甲壳素基全血灌流吸附剂的构建及其在人工肝中的应用研究

Liver failure is one of the serious diseases threatening the health of human being. Artificial liver is a fast, effective and safe transitional and alternative therapy for liver failure. Efficient and safe artificial liver functional material is the key to this technology. It has been initially proved that natural polymer-based adsorbents have good biocompatibility and blood compatibility and have obvious advantages in the treatment of artificial liver. In this study, chitin as a raw material, combined with the carbon nanotubes or nitrogen-doped carbon nanofibers with highly effective adsorption and specific ligand of lysine, has been co-constructed to be effective and blood compatible whole blood perfusion sorbents for the toxins from liver and kidney failure and hepatocyte microcarriers for bioartificial liver, and their efficacy and safety were fully evaluated. The specific research contents include: (1) Quantification preparation of large sized chitin/carbon nanotube whole-blood perfusion sorbent and its evaluation of efficacy; (2) In vivo whole blood perfusion experiment on rabbit with the novel adsorbent; (3) Preparation of hepatocyte microcarrier and its application in biological artificial liver; (4) Preparation of creatinine adsorbent and its application in artificial liver. Through the above studies, we provide a comprehensive and reliable experimental basis for the toxin removal efficiency and safety of the whole blood perfusion sorbent material and the cell culturing ability of the hepatocyte microcarriers, as well as the feasibility basis of their clinical transformation.

肝功能衰竭是影响人类健康的重大疾病，人工肝是治疗肝功能衰竭的一种快速有效安全的过渡和替代疗法。高效安全的人工肝功能材料是该技术的关键。天然高分子基吸附剂材料具有良好生物相容性和血液相容性，在人工肝治疗中具有明显优势。本研究以甲壳素为原料，结合具有高效吸附能力的碳纳米管和氮基碳纳米纤维以及特异性结合配基赖氨酸共同构建针对肝肾功能衰竭所产生的毒素的高效全血灌流吸附剂和适用于生物人工肝的肝细胞微载体，并全面评价其功效和安全性。具体研究内容包括：（1）中量化制备大尺寸赖氨酸固定化甲壳素/碳纳米管全血灌流吸附剂及其性能评价；（2）新型吸附剂的家兔全血灌流在体实验；（3）肝细胞微载体的制备及其在生物人工肝中的应用；（4）肌酐吸附剂的制备及其在人工肝中的应用。通过以上研究为全血灌流吸附剂的毒素清除能力和安全性，以及肝细胞微载体的细胞培养能力提供全面可靠的实验依据，并为其临床转化提供可行性依据。

肝/肾功能衰竭是影响人类健康的重大疾病，每年肝/肾功能衰竭死亡高达100~200万人，其终末期患者需要通过人工肝维持生命。人工肝技术的关键在于其毒素清除率和血液安全性，因此，开发同时具备高效性和安全性的人工肝材料具有重要的临床意义和应用前景。本课题结合甲壳素良好的生物相容性和血液相容性，以及碳纳米管、赖氨酸、纳米有序介孔碳、胶原等对胆红素的高效吸附性，氮素多孔碳纳米纤维对肌酐的高效吸附性，通过碱/尿素低温溶解和纳米纤维自组装方法构建了大尺寸多孔纳米纤维甲壳素全血灌流吸附剂，用于安全高效清除胆红素和肌酐，治疗肝/肾功能衰竭。该全血灌流吸附剂具有大尺寸直径，纳米纤维和多级孔隙结构，且体外和动物实验显示具有高效毒素吸附性和血液安全性，可满足临床使用要求和治疗需求，解决血液净化产品治疗后血液系统紊乱，治疗效果不佳的问题。同时，本课题研究了甲壳素/碳纳米管/赖氨酸作为细胞微载体，体外培养肝细胞，可促进其伪足延伸并紧密粘附于其纳米纤维表面，在其表面繁殖增长，且发挥良好的蛋白分泌和尿素代谢的能力，显示其表面生长的肝细胞具有良好的肝细胞功能。同时研究了体外培养的肝细胞在生物人工肝中治疗肝功能衰竭的疗效和安全性。本课题研究过程中，为满足临床需求，还研究了甲壳素基血氨、炎症因子和内毒素高效亲和吸附剂，清除肝/肾功能衰竭并发症积蓄的各种毒素，显著改善肝/肾功能衰竭的代谢紊乱和功能障碍，具有重要的临床意义。.项目执行期间，发表了高水平SCI论文3篇，发表了合作SCI论文3篇，待发表SCI论文3篇；已授权国家发明专利2项；申请国家发明专利2项；申请并获批湖北省天然高分子生物肝临床医学研究中心，担任科研秘书；协助指导3名博士生和2名硕士生开展创新性学科交叉研究（一名博士生已发表SCI论文并已取得博士学位，一名博士生已发表SCI论文，一名博士生已投稿SCI论文）。项目直接经费25万元，支出19.7901万元，剩余经费5.2099万元，剩余经费计划用于本项目研究后续支出。