供理论依据。

生物人工肝（BAL）是肝功能衰竭患者支持治疗并向肝移植过渡的重要手段。目前已有的BAL临床试验结果尚不理想，其中肝细胞在非生理条件下的功能下降是造成这一现象的主因。我们的前期研究表明，改善BAL体系供氧能明显抑制肝细胞功能下降，提示BAL反应器内种子细胞氧供不足是限制细胞功能的重要瓶颈。最新研究显示，血红蛋白氧载体聚乙二醇牛血红蛋白（PEG-bHb）在改善BAL体系供氧，提升肝细胞功能方面具有良好前景。本研究拟利用我中心自主研发的乳糖酰基壳聚糖纳米纤维支架多层平板型生物反应器分层特性， 将PEG-bHb循环引入BAL，模拟肝脏血供，改善细胞供氧及功能。实验中将加入不同浓度PEG-bHb，通过检测反应器氧供和猪肝细胞活力、功能，明确加入PEG-bHb能有效增强反应器内氧供，并明显改善肝细胞活性和功能，中浓度组和高浓度的PEG-bHb在维持肝细胞活性，改善肝细胞功能方面发挥作用近似，所以在后期动物实验采用中浓度PEG-bHb（即6g/L）进行研究。在第二部分中，本研究采用PEG-bHb-BAL治疗D-氨基半乳糖诱导的急性肝功能衰竭猪模型，通过检测BAL系统各循环中PEG-bHb浓度，发现PEG-bHb不能透过血浆成分交换柱半透膜，且通过间接ELISA检测法在模型猪血液标本中并未检出猪抗bHb抗体，结合前期BAL的安全研究结果，提示PEG-bHb-BAL具有良好的生物安全性；此外通过对比各组的7日生存率及各项生化指标发现，BAL组与PEG-bHb-BAL组均能显著提高模型猪生存率，改善多项生化指标，PEG-bHb-BAL组的生存率稍高于BAL组，但差异无统计学意义，PEG-bHb-BAL组的多项肝功能指标显著优于BAL组，结果提示PEG-bHb-BAL能有效提高肝衰竭猪模型的生存率，较BAL能够更有效改善实验猪肝功能。本研究在国内首次将血红蛋白氧载体（HBOC）引入BAL，也是在国际上首次将其应用于多层平板型生物反应器，为解决我中心自主研发的新型BAL、也为其他生物人工肝系统的种子细胞供氧进行了有意义的探索。本研究在国际上率先将含PEG-bHb的BAL系统应用于动物模型的治疗中，并且全面评估了其安全性及有效性。另一方面，本研究给作为血液代用品的HBOC开辟了一条新的临床应用途径。通过本研究，有望构建更加安全有效的BAL用于肝功能衰竭患者的治疗。