作者：俞卫锋

人工器官与功能替代

在如今的医疗背景下，某一或多器官功能不全的患者，可通过人工器官替代，如植入式左心室辅助系统，体外膜肺氧合（ECMO），血液净化透析设备等，施行心、肺、肾“替代方案”进行治疗。而肝脏“替代方案”则是血液灌流机配合物理吸附器，即物理人工肝，其中的物理吸附器包括：针对性清除胆红素、胆汁酸的胆红素吸附器，清除内外源性毒素的血液灌流器，针对性清除免疫致病物质的DNA、免疫吸附柱，常见的物理人工肝系统有分子吸附再循环系统（MARS）和进行血浆分离透析的Prometheus系统。综上不难发现，物理人工肝主要利用滤过和吸附原理清除毒素，类似于血液透析治疗，不能完全替代肝脏功能，这就促使肝病工作者致力于含有生物成分，能够综合发挥肝脏氧化还原脱毒、生物转化、分泌与合成等功能的生物人工肝研究。

生物人工肝工作流程

生物人工肝的核心工作流程始于将患者血液经分离器分离为血浆与红细胞，随后，血浆被输送至透析装置并进行净化，再进入分布有体外培养的功能性肝细胞的生物反应器；在此完成核心代谢与解毒功能后，经处理的血浆最终与红细胞汇合回输患者体内，从而实现体外肝功能替代。该系统的效能高度依赖于其仿生的物质交换空间：例如，模拟天然肝脏窦周隙的结构，即肝血窦内皮与肝板间的狭窄间隙，其内皮细胞具有极高的通透性，允许血浆充盈于间隙内，而肝细胞伸入此间的微绒毛得以最大限度地浸没于血浆中，与血液成分进行高效物质交换，这构成了物理型人工肝所无法比拟的生理优势。

新型生物人工肝模式的优势

新型人工肝模式与传统体外人工肝支持装置（ELAD）设计思路大致相同，但在核心部件功能性肝细胞反应器存在着差异。新型人工肝模式通过三项关键改进来提升效率：①三维立体结构：将肝细胞从二维平面布置改为三维立体附着，极大增加了与血浆的接触面积；②有氧环境：专门为肝细胞和血浆的交互创造富氧条件，以满足肝细胞高耗能的代谢需求；③主动气液交换：通过机械装置主动进行气体和液体的交换，这比被动扩散更高效，能更好地维持细胞活性和功能。总而言之，新型人工肝模式的设计通过模拟更接近人体肝脏的三维立体结构和有氧代谢环境，旨在实现比ELAD更优越的解毒和生物合成功能。

生物人工肝的核心优势与设计

生物人工肝与再生诱导

与仅能通过功能替代暂时维持生命体征的血浆置换相比，生物人工肝的核心优势在于其不仅能提供体外肝功能支持，更能主动诱导体内肝组织再生，从而实现对肝脏根本性修复的促进。

生物人工肝设计思路

生物人工肝的核心要素包括功能性肝细胞与生物反应器两大组成部分：在反应器设计方面，通过引入三维立体支架和主动液气交互系统，有效克服了传统平面结构物质交换效率低的限制；在细胞来源方面，采用肝前体样细胞（HepLPC）永生化技术结合FOXA3转录因子的功能增强策略，成功解决了异种细胞风险、功能不全和体外扩增困难等关键难题，从而显著提升了肝细胞的解毒能力并实现了规模化扩增。

细胞来源

人原代肝细胞是生物人工肝的首选细胞来源，但其有限的可用性极大的限制了其应用。人肝细胞来源的HepLPC具有自我更新和分化的能力，是潜在的候选细胞。此外还包括：非肝细胞来源的重编程细胞，具有较好肝细胞功能的猪肝细胞，可体外无限扩增的肿瘤细胞系C3A、HepRG。

肝脏是人体内脏中唯一具有显著再生能力的器官。当体内切除三分之二的肝组织后，剩余肝细胞能够迅速分化并增殖，实现自我修复与再生。然而，这种增殖能力在体外培养条件下难以维持，导致肝细胞无法有效扩增。最新研究表明，通过小分子重编程技术，可以在体外模拟体内的肝再生微环境，将人原代肝细胞转化为HepLPC。这类细胞不仅保持了肝细胞的功能特性，还获得了在体外长期培养和扩增的能力。这一技术突破，解决了肝细胞移植与生物人工肝临床应用中的细胞来源瓶颈，为肝病治疗提供新的可能。

Ali-BAL研究成果

笔者简要地介绍了一项基于人源功能增强型HepLPC的气液交互式生物人工肝支持系统（Ali-BAL）系统的研究成果。该系统旨在解决肝细胞来源短缺的瓶颈，并在大动物模型中验证了其对急性肝衰竭的显著治疗效果。

细胞来源与制备

细胞来源 从供体肝脏组织中，通过Percoll离心法和荧光激活细胞分选技术（FACS）等技术分离提纯人原代肝细胞。将原代肝细胞重编程转化为HepLPC，并对其进行永生化处理，使其获得在体外大规模增殖的能力。

功能增强 通过诱导转录因子FOXA3的表达，显著提升了HepLPC的肝功能，包括白蛋白（ALB）、α1-抗胰蛋白酶（AAT）的合成能力，以及尿素生成、氨清除和谷氨酰胺合成等解毒功能。

工艺优化 采用气液交互式系统进行大规模扩增，进一步巩固并增强了细胞的功能成熟度。

动物实验验证

动物实验结果表明，Ali-BAL治疗能显著提升急性肝衰竭模型猪的生存率，并有效改善其肝功能、肝性脑病症状及出凝血等内环境指标。其治疗机制主要体现在为机体提供代谢支持、减轻肝损伤与炎症反应、以及促进肝脏再生三个方面。

双循环理论

深入机制研究表明，Ali-BAL并非通过简单的替代或吸附发挥作用，而是依赖于一个动态的“双循环”机制：在直接作用循环中，系统外源性地为机体提供了尿素合成、乳酸降解等关键代谢支持，但并不能直接去除胆红素、胆汁酸或血液中的炎性因子；其核心作用在于间接循环，即通过分泌肝细胞生长因子（HGF）、转化生长因子α（TGFα）、ALB及AAT等促肝再生因子，内源性地激活宿主自身的肝脏修复与再生程序，从而间接实现减轻炎症、修复损伤和改善整体功能的效果。这两个循环相辅相成，共同构成了Ali-BAL治疗肝衰竭的核心机制。

该项研究成功验证：①细胞来源可行：通过重编程与基因增强技术获得的HepLPC，是功能强大、可大规模扩增的理想肝细胞来源。②系统疗效显著：基于此的Ali-BAL系统，能通过“代谢支持”与“再生激活”双重循环机制，有效治疗大型动物的急性肝衰竭，为走向临床应用奠定了坚实的实验基础。

小结 生物人工肝治疗已从单纯功能替代迈向促进肝脏再生的新阶段。Ali-BAL系统通过创新HepLPC技术，成功突破细胞来源瓶颈，其独特的"代谢支持+再生激活"双循环机制在大型动物实验中取得显著疗效。随着细胞工程与生物反应器技术的持续发展，生物人工肝不仅能为肝移植赢得宝贵时间，更有望成为部分患者的治疗方案，开创终末期肝病治疗新格局。