Jauna ierīce varētu būt drošāka alternatīva plaušu ventilatoriem

Jauna tehnoloģija, kas no jauna rada svarīgas plaušu struktūru īpašības, galu galā varētu būt drošāka alternatīva noteiktiem elpošanas un sirds aparātu veidiem, ko izmanto, lai ārstētu cilvēkus, kuru plaušas ir sabojājušās slimības vai traumas dēļ.

Tumši sarkanas asinis ieplūst ierīcē, kur tās apmaina oglekļa dioksīdu pret skābekli un no otras puses parādās daudz spilgtākas.

Izmantojot ražošanas metodes, kas sākotnēji bija paredzētas datoru mikroshēmu ražošanai, biomedicīnas inženieri pēdējos gados ir panākuši ievērojamu progresu, lai atdarinātu noteiktu orgānu sistēmu mehānismus, kuru veselīga funkcionalitāte ir atkarīga no ļoti precīziem ķīmiskiem un fizikāliem apstākļiem. Piemēram, asinis ir ārkārtīgi jutīgas pret citām vidēm, nevis tām, ar kurām tās saskaras veselīgas dzīves sistēmās. Tagad inženieri plkst Draper laboratorija saka, ka viņi ir izstrādājuši jaunu plaušu terapiju, kas sastāv no sīkiem kanāliem, kas veidoti bioloģiski saderīgā polimērā, kas spēj izturēt augstu asins plūsmas ātrumu. Ja viss notiks tā, kā viņi plāno, terapija būs daudz drošāka nekā šodien izmantotā.

Kritiski slimiem cilvēkiem bieži ir akūta respiratorā distresa sindroms (ARDS), kurā šķidrums uzkrājas plaušās un novērš normālu skābekļa un oglekļa dioksīda apmaiņu. Plaušu mehāniskā ventilācija, kas ir visbiežāk izmantotā terapija šādiem pacientiem, ir līdzīga lūgumam kādam vingrināt lauztu roku, saka Džefs Borenšteins, kurš vada mikrofluidisko plaušu projektu Draperā. Viņš saka, ka invazīvā terapija ietver augstas skābekļa koncentrācijas piespiešanu plaušās ar augstu spiedienu, un tā neļauj slimajiem vai bojātajiem audiem dziedēt. Vēl sliktāk, tas parasti izraisa nopietnas komplikācijas, tostarp plaušu audu toksicitāti un pneimoniju.

Alternatīva mehāniskajai ventilācijai ir ekstrakorporālā membrānas oksigenācija (ECMO), kas ietver pacienta asiņu ņemšanu un izvadīšanu caur ierīci, kas noņem oglekļa dioksīdu un pievieno tai skābekli pirms asiņu atgriešanas pacienta ķermenī. Tradicionāli ECMO galvenokārt tiek izmantots kā dzīvības glābšanas līdzeklis, ja mehāniskā ventilācija nedarbojas vai nav iespējama, un to biežāk izmanto bērniem. Mūsdienu ECMO iekārtas, kurās asinis plūst pāri porainu šķiedru kūlim, caur kuru tiek sūknēts skābeklis, ir sarežģītas, un to darbībai ir nepieciešamas īpašas zināšanas. Asinīm ierīcē ir tendence sarecēt, kas ļoti atšķiras no vides plaušās, tāpēc pacientiem ir jālieto lielas pretreces zāļu devas. Tas var izraisīt citas bīstamas komplikācijas, piemēram, asiņošanu smadzenēs vai kuņģa-zarnu traktā.

Jaunā mikrofluidiskā ierīce, kas ir vienkāršāka pēc konstrukcijas un nodrošina plūstošajām asinīm vidi, kas ir daudz vairāk līdzīga tai, ko tā saskaras plaušās, būtībā varētu aizstāt parasto ECMO iekārtu zarnas, saka Deivids O'Dovs, Draper biomedicīnas sistēmu programmas vadītājs. . Ja viss noritēs, kā plānots, tas būs gatavs testiem ar dzīvniekiem pēc diviem gadiem un būs gatavs izmēģinājumiem ar cilvēkiem pēc trim gadiem, viņš saka.

Sakraujot bioloģiski saderīgas plastmasas slāņus ar mikrokanāliem, kas veidoti uz to virsmas, Borenšteina komanda ir izveidojusi trīsdimensiju atzarojumu struktūru, kurā lielāki kanāli pakāpeniski sazarojas mazākos, līdzīgi kā lielāki asinsvadi sazarojas kapilāros.

Citas pētnieku grupas arī pievēršas uz mikrofluīdiem balstītām gāzu apmaiņas tehnoloģijām, taču Borenšteins saka, ka viņa komandas ierīce ir unikāla ar to, cik lielā mērā tā atdarina faktisko bioloģisko sistēmu — tas ir iespējams, pateicoties patentētajām metodēm, ko grupa izmantoja, lai panāktu 3-D sazarojumu. . Borenšteins saka, ka, plūstot caur ierīci, asinis daudz retāk nekā ECMO iekārtā domā, ka tām vajadzētu sarecēt. Tas arī novieto skābekli un asinis tuvāk, kas nodrošina efektīvāku gāzes apmaiņu salīdzinājumā ar parasto ECMO.

Šis unikālais dizains ir ļāvis komandai sasniegt asins plūsmas ātrumu vismaz 10 reizes ātrāk nekā konkurējošās mikrofluidiskās tehnoloģijas, norāda Borenšteins. Nesen grupa demonstrēja plūsmas ātrumu 100 mililitrus minūtē, izmantojot liellopu asinis. Tagad mērķis ir to palielināt, lai tas varētu apstrādāt litrus asiņu minūtē, nezaudējot īpašības, kas samazina recēšanas risku.

Tā kā šāda ierīce būtu vienkāršāka, efektīvāka un pacientiem nebūtu jālieto daudz asins šķidrinātāju, tā varētu būt daudz drošāka nekā mūsdienu ECMO iekārtas ilgstošai lietošanai, saka. Filipa nometne , sirds un torakālais ķirurgs Brigamas un sieviešu slimnīcā Bostonā, kurš pēta mehāniskās atbalsta sistēmas pacientiem ar sirds vai plaušu mazspēju. Tas varētu būt īpaši noderīgi, lai palīdzētu cilvēkiem ar tādu izplatītu hronisku plaušu slimību uzliesmojumu kā hroniska obstruktīva plaušu slimība (HOPS). Viņš saka, ka, ja tehnoloģiju var veiksmīgi paplašināt un komercializēt, tā var mainīt to, kā mēs rūpējamies par cilvēkiem, kuriem ir akūta elpošanas mazspēja.

paslēpties