211service.com
Budowanie wszczepionej sztucznej nerki
Prawie 400 000 ludzi w Stanach Zjednoczonych – i aż dwa miliony na całym świecie – polega na urządzeniach do dializy w celu filtrowania toksyn z krwi z powodu przewlekłej niewydolności nerek.
Pod presją: Bioinżynieryjna nerka wykorzystuje membrany krzemowe, które umożliwiają filtrację pod bardzo niskim ciśnieniem. Błona na tym zdjęciu jest pokryta komórkami nerki. Jądra komórek są pokazane na niebiesko, ich mikrotubule na czerwono, a białko połączeniowe o nazwie ZO-1 na zielono.
Pacjenci muszą być przywiązani do maszyn co najmniej trzy razy w tygodniu przez trzy do pięciu godzin bez przerwy. Nawet wtedy maszyna do dializy jest tylko około 13 procent tak skuteczna jak sprawna nerka, a pięcioletni wskaźnik przeżycia pacjentów dializowanych wynosi tylko 33 do 35 procent. Aby przywrócić zdrowie, pacjenci potrzebują przeszczepu nerki, a po prostu nie ma wystarczającej liczby dawców narządów. W sierpniu na liście oczekujących na przeszczep nerki w USA znajdowało się 85 000 pacjentów, podczas gdy w zeszłym roku miało miejsce tylko 17 000 przeszczepów nerki.
Współpracująca, multidyscyplinarna grupa laboratoriów pracuje nad stworzeniem pierwszej wszczepialnej sztucznej nerki. Prototyp, ujawniony w zeszłym tygodniu, jest kompaktowy, nie większy niż puszka zupy. Nie tylko odfiltrowuje toksyny z krwiobiegu, ale także wykorzystuje ludzkie komórki nerkowe do wykonywania innych ważnych funkcji, takich jak regulacja ciśnienia krwi i produkcja witaminy D.
Dializa jest nie tylko czasochłonna, ale także wyniszczająca. Wielu pacjentów nie czuje się dobrze, ponieważ nie spełnia wszystkich funkcji normalnej, zdrowej nerki, mówi bioinżynier Shuvo Roy , którego laboratorium na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Francisco wyprodukowało nowe urządzenie i już testuje je na zwierzętach. Nerki nie tylko filtrują toksyny. Ma również funkcje metaboliczne i hormonalne, a dializy nie wychwytują tych zdolności.
Stworzenie sztucznej nerki na tyle małej, aby zmieściła się w ciele, jest jednak dużym wyzwaniem. Zdrowa nerka filtruje codziennie 90 litrów wody. Obecne maszyny do dializy są wielkości małej lodówki i wymagają znacznego ciśnienia, aby przepompować wystarczającą ilość wody przez porowate membrany urządzenia, aby umożliwić odfiltrowanie zanieczyszczeń z krwi.
Nowy implant jest połączeniem wielu kierunków badań i wykorzystuje dwa najnowsze osiągnięcia w tej dziedzinie. Nefrolog z Uniwersytetu Michigan Dawid humes wykazali, że ludzkie komórki nerkowe można wykorzystać w maszynie filtrującej wielkości pokoju, aby znacznie poprawić zdrowie pacjentów, których nerki przestały funkcjonować. Tymczasem Roy i William Fissell nefrolog z Cleveland Clinic, wyprodukował nanoporową krzemową membranę, która dzięki swojej gęstej i precyzyjnej strukturze porów może pomóc w miniaturyzacji maszyn do dializy.
Prototyp to system dwuczęściowy: połowa składa się z filtra usuwającego toksyny, w którym ułożone są razem tysiące krzemowych membran. Ich nanopory są tak gęste i tak precyzyjnie ukształtowane, że potrafią bardzo precyzyjnie filtrować, wykorzystując jedynie siłę własnego ciśnienia krwi. Krew przepływa przez ten filtr, gdzie toksyny, cukry, woda i sole są usuwane jako przefiltrowany roztwór.
Czysta krew i wodnisty filtrat są przetaczane do drugiej połowy systemu: oddzielnego wkładu. Tutaj przepływają przez więcej błon krzemowych, pokrytych jednym rodzajem komórek nerki człowieka, co pomaga urządzeniu ponownie wchłonąć część wody, cukrów i soli, a także wytwarzać witaminę D i zapobiegać obniżeniu ciśnienia krwi. niskie normalne funkcje nerek, których nie zapewnia dializa. Odpady, które nie zostaną ponownie wchłonięte, są przetaczane do rurki przymocowanej do pęcherza i usuwane jako odpady z moczem – tak jak zrobiłaby to normalna nerka.
Nie jest to kompletny system, a naukowcy zauważają, że nigdy nie spodziewają się, że zastąpi on przeszczepy nerki. Twoja nerka zawiera od 20 do 30 typów komórek, z których wszystkie pełnią różne funkcje. Ale chcielibyśmy rozwiązać krytyczny problem, który pojawił się w niewydolności nerek, mówi Fissell. Jeśli jesteś na liście do przeszczepu nerki, jest znacznie bardziej prawdopodobne, że umrzesz na liście oczekujących niż po nerkę. Mówi, że urządzenie może działać jako pomost dla pacjentów oczekujących na przeszczep.
Mówi się, że z ogólnej perspektywy każde wszczepialne urządzenie znacznie zmniejszyłoby obciążenie, którego doświadczają obecnie pacjenci Glenn Chertow , szef nefrologii w Szkole Medycznej Uniwersytetu Stanforda. A gdyby część dodatkowej magii, jaką zapewnia rodzima nerka, można było dodać do wszczepialnego urządzenia, moglibyśmy zbliżyć się do przywrócenia dobrego zdrowia.
Naukowcy opracowali już niektóre z trudniejszych kwestii: Humes opracował sposób hodowli komórek nerkowych na niezbędną skalę (może wyhodować wystarczającą ilość komórek na 100 000 urządzeń z jednej nerki). Ustalił również najlepszy sposób na zamrożenie ich do wykorzystania w przyszłości. A Roy, zwycięzca TR35 w 2003 roku, przetestował implant na kilkunastu szczurach i garstce świń. Nadal muszą zwiększyć wydajność implantu do czegoś, co mogłoby skutecznie działać u ludzi, ale mają nadzieję rozpocząć próby na ludziach za pięć do siedmiu lat. W tej chwili biowkład może filtrować od 30 do 35 litrów wody dziennie i musi być w stanie przefiltrować co najmniej 43. Muszą również znaleźć sposoby, aby upewnić się, że urządzenia nie powodują zakrzepów krwi ani reakcji immunologicznych.
Inne grupy również pracują nad alternatywami dla trzytygodniowych wizyt dializacyjnych, chociaż większość koncentruje się na urządzeniach do dializy, które można nosić na sobie, co samo w sobie jest trudną propozycją, biorąc pod uwagę wyzwanie związane z ciągłą filtracją przy tak dużych objętościach bez zewnętrznej pompy. Jedno z takich urządzeń jest już w drugim etapie badań klinicznych. Ale nawet ciągła dializa nie może zastąpić innych funkcji nerek.
Allen Nissenson, dyrektor ds. marketingu DaVita , jeden z największych dostawców dializ w kraju, twierdzi, że koncepcja implantacji jest atrakcyjna. To nerka bioreaktora, niesamowicie innowacyjna koncepcja i naprawdę ekscytująca, jeśli okaże się, że można ją wykorzystać na większą skalę, mówi.