211service.com
Vytvoření implantovatelné umělé ledviny
Téměř 400 000 lidí ve Spojených státech – a až dva miliony na celém světě – se kvůli chronickému selhání ledvin spoléhají na dialyzační přístroje k filtrování toxinů z krve.
Pod tlakem: Bioinženýrská ledvina využívá silikonové membrány, které umožňují velmi nízkotlakou filtraci. Membrána na tomto obrázku je pokryta ledvinovými buňkami. Jádra buněk jsou zobrazena modře, jejich mikrotubuly červeně a spojovací protein zvaný ZO-1 zeleně.
Pacienti musí být připoutáni ke strojům alespoň třikrát týdně na tři až pět hodin v kuse. Dokonce i tehdy je dialyzační přístroj jen asi ze 13 procent tak účinný jako funkční ledvina a pětileté přežití pacientů na dialýze je pouhých 33 až 35 procent. K obnovení zdraví potřebují pacienti transplantaci ledvin a prostě není dostatek dárcovských orgánů. V srpnu bylo v USA na čekací listině na ledvinu 85 000 pacientů, zatímco v loňském roce proběhlo pouze 17 000 transplantací ledvin.
Kolaborativní, multidisciplinární skupina laboratoří pracuje na vytvoření první implantovatelné umělé ledviny. Prototyp, odhalený minulý týden, je kompaktní, není větší než plechovka polévky. Nejen, že filtruje toxiny z krevního řečiště, ale také využívá buňky lidských ledvin k provádění dalších životně důležitých funkcí, jako je regulace krevního tlaku a produkce vitamínu D.
Dialýza je nejen časově náročná, ale také vysilující. Mnoho pacientů se necítí dobře, protože neplní všechny funkce normální, zdravé ledviny, říká bioinženýr Shuvo Roy , jejíž laboratoř na Kalifornské univerzitě v San Franciscu nové zařízení vyrobila a již jej testuje na zvířatech. Ledviny nefiltrují jen toxiny. Má také metabolické funkce a hormonální funkce a dialýza tyto schopnosti nezachytí.
Udělat umělou ledvinu dostatečně malou, aby se vešla do těla, je však velká výzva. Zdravé ledviny denně přefiltrují 90 litrů vody. Současné dialyzační přístroje mají velikost malé ledničky a vyžadují značný tlak, aby pumpovaly dostatek vody přes porézní membrány přístroje, aby bylo možné z krve odfiltrovat nečistoty.
Nový implantát je spojením několika směrů výzkumu a využívá dva nedávné pokroky v této oblasti. Nefrolog z University of Michigan David hučí ukázal, že lidské ledvinové buňky by mohly být použity ve filtračním zařízení o velikosti místnosti k výraznému zlepšení zdraví pacientů, jejichž ledviny přestaly fungovat. Mezitím Roy a William Fissell , nefrolog na klinice v Clevelandu, vytvořili nanopórovou silikonovou membránu, která – se svou hustou a přesnou strukturou pórů – by mohla pomoci miniaturizovat dialyzační přístroje.
Prototyp je dvoudílný systém: polovinu tvoří filtr odstraňující toxiny, ve kterém jsou naskládány tisíce silikonových membrán. Jejich nanopóry jsou tak husté a tak přesně tvarované, že mohou velmi přesně filtrovat pouze silou vlastního krevního tlaku těla. Krev proudí dovnitř přes tento filtr, kde jsou toxiny, cukry, voda a soli odstraněny jako filtrovaný roztok.
Čistá krev a vodnatý filtrát jsou odváděny do druhé poloviny systému: samostatné kazety. Zde proudí přes více křemíkových membrán, ty jsou potaženy jediným typem lidských ledvinových buněk, což pomáhá zařízení reabsorbovat část vody, cukrů a solí, stejně jako produkovat vitamín D a pomáhá zabránit poklesu krevního tlaku. nízké normální funkce ledvin, které dialýza nenabízí. Odpad, který se znovu nevstřebá, je odsunut do trubice připojené k močovému měchýři a odstraněn jako odpad v moči – stejně jako normální ledvina.
Není to ani zdaleka úplný systém a vědci poznamenávají, že nikdy neočekávají, že nahradí transplantace ledvin. Vaše ledvina má v sobě 20 až 30 typů buněk, z nichž všechny plní různé funkce. Ale rádi bychom překonali kritický problém, který se objevil při selhání ledvin, říká Fissell. Pokud jste zařazeni na transplantaci ledviny, je mnohem pravděpodobnější, že zemřete na čekací listině, než že dostanete ledvinu. Říká, že zařízení by mohlo fungovat jako most pro pacienty čekající na transplantaci.
Z obecného hlediska by jakékoli implantovatelné zařízení výrazně snížilo zátěž, kterou pacienti nyní zažívají, říká Glenn Chertow , vedoucí nefrologie na lékařské fakultě Stanfordské univerzity. A pokud by bylo možné do implantovatelného zařízení přidat nějaké další kouzlo, které poskytuje nativní ledvina, mohli bychom se přiblížit obnovení dobrého zdraví.
Vědci již vyřešili některé složitější problémy: Humes přišel na to, jak kultivovat ledvinové buňky v nezbytném měřítku (může kultivovat dostatek buněk pro 100 000 zařízení z jediné ledviny). Také určil nejlepší způsob, jak je zmrazit pro budoucí použití. A Roy, vítěz TR35 v roce 2003, testoval implantát na tuctu krys a hrstce prasat. Stále musí zvýšit účinnost implantátu na něco, co by mohlo efektivně fungovat u lidí, ale doufají, že začnou testy na lidech za pět až sedm let. Právě teď dokáže biokazeta přefiltrovat 30 až 35 litrů vody denně a musí být schopna přefiltrovat alespoň 43. Musí také najít způsoby, jak zajistit, aby zařízení nezpůsobovala krevní sraženiny nebo imunitní reakce.
Jiné skupiny také pracují na alternativách k dialyzačním schůzkám třikrát týdně, ačkoli většina se soustředí na nositelná dialyzační zařízení – což je samo o sobě obtížný návrh, vzhledem k výzvě neustálé filtrace při tak velkých objemech bez externí pumpy. Jedno takové zařízení je již ve druhé fázi klinických zkoušek. Ale ani neustálá dialýza nemůže nahradit ostatní funkce ledvin.
Allen Nissenson, CMO společnosti DaVita , jeden z největších poskytovatelů dialýzy v zemi, říká, že implantabilní koncept je přitažlivý. Je to ledvina bioreaktoru, neuvěřitelně inovativní koncept a opravdu vzrušující, pokud se ukáže, že je funkční ve větším měřítku, říká.