211service.com
Nowe urządzenie może być bezpieczniejszą alternatywą dla respiratorów płuc
Nowa technologia odtwarzająca ważne cechy struktur w płucach może ostatecznie stać się bezpieczniejszą alternatywą dla niektórych typów aparatów oddechowych i sercowych stosowanych w leczeniu osób, których płuca uległy awarii z powodu choroby lub urazu.
Ciemnoczerwona krew wpływa do urządzenia, gdzie wymienia dwutlenek węgla na tlen i pojawia się po drugiej stronie znacznie jaśniej.
Wykorzystując techniki produkcyjne pierwotnie zaprojektowane do wytwarzania chipów komputerowych, inżynierowie biomedyczni poczynili w ostatnich latach znaczny postęp w kierunku naśladowania mechanizmów pewnych układów narządów, których zdrowa funkcjonalność zależy od bardzo precyzyjnych warunków chemicznych i fizycznych. Na przykład krew jest niezwykle wrażliwa na środowiska inne niż te, które napotyka w zdrowych systemach życia. Teraz inżynierowie w Laboratorium Draperskie twierdzą, że opracowali nową terapię płuc, złożoną z maleńkich kanałów uformowanych w biokompatybilny polimer, który jest w stanie poradzić sobie z wysokimi prędkościami przepływu krwi. Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, terapia będzie znacznie bezpieczniejsza niż te stosowane obecnie.
U osób w stanie krytycznym często występuje zespół ostrej niewydolności oddechowej (ARDS), w którym płyn gromadzi się w płucach i uniemożliwia normalną wymianę tlenu i dwutlenku węgla. Wentylacja mechaniczna płuc, najczęściej stosowana terapia u takich pacjentów, jest podobna do proszenia kogoś o ćwiczenie złamanej ręki, mówi Jeff Borenstein, który kieruje projektem mikroprzepływów płuc w Draper. Terapia inwazyjna polega na wtłaczaniu wysokich stężeń tlenu do płuc pod wysokim ciśnieniem i nie pozwala na gojenie się chorej lub uszkodzonej tkanki. Co gorsza, często prowadzi do poważnych powikłań, w tym toksyczności tkanki płucnej i zapalenia płuc.
Alternatywą dla wentylacji mechanicznej jest pozaustrojowe natlenianie membranowe (ECMO), które polega na pobraniu krwi pacjenta i przepuszczeniu jej przez urządzenie, które usuwa dwutlenek węgla i dodaje do niego tlen przed powrotem krwi do organizmu pacjenta. Tradycyjnie ECMO jest stosowane głównie jako środek ratujący życie, gdy wentylacja mechaniczna nie działa lub jest niemożliwa, i jest częściej stosowana u dzieci. Dzisiejsze maszyny ECMO, w których krew przepływa przez wiązkę porowatych włókien, przez które pompowany jest tlen, są skomplikowane i wymagają specjalistycznej wiedzy do działania. Krew ma tendencję do krzepnięcia w urządzeniu, co bardzo różni się od środowiska w płucach, dlatego pacjenci muszą przyjmować duże dawki leków przeciwzakrzepowych. Może to prowadzić do innych niebezpiecznych powikłań, takich jak krwawienie w mózgu lub układzie pokarmowym.
Nowe urządzenie mikroprzepływowe, które jest prostsze w konstrukcji i zapewnia przepływającej krwi środowisko dużo bardziej podobne do tego, jakie napotyka w płucach, może zasadniczo zastąpić jelita konwencjonalnych maszyn ECMO, mówi David O'Dowd, kierownik programu ds. systemów biomedycznych w firmie Draper. . Jeśli wszystko pójdzie zgodnie z planem, będzie gotowy do testów na zwierzętach za dwa lata, a do testów na ludziach za trzy, mówi.
Układając warstwy biokompatybilnego plastiku z mikrokanalikami wzorowanymi na ich powierzchni, zespół Borensteina zbudował trójwymiarową strukturę rozgałęzień, w której większe kanały stopniowo rozgałęziają się na mniejsze, podobnie jak większe naczynia krwionośne rozgałęziają się w naczynia włosowate.
Inne grupy badawcze również zajmują się technologiami wymiany gazowej opartymi na mikroprzepływach, ale Borenstein twierdzi, że urządzenie jego zespołu jest wyjątkowe pod względem stopnia, w jakim naśladuje rzeczywisty system biologiczny – co było możliwe dzięki zastrzeżonym metodom zastosowanym przez grupę do uzyskania rozgałęzienia 3D. . Podczas przepływu przez urządzenie krew jest znacznie mniej prawdopodobna niż w przypadku maszyny ECMO, która uważa, że powinna krzepnąć, mówi Borenstein. Zbliża również tlen i krew, co pozwala na wydajniejszą wymianę gazową w porównaniu z konwencjonalnym ECMO.
Według Borensteina ta wyjątkowa konstrukcja pozwoliła zespołowi osiągnąć przepływ krwi co najmniej 10 razy szybciej niż konkurencyjne technologie mikroprzepływowe. Ostatnio grupa wykazała szybkość przepływu 100 mililitrów na minutę przy użyciu krwi bydlęcej. Teraz celem jest zwiększenie jej skali, aby mogła przetwarzać litry krwi na minutę bez poświęcania atrybutów, które zmniejszają ryzyko krzepnięcia.
Ponieważ takie urządzenie byłoby prostsze, wydajniejsze i nie wymagałoby od pacjentów przyjmowania dużej ilości leków rozrzedzających krew, mogłoby być znacznie bezpieczniejsze niż dzisiejsze urządzenia ECMO do długotrwałego użytkowania. Phillip Camp , kardiochirurga w Brigham and Women’s Hospital w Bostonie, który bada mechaniczne systemy wsparcia dla pacjentów z niewydolnością serca lub płuc. Może to być szczególnie przydatne, aby pomóc ludziom w nawrotach powszechnych przewlekłych chorób płuc, takich jak przewlekła obturacyjna choroba płuc (POChP). Mówi, że jeśli tę technologię uda się z powodzeniem rozszerzyć i skomercjalizować, może zrewolucjonizować sposób, w jaki dbamy o osoby z ostrą niewydolnością oddechową.