新型生物芯片透析器的构建及评估

李继伟 肾小管上皮细胞 血管内皮细胞 微流道芯片 透析器 清除率生理功能

目前,全球肾脏疾病的发病率越来越高,越来越多的终末期肾病患者不能够接受很好的治疗 而忍受疾病的折磨.由于肾脏供体的限制,只有极少部分患者能够进行器官移植,而大部分患者要进行透析治疗.但高昂的费用,极不方便的血液透析除了给患者带 来经济负担和生活不便外,目前的血液透析只能起到过滤作用,仅仅是将小分子毒素从血液中除去,而不能进行离子重吸收,代谢等肾小管生理功能,进而引发了一 系列的透析并发症.虽然目前各国专家都在研究生物人工肾小管辅助装置,并取得了一定的效果,但由于这种装置是在传统透析器上进行,中空纤维管的缺点导致细 胞在透... 展开 目前,全球肾脏疾病的发病率越来 越高,越来越多的终末期肾病患者不能够接受很好的治疗而忍受疾病的折磨.由于肾脏供体的限制,只有极少部分患者能够进行器官移植,而大部分患者要进行透析 治疗.但高昂的费用,极不方便的血液透析除了给患者带来经济负担和生活不便外,目前的血液透析只能起到过滤作用,仅仅是将小分子毒素从血液中除去,而不能 进行离子重吸收,代谢等肾小管生理功能,进而引发了一系列的透析并发症.虽然目前各国专家都在研究生物人工肾小管辅助装置,并取得了一定的效果,但由于这 种装置是在传统透析器上进行,中空纤维管的缺点导致细胞在透析器内存活时间较短,透析器容易堵塞等问题.因此,研究一种更适合生物透析的透析器具有十分重 要的意义. 随着科技的发展,微流体技术在生物方面的研究应用也越来越普遍.本课题研究采用线切割的方法制备出高度平行的微流道阵列芯片,这种 结构芯片具有小尺寸效应,能够在层流条件和在升压下进行透析,因此能够加快透析过程中的物质转移速率,降低透析血液压力,减少回路血液体积,进而缩小透析 器的体积.分别采用再生纤维素,混和纤维素和聚醚砜三种透析膜与制备的微流道芯片组装成透析器,并结合细胞工程的方法和变换芯片的数量,对透析器进行了一 系列的研究. 将人肾近曲小管上皮细胞(HK-2)和人脐静脉血管内皮细胞株(HUVEC)分别种植培养在三种透析膜材料上,采用MTT法检测 细胞在三种材料上的活性大小,并研究在透析环境下,流体剪切力对细胞活性的影响;采用Hoechst33342细胞核染色剂对细胞进行染色,在荧光显微镜 下观察细胞在材料上的状态,并考察剪切力对形貌的影响;同时使用场发射扫描电子显微镜观察了两种细胞在聚醚砜材料表面的微观结构;在了解细胞在材料表面的 生长情况后,构建好生物膜,与芯片组装成生物透析器,采用血浆复钙时间方法对透析器的抗凝功能进行评估;对比研究几种不同类型的透析器对尿素,磷酸盐以及 维生素的清除率功能;采用钠钾离子重吸收量来评估透析器的重吸收功能;采用泌氨测试法和内皮素测试法分别评估各种生物透析器的代谢功能和内分泌功能.此 外,作为后续工作,还对TiO2纳米管生物膜进行了生理功能评估. 研究结果表明两种细胞均能在聚醚砜材料表面很好的生长,形貌均匀,细胞核圆 润正常,并且透析环境下细胞的活性更好,而在混和纤维素表面有些聚集现象,在再生纤维素表面,细胞的活性很小;种植细胞的生物膜具有很好的抗凝功能,能够 达到无肝素透析;六层芯片透析器具有很好的清除率功能,并且聚醚砜作为透析膜的透析器效果最好;六层芯片与PES透析膜构建的生物透析器具有很好的重吸 收,内分泌以及代谢功能,能够达到人体生理水平.证实了我们所构建的生物透析器具有很好的效果,为未来发展便携式多功能的人工透析系统打下了良好的基础. 收起

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