人工肝支持系统的研究进展与展望
人工肝,又称人工肝支持系统(AISS)或体外肝脏支持装置(ELAD), 是借助体外机械、化学或物理性装置,暂时部分替代肝脏功能,从而协助治疗肝脏功能不全或相关肝脏疾病的血液净化方法。它主要适用于重型肝炎(尤其伴有肝性脑病)、肝肾综合征、肝肺综合征,以及电解质酸碱平衡失调和血流动力学紊乱者,也可用于肝移植围手术期的过渡性治疗。根据其组成和性质主要分为非生物型人工肝、生物型人工肝和组合生物型人工肝。近年来,在重症肝炎尤其是合并多脏器功能障碍的治疗中,人工肝已逐渐体现出其优越性及安全性,与此同时降低了肝功能衰竭患者在等待肝移植手术过程中的死亡率。本文简略介绍近一年来人工肝在临床应用的现状和进展。 非生物型人工肝 非生物型人工肝(NBAL)包括血浆置换、血液透析、血液滤过、血液/血浆灌流、分子吸附循环系统、连续性血液净化治疗等方法,在经过多年的临床实践,现在NBAL已是十分成熟的肝脏替代疗法。
1. 血浆置换(PE) 开展最早,但仍是目前最为普及的NBAL。它是将患者的血液通过血浆分离方法分离出血浆并弃除,同时补充患者所缺乏的及在置换术中丢失的多种物质,如凝血因子、白蛋白、电解质等,并改善患者的免疫功能。临床应用结果证实,单次应用2500~3200 ml置换液置换治疗,可使血浆总胆红素平均下降40%~60%。 在过去的一年中,国内多项临床研究证实,单纯的PE治疗重症肝炎有效率均大于65%。同时因传统的血浆分离器的孔径大(0.2~0.6 μm),血浆透过时无选择性,为此近年来浙江大学医学院附属第一医院研制出小孔径血浆置换器EC-4A(0.03 μm),保留了一部分原有血浆中的活性物质,初步结果显示小孔径血浆分离器血流动力更稳定,疗效更好。 另外根据近两年的临床经验,我们推荐将PE联合血浆灌流,或联合持续血液透析滤过(CHDF)进行治疗。CHDF连续治疗能够持续清除生长速度极快、弥散性强、分布容积广的中分子物质,维持血流动力学稳定,PE能清除大分子蛋白结合毒素,并补充凝血因子等生物活性物质。故CHDF联合PE均能全面清除蛋白结合毒素及水溶性毒素,降低颅内压,改善肾功能,利于脑水肿、肝肾综合征及多器官功能不全综合征(MODS)等致命性并发症的防治。 2. 分子吸附循环系统(MARS) 是目前研究及探讨最为热门的NBAL。其治疗原理是将患者体内的毒素,包括蛋白结合毒素和非结合毒素,通过一特殊透析器转移至10%白蛋白透析液中,这些毒素与白蛋白结合或溶解于白蛋白溶液中,然后结合毒素的白蛋白透析液分别经过常规透析、活性炭吸附和阴离子树脂吸附而得到再生,再生后白蛋白透析液再与患者血液进行交换,从而连续将患者体内的毒素进行清除。这种方式结合了透析和灌流技术,较PE更适合于伴有血氨增高、肝性脑病、电解质紊乱及肝肾综合征患者,其不良反应更小,发生血浆过敏概率低,因此其临床应用已在有条件的医院得到推广。在2003年北京佑安医院的一项MARS治疗重肝的临床试验中,治愈好转率高达89.53%。 正在国外开展的蛋白吸附再循环(PARS)就是在MARS的基础上用高通量滤器代替MARS透析器,持续血浆灌流吸附血滤术(CARS)也是应用MARS的原理直接将血浆分离后进行灌流、吸附和滤过。国内新近也在研发的持续白蛋白净化系统(CAPS),其原理也和 MARS相似,主要区别在于用高通量血滤器PF-1200代替 MARS透析器,应用HA330灌流器或BL300胆红素吸附器代替MARS白蛋白循环中的活性炭吸附器和阴离子交换吸附器。但CAPS白蛋白结合毒素交换量偏小,而净化白蛋白的吸附容积较高。 3. 联合型非生物人工肝方法 在2005年底时“第二届全国人工肝及血液净化学术年会”上,有学者提出今后人工肝趋势将从单一治疗模式向多种方法联合或序贯应用发展,包括非生物型人工肝方法的联合应用。除血浆置换联合血浆灌流,或联合持续血液透析滤过外,根据病情需要也可应用血液透析/滤过联合血液灌流,胆红素吸附联合血浆灌流的联合两种NBAL的人工肝方式,或采用本身就结合了多种非生物人工肝方法,如MARS,生物透析吸附治疗系统(Biologic-DT系统),它结合了透析和碳粉末吸附技术,血浆滤过透析(PDF),是联合了血浆置换和持续性血液透析滤过,以分别清除不同大小分子毒性物质或不同性质物质。 生物型人工肝 生物型人工肝(BAL)是与正常肝脏最为接近的人工肝支持系统,可以比较全面地替代肝脏解毒、生物合成和分泌代谢等功能,有望成为重型肝炎、肝衰竭患者最具有创新性与挑战性的治疗措施。它是将肝细胞培养技术与血液净化技术相结合的产物,其基本原理是将体外培养增殖的肝细胞置于特殊的生物反应器内,利用体外循环装置将肝衰竭患者血液或血浆引入生物反应器,通过反应器内的半透膜与肝细胞进行物质交换和生物作用。它利用肝细胞分泌内源性活性物质和转化外源性毒素而发挥作用,其中内源性活性物质包括各种蛋白、代谢酶和活性因子等。 BAL由三部分组成:①生物成分;②生物反应器;③辅助循环装置:包括外部控制系统和体外循环系统。 1. 生物成分:肝细胞是BAL的核心原材料,是生物反应器的主要成分。关键是尽可能接近正常人肝细胞功能、对人体无害、有足够数量。理论上说人源性肝细胞,包括肝干细胞、胚胎肝细胞、骨髓干细胞,人肿瘤细胞系细胞及永生化细胞,动物源性肝细胞如猪肝细胞都可以作为BAL 的肝细胞来源。 a. 在美国 Brotherton等研究证实,人类肿瘤细胞系C3A细胞具有很多的正常肝细胞功能,如白蛋白、转铁蛋白、第5和第7凝血因子、抗纤维蛋白酶3、C3补体、α-l抗胰蛋白酶和甲胎蛋白合成功能;并有糖原异生、尿素合成、利多卡因的代谢及其他细胞色素P450酶活性等功能,且致瘤性低。以C3A细胞为材料的ELAD生物人工肝进行的I 期、Ⅱ期临床研究,证明患者耐受性良好,未出现严重不良事件,是目前较好的选择。 b. 而动物源性(如猪肝细胞)的代谢功能与人肝细胞最为相近,但前者在功能上仍存在种属差异,生物相容性受限,随着猪源性逆转录病毒(PERV)可感染人类细胞被证实,其安全问题引起重视。 c. 猴肾病毒40(SV40)T基因、人端粒酶催化亚基(hTERT)基因等常被应用于人和动物(主要为猪)肝细胞的永生化。基因转染所获永生化肝细胞解决了增殖难题,但由于其具备癌基因的表达,其作用机制也就是肿瘤细胞逃避免疫监视、摆脱正常的细胞周期、抗凋亡以达无限增殖的机制。其应用于治疗的安全性还在研究中。 2. 生物反应器:现在人们从理论上认为,约需200 g肝实质细胞才能替代肝脏的功能。既往应用胶原膜、胶原凝胶、胶原三明治培养技术培养肝细胞,很难达到如此大量的肝细胞。虽然微载体肝细胞聚合球培养能使细胞浓度达到107细胞/ml,但是微载体法培养肝细胞受损细胞数量很大,达到43%~66%。目前单种纤维的中空纤维舱制成BAL已经用于临床,其安全性和有效性被证实。国内研究者目前尝试在中空纤维舱中直接加入高浓度的肝实质细胞和间质细胞,经培养后细胞聚合成球,并能表达出良好的功能。 3. 目前成熟的BAL系统 a. 美国ELAD生物人工肝支持系统 ELAD肝脏支持系统主要由两部分构成:生物反应器部分和辅助部分。生物反应器由特殊材料作为支架,人工培养的 C3A细胞在支架上生长。ELAD系统中还加了三个细胞过滤器,以杜绝少数脱落细胞进入人体的可能性。 b. 由Sauer教授等在德国柏林研发成功的肝支持系统(LSS) 该系统采用清除结合毒素的白蛋白的单通路白蛋白透析系统解毒模块,即为模块型体外肝支持系统(MELS)。该系统的特点是提高细胞氧供和物质交换而特别设计的生物反应器,由细胞模块和解毒模块两种体外治疗单位联合组成,生物反应器中三束交织型中空纤维构成三维的骨架,外管腔内含培养的肝细胞和非实质细胞。三束中空纤维管中两束用于血浆灌流,氧气和二氧化碳通过另外一束亲水性纤维使生物反应器中的细胞能进行良好的气体交换,提高其生物活性。在应用人肝细胞进行的I期临床试验中,8例患者接受了MELS的治疗,有6例患者成功过渡到肝移植而生存。 组合生物型人工肝 组合生物型人工肝(HBALSS)集NBAL的解毒和BAL的合成、代谢和转化等作用于一体,代表了人工肝今后的主流发展方向。在评价了缓慢血浆置换(SPE)联合猪肝细胞中空纤维管型生物人工肝(BLSS)、SPE 与血液透析(HD)联合猪肝细胞中空纤维管型BLSS治疗早期慢性重型肝炎后,人们发现SPE+BLSS、SPE+HD+BLSS组成的两种混合型生物人工肝系统对早期慢性重型肝炎临床疗效显著,安全性好。 人工肝的展望 随着材料与技术的不断进步,同时根据患者病情采用不同方法的不同组合,非生物人工肝的效果不断提高,成为体外人工肝支持的重要方法,对NBAL而言,如何将不良反应和成本降低将是其主要问题。 而生物型人工肝基础研究和临床应用发展较快,但尚有很多问题需要解决,最主要的是需要寻找能够表达高水平肝脏特异功能的人类肝细胞株,并在体外能够收获和扩增足够肝干细胞,诱导它们定向分化。若能在细胞源和生物反应器等方面取得突破,同时合理地将非生物人工肝和生物成分相结合,必能构建出高效而完善的混合型人工肝,这将是发展的方向。 总之,随着人工肝技术的临床实际应用的逐渐成熟与完善,人工肝将为肝衰竭患者的治疗带来最大的希望。开发高效安全的“维持性肝透析”和以血液净化为平台、以肝干细胞和组织工程为前导的真正意义上的“人工肝脏”是我们共同的目标。
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