211service.com
Implantējamās mākslīgās nieres izveidošana
Gandrīz 400 000 cilvēku Amerikas Savienotajās Valstīs un pat divi miljoni visā pasaulē paļaujas uz dialīzes aparātiem, lai hroniskas nieru mazspējas dēļ izfiltrētu toksīnus no asinīm.
Zem spiediena: Bioinženierijas nierēs tiek izmantotas silīcija membrānas, kas nodrošina ļoti zema spiediena filtrēšanu. Membrāna šajā attēlā ir slāņota ar nieru šūnām. Šūnu kodoli ir parādīti zilā krāsā, to mikrotubulas ir sarkanā krāsā un savienojuma proteīns, ko sauc par ZO-1, ir zaļā krāsā.
Pacienti ir jāpiesaista pie aparātiem vismaz trīs reizes nedēļā trīs līdz piecas stundas pēc kārtas. Pat tad dialīzes iekārta ir tikai aptuveni par 13 procentiem tikpat efektīva kā funkcionāla niere, un dialīzes pacientu piecu gadu izdzīvošanas rādītājs ir tikai 33 līdz 35 procenti. Lai atjaunotu veselību, pacientiem nepieciešama nieres transplantācija, un donoru orgānu vienkārši nepietiek. Augustā ASV nieres gaidīšanas sarakstā bija 85 000 pacientu, savukārt pagājušajā gadā tika veiktas tikai 17 000 nieru transplantācijas.
Sadarbības, daudznozaru laboratoriju grupa strādā, lai izveidotu pirmo implantējamo mākslīgo nieri. Pagājušajā nedēļā atklātais prototips ir kompakts, ne lielāks par zupas skārdeni. Tas ne tikai filtrē toksīnus no asinsrites, bet arī izmanto cilvēka nieru šūnas, lai veiktu citas dzīvībai svarīgas funkcijas, piemēram, regulētu asinsspiedienu un ražotu D vitamīnu.
Dialīze ir ne tikai laikietilpīga, bet arī novājinoša. Daudzi pacienti nejūtas labi, jo tā nepilda visas normālas, veselīgas nieres funkcijas, saka bioinženieris Šuvo Rojs , kura laboratorija Kalifornijas Universitātē Sanfrancisko ražoja jauno ierīci un jau testē to ar dzīvniekiem. Nieres ne tikai filtrē toksīnus. Tam ir arī vielmaiņas funkcijas un hormonālās funkcijas, un dialīze šīs spējas neaptver.
Tomēr mākslīgās nieres padarīšana pietiekami maza, lai tā ietilptu ķermenī, ir liels izaicinājums. Veselas nieres katru dienu filtrē 90 litrus ūdens. Pašreizējās dialīzes iekārtas ir neliela ledusskapja lielumā, un tām ir nepieciešams ievērojams spiediens, lai caur iekārtas porainajām membrānām izsūknētu pietiekami daudz ūdens, lai ļautu piesārņotājiem izfiltrēt no asinīm.
Jaunais implants ir vairāku pētījumu virzienu saplūšana, un tas izmanto divus nesenos sasniegumus šajā jomā. Mičiganas Universitātes nefrologs Deivids dūc ir parādījis, ka cilvēka nieru šūnas var izmantot istabas izmēra filtrēšanas iekārtā, lai ievērojami uzlabotu to pacientu veselību, kuru nieres ir pārtraukušas funkcionēt. Tikmēr Rojs un Viljams Fisels , Klīvlendas klīnikas nefrologs, ir izgatavojis nanoporu silīcija membrānu, kas ar savu blīvo un precīzo poru struktūru varētu palīdzēt miniaturizēt dialīzes iekārtas.
Prototips ir divdaļīga sistēma: puse sastāv no toksīnus izvadoša filtra, kurā ir sakrautas tūkstošiem silīcija membrānu. Viņu nanoporas ir tik blīvas un tik precīzas formas, ka tās var ļoti precīzi filtrēt, izmantojot tikai paša ķermeņa asinsspiediena spēku. Asinis ieplūst caur šo filtru, kur filtrēta šķīduma veidā tiek noņemti toksīni, cukuri, ūdens un sāļi.
Tīrās asinis un ūdeņains filtrāts tiek novirzīti sistēmas otrā pusē: atsevišķā kasetnē. Šeit tie plūst pāri vairāk silīcija membrānām, kas ir pārklātas ar viena veida cilvēka nieru šūnām, kas palīdz ierīcei reabsorbēt daļu ūdens, cukuru un sāļus, kā arī ražot D vitamīnu un palīdz novērst asinsspiediena pazemināšanos. zemas-normālas nieru funkcijas, ko nepiedāvā dialīze. Atkritumi, kas nav atkārtoti absorbēti, tiek novirzīti uz urīnpūslim pievienoto cauruli un izvadīti kā atkritumi ar urīnu — tāpat kā to darītu parastas nieres.
Tā ir tālu no pilnīgas sistēmas, un pētnieki atzīmē, ka viņi nekad negaida, ka tā aizstās nieru transplantāciju. Jūsu nierēs ir 20 līdz 30 šūnu veidi, un tie visi veic dažādas funkcijas. Bet mēs vēlētos pārvarēt kritisku problēmu, kas radusies nieru mazspējas gadījumā, saka Fisels. Ja esat iekļauts nieres transplantācijas sarakstā, jums ir daudz lielāka iespēja nomirt gaidīšanas sarakstā, nekā iegūt nieri. Viņš saka, ka ierīce varētu darboties kā tilts pacientiem, kuri gaida transplantāciju.
No vispārējā viedokļa jebkura implantējama ierīce krasi samazinātu slogu, ar kuru tagad saskaras pacienti, saka Glens Čertovs , Stenfordas Universitātes Medicīnas skolas nefroloģijas nodaļas vadītājs. Un, ja implantējamai ierīcei varētu pievienot daļu no papildu maģijas, ko nodrošina vietējā nieres, mēs varētu pietuvoties labas veselības atjaunošanai.
Pētnieki jau ir izstrādājuši dažus no sarežģītākajiem jautājumiem: Humes ir izstrādājis, kā kultivēt nieru šūnas vajadzīgajā mērogā (viņš var kultivēt pietiekami daudz šūnu 100 000 ierīču no vienas nieres). Viņš ir arī noteicis labāko veidu, kā tos iesaldēt turpmākai lietošanai. Un Rojs, TR35 ieguvējs 2003. gadā, ir pārbaudījis implantu duci žurku un saujā cūku. Viņiem joprojām ir jāpalielina implanta efektivitāte līdz tādam, kas varētu efektīvi darboties cilvēkiem, taču viņi cer sākt izmēģinājumus ar cilvēkiem piecu līdz septiņu gadu laikā. Pašlaik biokārtridžs var filtrēt no 30 līdz 35 litriem ūdens dienā, un tai ir jāspēj filtrēt vismaz 43. Viņiem arī jāatrod veidi, kā nodrošināt, ka ierīces neizraisa asins recekļu veidošanos vai imūnreakcijas.
Citas grupas arī strādā pie alternatīvām trīsreiz nedēļā veiktām dialīzes tikšanās reizēm, lai gan lielākā daļa koncentrējas uz valkājamām dialīzes ierīcēm — tas pats par sevi ir sarežģīts priekšlikums, ņemot vērā izaicinājumu nodrošināt pastāvīgu filtrēšanu tik lielos apjomos bez ārēja sūkņa. Viena šāda ierīce jau atrodas klīnisko pētījumu otrajā posmā. Bet pat pastāvīga dialīze nevar aizstāt citas nieru funkcijas.
Alens Nisensons, TKO DaVita , viens no lielākajiem dialīzes pakalpojumu sniedzējiem valstī, saka, ka implantējamā koncepcija ir pievilcīga. Viņš saka, ka tā ir bioreaktora nieres, neticami novatoriska koncepcija un patiešām aizraujoša, ja izrādās, ka tā ir izmantojama lielākā mērogā.