生物人工肝：定义与优化

所谓生物人工肝（BAL），就是指含有生物成分，能够综合发挥肝脏氧化脱毒、生物转化、分泌与合成等功能的人工肝支持系统。

（1）核心元件：BAL的核心元件有生物反应器和细胞材料等。

1）生物反应器。它是BAL核心组成部分，理想的BAL反应器应能达到：为肝细胞提供良好的长期生长代谢环境；能发挥必需的肝脏功能；体积小，死腔少。目前生物反应器分为“中空纤维管式”“单层/多层平板式”“灌流床/支架式”以及“微囊悬液式”等4种，但各有其优缺点。

2）细胞材料。它是BAL的核心部分，细胞在生物反应器内的活性和自身功能在很大程度上决定了BAL的治疗作用。在BAL使用的肝细胞大多功能低下，关键酶活性丧失，严重影响BAL效能的发挥。理想的细胞来源应该是功能上接近在体肝细胞，来源广泛且临床应用时无免疫排斥反应及疾病传播的可能。因此，BAL中应具有高活性、高稳定性的细胞系。BAL中的细胞有人类原代肝细胞。自体肝细胞是理想的BAL细胞来源，但终末期肝病患者的病态肝细胞因数量和质量问题，不能作为BAL的细胞来源。同种异体肝细胞因来源有限、有免疫排斥和传播疾病，现已摒弃；永生化肝细胞，虽排斥反应小，但功能保留不全，还有致癌及病毒感染风险；在体外具有无限生长潜能的肝细胞株是BAL一个有希望的细胞来源，但存在肿瘤定植可能；异种肝细胞如猪肝细胞是目前BAL研究中试用最广的一种动物肝细胞。从方便、实用、高效等原则出发，选择异种猪细胞为新型BAL支持系统的细胞来源；干细胞是另一类很有希望的BAL细胞来源，在去分化状态下无限增殖，具有良好的分化能力，多种起源的干细胞在组织动员方面有一定前景，特别是在BAL。若能研究出，利用3D打印技术，将患者的干细胞打印成BAL，将使BAL更有应用前景，但目前应用于BAL的干细胞还处于未成熟阶段，还没有一种完全有效的纯化和鉴别干细胞的方法，尚无法使干细胞在体外扩增至1010数量级，以及如何利用3D打印技术将干细胞打印成BAL等问题，尚有待科学家们研究解决。

（2）肝脏支持系统：1986年德梅特里翁（Demetrion）教授首先提出BAL概念，由肝细胞和人工解毒装置共同组成的循环系统，能发挥肝细胞的作用。此后，学者们进行了长期研究，开发出多型生物人工肝支持系统。

1）Hepat Assist 2000肝脏支持系统。此系统由美国雪松-西奈（Cedars-Sinai）医疗中心发明，是一个体外利用猪肝细胞作为基础的BAL系统。经过使用证实，该系统能提高爆发性肝衰竭患者的生存率。目前尚在进行Ⅲ期临床试验，其临床应用前景尚不容乐观。

2）ELAD体外肝脏支持系统。体外肝辅助装置（ELAD）由美国生命治疗公司（Vital Therapies Inc）研制开发。ELAD运用人肝细胞株（Hep C3A肝细胞）。叶诺萨瓦（Enosawa）等通过谷氨酰胺合成酶转染方法明显提高Hep G2～C3A细胞株的氨清除能力。ELAD系统的缺陷是易发生阻塞，需要大量使用肝素。ELAD于2013年已在我国开始临床试验。如获批准，ELAD将成为首个基于人类细胞的体外人工肝辅助装置。

3）BLSS肝脏支持系统。BLSS是由匹兹保大学与麦克高恩（Mc Gowan）研究所设计的，采用猪肝细胞的一种中空纤维反应器。内含70～100克猪肝细胞。治疗1例爆发性肝衰竭患者后，其血氨、乳酸盐浓度、总胆红素明显降低，凝血功能改善，全部症状改善，最终可以撤除BAL治疗。该方法安全可靠，但在透析过程可发生低血压、血小板减少、凝血障碍和低血糖症。

4）AMC-BAL。它由荷兰阿姆斯特丹大学的研究人员开发，是利用螺旋形、三维、非编织聚酯纤维、高密度猪肝细胞与氧合器结合构成的BAL，可聚集培养猪肝细胞10×109个以上。在Ⅰ期临床试验中，对7例昏迷程度Ⅲ或Ⅳ期的肝衰竭患者进行8～35小时治疗，所有患者神经系统功能改善，胆红素和血氨浓度有所下降，其中6例成功过渡到原位肝移植，另1例接受2次治疗后肝功能恢复，不需要肝移植，未发现不良反应。(www.xing528.com)

5）LSS-MELS混合型肝脏支持系统。该系统由德国柏林菲尔绍（Virchow）教授研发，是由交织的中空纤维膜组成，产生三维架构，肝细胞团分布其上，可改善细胞供氧和物质交换。临床试用，7例患者均过渡至移植手术，2年随访生存率100%。Ⅰ期临床试验患者都未发生不良反应，3～4年随访中无猪内源性逆转录病毒（PERV）感染病例。肝脏支持系统（LSS）和模块化体外工人肝支持系统（MELS）还是唯一利用废弃人体供肝分离人肝细胞的系统。但该系统还没有通过Ⅲ期临床试验，其有效性有待进一步证明。

6）辐射流动型生物反应器（RFB）。日本东京大学和意大利费拉拉（Ferrara）大学都各自开发了RFB。两个系统很相似，主要区别是前者采用人肝细胞作为细胞来源，后者采用新鲜分离的猪肝细胞。用意大利RFB治疗7个多种病因引起的急性肝衰竭患者，Ⅰ期临床试验，其中6例患者顺利渡过到肝移植阶段。1例因多器官功能衰竭死亡。随访180天，未发现PERV传染现象。

7）混合型人工肝支持系统（HALSS）。HALSS由我国研发，与Hepat Assist 2 000有很多相似之处。唯一区别是HALSS使用肝细胞悬浮液和生长因子，细胞悬浮液和营养液从中空纤维管反应器的外侧灌注，与管腔内经过活性炭吸附治疗后血浆形成对流。采用TACE-HALSS治疗6例急性或慢性肝功能衰竭患者，均无发生呼吸急促、低血压或心跳过速，神经系统功能均改善，总胆红素、直接胆红素和血氨都趋于正常，凝血酶原时间也有所改善。对HALSS系统仍需要进一步的临床试验，来评价其安全性和疗效。

总之，BAL的临床应用前景虽令人鼓舞，但其广泛应用还须努力攻克许多难题。共培养（即将肝细胞和肝非实质细胞或其他非肝细胞在一起培养，这些细胞主要有肝星状细胞、骨髓干细胞、窦状隙内皮细胞、胰岛细胞等）策略可能是一个比较有前途的开拓领域，特别是肝细胞和非实质细胞的共培养可以提高细胞与细胞之间的互相作用。

专家指出，随着生物工程技术的不断创新，未来的生物反应器应该最大化转化营养物质和氧气，这就需要发展一种三维立体制造技术，重建肝脏三维立体构象，能精确定位细胞位置。最终，理想的生物人工肝由可完全吸收的生物人工肝置入性装置来实现永久的肝脏替代作用。

此外，日本横滨市立大学与美国西奈山医学院的科学家合作，利用人类诱导多能干细胞（ips细胞）构建出微小“肝芽”，移植到小鼠体内，结果肝芽生长成微型人类肝脏，具有正常的肝功能。这些肝芽在肝功能衰竭的小鼠体内存活下来，分泌肝特异性蛋白、清除血液中的毒素、产生人类特异性代谢物。研究人员说，如果此过程被证明是安全的，移植物将可以取代成人30%的正常肝功能，这将改变许多肝功能衰竭患者的治疗现状。

（罗金波）