Obličkový implantát

Infekcie

Počas liečby, pri ktorej je potrebné čistiť krv, sa používa umelé obličky. Jeho funkciou je eliminácia toxínov z ľudského tela. Táto možnosť liečby je potrebná u pacientov s akútnym zlyhaním obličiek, otravou etanolom, omamnými látkami, ľuďmi, ktorí boli vystavení ožiareniu. Vynález a jeho zlepšenie šetrí životne dôležitú činnosť miliónov ľudí.

Čo je to hemodialýza a ako funguje?

Čistenie krvi z toxínov, močoviny, toxínov a iných prebytočných látok sa nazýva hemodialýza. Ide o priame spojenie pacienta s prístrojom, detoxikáciu tela namiesto obličiek. Zariadenie je vybavené čerpadlom, nádržou s dialyzačným roztokom, membránou a kapsulou na zachytávanie vzduchu. Od pacienta sa krv dostáva do membrány, kde prichádza do styku s roztokom nasýteným elektrolytmi a princípom difúzie sa čistí od toxínov. Potom sa krv pošle do filtračnej kapsuly, kde sa zbaví vzduchu a vráti sa do krvného obehu. Pre pohodlie zdravotníckeho personálu a pacienta je do žily alebo tepny vložený periférny katéter, ktorý uľahčuje dialýzu.

Indikácie na použitie

Ak obličky prestanú plniť svoje funkcie a ich produktivita je okolo 10%, potom sa umelé očistenie krvi stáva životne dôležitým procesom. To sa deje pri akútnom zlyhaní obličiek, infekčných ochoreniach močového systému, rôznych typoch otravy tela. Symptómy môžu byť rôzne, ale častejšie - slabosť, nevoľnosť, opuch tela, vracanie a horúčka. Pacienti, ktorí idú do nemocnice s takýmito sťažnosťami, prejdú viacerými postupmi, aby urobili správnu diagnózu. Po prvé, musíte prejsť test moču a urobiť ultrazvuk močového systému. Ďalšie štúdie, ako sú biochemické krvné testy, sa robia na vylúčenie alebo potvrdenie infekčných ochorení, vrátane hepatitídy, ktorá by sa mohla stať katalyzátorom vo vývoji akútneho zlyhania obličiek.

Typy čistenia krvi

Zariadenie „umelá oblička“ bola vyvinutá s cieľom predĺžiť a zlepšiť kvalitu života chorých ľudí. Pacienti chcú viesť normálny život spolu so zdravým človekom. Existujú dva typy zariadení:

  • Disc dialyzátor;
  • kapilárny dialyzátor.

Ktoré zariadenie je vhodné pre pacienta, lekár rozhodne na základe histórie a testov. Neustále zlepšovanie dizajnu zariadenia umožňovalo vykonávať niekoľko typov dialýzy: normálne, vysoko účinné a vysoko prúdiace. Tento postup je možný aj doma, ak si kúpite stroj na umelé obličky, ale jeho náklady nie sú dostupné bežným pacientom. Z tohto dôvodu sa dialýza uskutočňuje ambulantne alebo v ústavnej starostlivosti v závislosti od stavu pacienta.

Prenosné zariadenie

Najočakávanejším úspechom je kompaktná prvá "umelá oblička", s ktorou začali vykonávať klinické štúdie. Zariadenie umožní chorým ľuďom, aby nestrácali čas a energiu pri návšteve nemocnice aspoň 3-krát týždenne. Jadrom prenosného zariadenia je systém na čistenie vody, ale viac zmodernizovaný a zmenšený. Zariadenie váži asi 4 kg, čo umožňuje, aby s ním mohli chodiť ľudia takmer každého veku. V budúcnosti bude toto zariadenie schopné nahradiť ambulantnú liečbu.

Implantovateľný dizajn

Takéto zariadenie je vo vývoji, ale klinické skúšky sa začnú v blízkej budúcnosti. Implantát obličky funguje na základe filtrov, ktoré sa skladajú z mikročipov a živých obličkových buniek. Zariadenia majú porézny povrch a zakaždým majú svoju vlastnú funkčnosť. Implantáty zarastajú bunkami a vykonávajú rovnakú funkciu ako prírodné púčiky. Výživa prebieha prostredníctvom krvného obehu. Nemenej dôležitým bodom je, že implantáty nie sú odmietnuté imunitným systémom a sú vnímané ako súčasť tela.

Implantovaná „umelá oblička“ v osobe úplne prevezme prácu močového systému a poskytne príležitosť viesť normálny život.

Transplantácia obličky

Takáto komplexná operácia vyžaduje dodanie rôznych analýz, ktoré potvrdzujú kompatibilitu orgánu darcu a pacienta. Tento postup pozostáva z dvoch štádií - darcu a transplantácie. Po operácii je rehabilitačné obdobie dosť náročné. Pre priaznivejší výsledok udalostí je pacientovi predpísané imunosupresívum. Dôvodom takéhoto zaistenia je riziko odmietnutia darcovského orgánu imunitným systémom, dokonca aj pri vysokej úrovni kompatibility.

Ako sa umelo transplantovaná umelá oblička u ľudí?

V prvej fáze sa vykonáva výber darcov a testovanie kompatibility. Vo väčšine prípadov sú to príbuzní, pretože je pravdepodobnejšie, že telo neodmietne transplantovaný orgán. Na začiatku sa nevyhnutne vykonávajú testy na infekčné ochorenia, ako sú hepatitída a infekcie HIV. Darca je často nedávno zosnulá osoba, ktorá počas svojho života dala povolenie na odstránenie orgánov. Je žiaduce uskutočniť takúto transplantáciu najneskôr 2 dni po smrti. Je tiež dôležité vykonávať testy kompatibility krvných skupín a genetického materiálu. Operácia sa vykonáva po dôkladnom výskume.

Kedy je transplantácia kontraindikovaná?

Obmedzenia operácie sú súčasne viaceré dôvody. Najbežnejšia z nich je nekompatibilita genetického materiálu, ktorá vedie k reakcii s lymfocytmi a odmietnutím. Nádory malígnej povahy sú tiež dôležitým dôvodom na to, že nemajú transplantát. Ak je formácia neškodná, budete potrebovať asi 5 rokov na pozorovanie. Až po uplynutí tejto lehoty je možné previesť.

Klinické štúdie prvej umelej obličky začnú v roku 2018

Po 20 rokoch práce sa tím amerických vedcov približuje k vytvoreniu prvej implantovanej umelej obličky v histórii medicíny. Implantát bude vytvorený pomocou rovnakej technológie, ktorá sa používa na výrobu počítačových čipov, píše Wired.

Shuvo Roy, profesor na Lekárskej fakulte Univerzity v Kalifornii v San Franciscu a William Fissel, nefrológ z Vanderbilt University Medical Center v Tennessee, dostal od FDA súhlas na vytvorenie umelej obličky. To umožní, aby zariadenie začalo klinické skúšky už v roku 2018.

Hlavnou úlohou vedcov bolo odstrániť odmietnutie transplantátu, preto si vybrali kremík ako hlavný materiál pre obličky. Silikónové filtre môžu fyzicky oddeliť imunitné bunky tela od umelých obličkových buniek, prechádzajú len soľou a vodou. Filtre sa kombinujú so živými obličkovými bunkami pestovanými v bioreaktore a umiestnia sa do uzavretého puzdra pripojeného na obehový systém a močový mechúr. Zariadenie teda nevyžaduje prítomnosť vonkajších trubíc a pacient môže viesť po transplantácii normálny život.

Ex-Google inžinier Andrew Lewandowski vytvoril sekciu uctievanie AI

„Silikón je najmodernejší umelý materiál na Zemi,“ hovorí Shuwo Roy. "To vám umožní urobiť úplne presný strih so šírkou, povedzme, sedem nanometrov s odchýlkou ​​menej ako jedno percento."

Počas dvoch rokov úradníci FDA vykonali predklinické štúdie umelej obličky u ošípaných, ktoré vykazovali dobré výsledky. V apríli tohto roku schválili humánne klinické implantáty.

Vedci sa domnievajú, že zariadenie umožní pacientom s ťažkou renálnou insuficienciou odmietnuť oslabujúcu dialýzu, ako aj naplniť kritický nedostatok obličiek na transplantáciu, pretože z toho dnes šesť zo šiestich pacientov na čakacej listine dostane len jednu obličky.

V Austrálii, postavený dom, ktorý spotrebuje energiu na 3 doláre ročne

Vyvinuté umelé pľúca s obehovým systémom. Tím vedcov z Columbia University vyvinul prvú funkčnú pľúcnu matricu, ktorá zachováva systém krvného obehu tkanív. Tento objav môže významne zmeniť spôsob liečby pľúcnych ochorení.

Implantovateľná umelá oblička - alternatíva k dialýze

Výraz „umelá oblička“ sa zvyčajne javí ako ťažkopádne stacionárne zariadenie na hemodialýzu, ktoré, podobne ako pumpa, odoberá krv pacientovi a po vyčistení ju vracia späť do krvného obehu. Medzitým bioinžinieri zo Spojených štátov vytvorili implantovateľný stroj na umelé obličky, ktorý nie je väčší ako ľudský orgán.

V jednom čase hemodialýza spôsobila skutočnú revolúciu v medicíne a bola skutočnou záchranou pre pacientov trpiacich chronickým zlyhaním obličiek (CKD) a žijúcich v očakávaní transplantácie darcovského orgánu. Súčasne, nedostatok darcovských obličiek a archaická povaha samotného hemodialyzačného postupu, ktorý pacienti musia podstúpiť neustále, niekoľkokrát týždenne, si kladú za cieľ nájsť pohodlnejšie a modernejšie technológie.

Americkí výskumníci z Implantable Artificial Kidney Corporation, ktorí dokázali vytvoriť miniatúrny implantát v tele pacienta, sa ukázali byť blízko k riešeniu problému. Implantovateľná umelá oblička je dlhá len 11 cm, čo je porovnateľné s veľkosťou ľudského orgánu.

Zariadenie má malú veľkosť a obsahuje 20 membrán, cez ktoré sa filtruje až 180 litrov krvi za deň. Umelý orgán je schopný vykonávať hlavné funkcie reálnych obličiek - filtrovanie krvi za vzniku moču a reabsorbovanie - reabsorbovanie vody a živín do krvi.

Implantovaná umelá oblička sa uvedie do prevádzky okamžite, zatiaľ čo darcovský orgán začne normálne fungovať len 2 týždne po transplantácii. Okrem toho, umelá oblička nevyžaduje pravidelný príjem imunosupresív, ktoré zabraňujú odmietnutiu darcovského orgánu. Tiež prenosné zariadenie môže byť nosené na sebe, bez použitia implantátu.

Cieľom vedcov je vytvoriť umelú obličku, ktorá bude fungovať najmenej 10 rokov. V blízkej budúcnosti majú v úmysle transplantovať umelým analógom obličiek ošípané.

Implantovateľná umelá oblička

Ťažké poruchy obličiek vyžadujú vytvorenie umelých zariadení, ktoré môžu vykonávať funkcie orgánov vylučovacieho systému. Jedným z najdôležitejších vývojov v tejto oblasti je hemodialýza, ďalším krokom bol vývoj prenosnej (vonkajšej) obličky a najsľubnejšou oblasťou je implantovateľná umelá oblička. Jeho vývoj prebieha už dlho a v roku 2017 sa realizovali prvé ľudské testy, ktoré sa ešte stále vykonávajú.

Prvý prototyp umelej obličky bol vytvorený v roku 1913 vynálezcom Johnom Abelom. Prístroj však prvýkrát použil v roku 1944 výskumník William Kolph. Klasické zariadenie na hemodialýzu a v súčasnosti je pomerne veľké a vyžaduje od pacienta, aby zostal v zdravotníckom zariadení niekoľko hodín dvakrát týždenne.

Prvé prenosné zariadenie na hemodialýzu bolo zavedené v roku 2007. Má relatívne kompaktnú veľkosť a váži asi 4 kilogramy. Prístroj sa nazýva „nositeľná umelá oblička“ - NPC.

Pacient s ťažkou renálnou patológiou môže nosiť toto zariadenie po celú dobu. Ak je to potrebné, lekár pripojí prístroj k žile, pričom začne dialýzu. Čistenie krvi však prebieha pomalšie ako pri stacionárnej hemodialýze. Zariadenie je umiestnené na bedrovej oblasti pacienta, na neho sú pripojené čerpadlá a vymeniteľné kazety s filtračnými komponentmi. Testovanie takéhoto mechanizmu bolo realizované v roku 2004 av roku 2006 bolo zaregistrované u US Patent Office.

V nedávnej minulosti vedci z University of California oznámili, že bola vytvorená implantovateľná oblička. Jeho štruktúra sa skladá z veľkého množstva mikrofiltrov určených na čistenie krvi pacienta. Teraz je potrebný výskum, ktorý by poskytol všetky nuansy zavedenia novej technológie do lekárskej praxe.

bioinžinierstva

V roku 2010 bol vynájdený hemodialyzačný implantát, ktorý má porovnateľnú veľkosť ako ľudská oblička. Implantát je založený na bioreaktore s kultúrou buniek, ktoré tvoria renálne tubuly. Je schopný plne vykonávať metabolické funkcie obličiek. Projekt bol obnovený v roku 2013 av súčasnej fáze sa realizuje potrebný výskum.

Štúdie o transplantácii implantátov implantovaných na implantátoch u potkanov boli úspešne ukončené. Potvrdzujú to aj publikácie vo vedeckých časopisoch v USA. Kultivácia implantovateľnej obličky sa začala experimentálnou prácou na lúhovaní buniek z inaktívneho orgánu.

Tvar a štruktúra obličiek sa nezmenili, ale na medzibunkovej úrovni boli prítomné proteíny, ktoré signalizovali rast. Potom sa matrica premyla bunkami izolovanými z obličiek novorodencov potkanov. Boli umiestnené na prázdnych miestach, začali plniť potrebné funkcie. A pripravená oblička bola implantovaná potkanom a neskôr sledovala, ako transplantovaný implantát zvláda svoje funkcie.

Vytvorenie implantovateľnej obličky možno považovať za prielom, pretože takéto implantáty môžu vyriešiť problém nedostatku darcovských orgánov. Ich tvorba si vyžadovala použitie modernej nanotechnológie v mikroelektronike.

Umelá ľadvina obsahuje mikrofórové filtre v štruktúre na implementáciu filtračnej funkcie. Okolo filtrov sú živé obličkové bunky, ktoré sú nevyhnutné pre realizáciu funkcií, ktoré nemôžu vykonávať umelý orgán - je to výmena funkcie a vylučovanie metabolických produktov z tela.

V priebehu výskumu sa zistilo, že implantáty fungujú primerane, ale ich práca je o niečo horšia ako fungovanie zdravej obličky. Odborníci hovoria, že použitie matríc bez zahrnutia buniek je stále spôsob, ako získať jedinečnú náhradu za obličky. Umelý implantát má schopnosť plne implementovať filtračnú funkciu. Nie je odmietnutý organizmom, pretože nevyvoláva imunitnú odpoveď.

Vedci oznámili plánované klinické štúdie na pacientoch - mali začať v roku 2017. Zdá sa, že práca prebieha a teraz, pretože výsledky výskumu ešte neboli zverejnené.

výsledok

Vďaka vynálezu umelej implantovateľnej obličky u pacientov so závažnými ochoreniami vylučovacieho systému sa kvalita života významne zvýši. Podľa Williama Fissela, ktorý sa na projekte zúčastňuje, sa výskumníkom podarilo vytvoriť kópiu prírodného filtra, čo by malo pomôcť pacientom nahradiť životne dôležité funkcie obličiek.

Výhodou tejto technológie je aj to, že implantabilný umelý orgán okamžite začne plniť svoje funkcie a darcovský orgán začne plne fungovať po dvoch týždňoch rehabilitácie. Umelý implantát bude fungovať 10 rokov.

Umelá oblička je biohybridné zariadenie, ktoré vykonáva funkcie orgánu a vďaka ktorému už nie je potrebná dialýza. Hlavným cieľom vedcov je v súčasnosti kompaktnosť veľkosti umelého orgánu pre možnosť presadenia do brušnej dutiny.

Zariadenie bude obsahovať živé renálne bunky a mikročipy na ich kontrolu. Zmeny srdca pacienta vytvoria tlak potrebný na zavedenie filtračnej funkcie. Mikročipy sa podľa Dr. Fissela vyznačujú vysokou produktivitou a presnosťou, čo im umožňuje kontrolovať proces čistenia krvi.

Každý umelý orgán bude obsahovať približne 15 mikročipov. Budú inštalované jeden po druhom. Medzi nimi budú umiestnené membrány obývané živými bunkami, ktoré budú filtrovať krv a vykonávať reabsorpčnú funkciu. Živé bunky dobre rastú na živných médiách, takže výskumníci nemajú problémy s ich získaním v požadovanom množstve.

Implantovateľný implantát nepotrebuje batérie, pretože tlak na filtrovanie je vytváraný srdcom. Avšak tu prichádza problematická otázka úpravy dynamiky tekutín, takže krv prechádza cez filtračný systém bez tvorby krvných zrazenín. Amanda Buck, inžinierka mechaniky tekutín, použila počítačové simulácie na optimalizáciu tvaru tubulov vo filtri a dosiahnutie hladkého prietoku krvi.

Projekt na vytvorenie umelej implantovateľnej obličky spojil mnohých vedcov z rôznych vedných odborov. V súčasnosti stále prebieha výskum a ich význam sa nedá podceňovať: zavedenie takejto technológie do modernej medicíny umožní riešiť mnohé problémy u pacientov s ťažkými patologickými stavmi obličiek.

mHealth. Mobilná medicína v Rusku a vo svete

Správy, recenzie a analýzy

Implantovateľná umelá oblička. čoskoro sa objaví

William Fissell, profesor na Vanderbilt University Medical Center (USA), oznámil, že je v konečnom štádiu vývoja implantovateľnej umelej obličky. Toto zariadenie používa mikročipové filtre a živé obličkové bunky v jeho práci a dostáva výživu v dôsledku srdcového tepu pacienta.

Vývoj prebieha už asi desať rokov a okrem tímu Vanderbilt University sa zúčastňujú aj odborníci z University of California, San Francisco. Projekt financuje Národný inštitút zdravotníctva USA.

„Vytvárame bio-hybridné zariadenie, ktoré plní rovnaké funkcie ako ľudský obličkový alebo dialyzačný prístroj,“ hovorí Fissell. A dodáva, že sa snažia urobiť miniatúrnu umelú obličku, o veľkosti nádoby Coca-Cola, ktorá bude implantovaná do ľudského tela.

Kľúčovým prvkom zariadenia je silikónový mikročip, ktorý sa vyrába pomocou technológií používaných v počítačovom priemysle. Vyrába sa s výnimočnou presnosťou a vedci vždy počítajú, berúc do úvahy, akú funkciu by mal vykonávať. Každé zariadenie obsahuje pätnásť takýchto čipov vrstvených na seba vo vrstvách. Mikročipy tiež slúžia ako základ, na ktorom sa aplikujú živé bunky obličiek, ktoré sa potom začínajú deliť priamo na tomto ráme a okolo neho. Úloha týchto buniek je rovnaká ako v ľudskej obličke.

Podľa Fisselly, pretože toto hybridné zariadenie je mimo dosahu ľudského imunitného systému, je chránené pred odmietnutím.

V tomto prípade by zariadenie malo fungovať ako normálna oblička, ktorá je zabudovaná do ľudského obehového systému. A to je dnes najvážnejší problém - nechať krv cez zariadenie, zabrániť trombóze alebo poškodeniu. Vedci vyvinuli počítačové modely na analýzu toku krvi cez póry filtra, aby sa určili možné nepriaznivé faktory ovplyvňujúce prietok krvi. Získané výsledky sa používajú na tlač mikročipov na 3D tlačiarni a testujú ich na kontrolu rovnomernosti prietoku krvi.

Očakáva sa, že koncom roka 2017 sa uskutočnia pilotné štúdie zahŕňajúce pacientov. Podľa spoločnosti Fissella už majú dlhý zoznam dialyzovaných pacientov, ktorí sú „dychtiví“ zúčastňovať sa na testovaní, zatiaľ čo podľa vedcov „sú si vedomí nebezpečenstva týchto testov, ale sú ochotní riskovať, že pomôžu budúcim pacientom trpiacim ochorením obličiek“.

Umelá oblička Microchip bude testovaná v roku 2017

Implantovateľná umelá oblička z mikročipu zmení životy tisícov ľudí, ktorí sú závislí na dialýze a spoliehajú sa len na ťažkú ​​a rizikovú transplantáciu obličiek darcu.

Vedci sľubujú, že klinické skúšky e-obličiek začnú v budúcom roku.

Obličky sú úžasným filtrom, ktorý 24/7 aktívne čistí našu krv z toxínov, metabolických produktov, prebytočnej tekutiny a solí.

Každý deň títo pracovníci prechádzajú okolo 150 litrov krvi a zvýrazňujú 1-2 litre moču.

Transplantácia obličky sa považuje za najlepšiu možnosť zlyhania obličiek, ale potreba darcovských orgánov je mnohonásobne väčšia ako ich prítomnosť.

Napríklad v Spojených štátoch, kde je transplantácia organizovaná na vysokej úrovni a zapnutá, 100 000 ľudí čaká vo fronte na novú obličku, ale v roku 2015 bolo vykonaných len 17 108 operácií. Každý deň zomrie 13 pacientov bez čakania na obličky darcu.

Celkovo asi 460 000 pacientov v Spojených štátoch trpí závažným zlyhaním obličiek a ich liečba, vrátane liekov na predpis, v roku 2012 stála iba Medicare 87 miliárd dolárov.

William H. Fissell IV, renomovaný odborník v oblasti nefrológie, profesor na Vanderbiltovej univerzite v Nashville, dúfa, že radikálne zmení situáciu začlenením svojej novej e-obličiek do klinickej praxe.

„Vytvárame biohybridné zariadenie, ktoré plní funkcie skutočnej obličky, odstraňuje metabolické produkty, soli a vodu z krvi, čím odstraňuje potrebu dialýzy,“ hovorí.

Hlavnou úlohou dnes je, aby umelá oblička bola čo najkompaktnejšia (nie viac ako plechovka sódy), aby mohla byť implantovaná do ľudskej brušnej dutiny. Toto zariadenie bude obsahovať živé bunky obličiek a mikročipy, ktoré vám umožnia ich kontrolu. Tlak na filtrovanie bude generovaný kontrakciami srdca.

Silikónové nanotechnológie a živé bunky

Mikročip používa rovnakú silikónovú nanotechnológiu ako v moderných počítačoch.

Profesor Fissell hovorí, že tieto čipy sú lacné, produktívne a presné - sú ideálne na monitorovanie čistenia krvi. Každá oblička bude obsahovať asi 15 mikročipov nainštalovaných jeden na druhého.

Medzi týmito mikročipmi sú membrány obývané živými bunkami, ktoré filtrujú krv z toxínov a reabsorbujú cenné látky. Našťastie, bunky rastú pozoruhodne v živnom médiu, takže vedci môžu dostať je v dostatočnom množstve.

Profesor Fissell túto technológiu nazýva výsledkom 60 miliónov rokov testovania, ktoré uskutočnila samotná Nature. Podľa neho inžinieri tento filter len skopírovali.

Dialýza vo faktoch a číslach:

  • Priemerná dĺžka života na dialýze je 5-10 rokov
  • Niektorí ľudia môžu žiť na dialýze 20-30 rokov, niekedy aj dlhšie.
  • Všeobecne platí, že dialýza umožňuje viesť celý život, s výnimkou obdobia liečby

Implantovateľná umelá oblička nevyžaduje batérie, pretože tlak na filtrovanie krvi bude generovaný ľudským srdcom.

Ale aj to má svoj vlastný problém: ako doladiť dynamiku tekutiny tak, aby krv prechádzala cez filter bez tvorby krvných zrazenín?

Projektový inžinier Dr. Amanda Buck (Amanda Buck), špecialista na kvapalinovú mechaniku, na tento účel použil počítačové simulácie, ktoré umožnili optimalizovať tvar tubulov vo filtri a dosiahnuť najhladší prietok krvi vo filtri.

Biohybridné zariadenie by nemalo spôsobiť imunitnú reakciu, preto vedci považujú za veľmi nepravdepodobné, že by odmietli.

Podľa Fisselly tu nebude potrebný výber zodpovedajúceho darcu, čo znamená, že každý, kto to potrebuje, môže dostať obličky.

Revolučná práca začala v roku 2003, keď profesor Fissell a jeho tím dostali 3 milióntiny grant od Národného inštitútu zdravotníctva USA. Dnes konečne 12 rokov výskumu prinieslo ovocie a klinické skúšky by sa mali začať v roku 2017.

„Moji pacienti so zlyhaním obličiek sú skutoční hrdinovia. Vrácajú sa znova a znova, zmierňujú sa s novými chorobami a zápasia s chorobou. Žiť, žiť. Dúfam, že im čoskoro budem môcť dať život bez dialýzy a mučenia, “povedal Fissell.

Umelé obličky

Zanechať komentár 2,370

Pri ťažkej dysfunkcii obličiek sa niekedy využíva umelá náhrada hlavnej funkcie orgánu. Umelá oblička v budúcnosti by mala plne nahradiť funkciu vylučovania tekutín. Čistí krv škodlivých látok, koriguje zdravú rovnováhu kyslosti, podporuje odstraňovanie toxických produktov a dostatočný odtok prebytočnej vody. Úlohou takéhoto zariadenia je však čistenie krvi pri zachovaní jej normálneho objemu. Vedci sa približujú k najväčším prielomom v oblasti bioinžinierstva - môžu vytvoriť implantát, ktorý dokáže úplne nahradiť vážne chorý orgán.

Všeobecné informácie

Americký vynálezca John Abel vytvoril zariadenie v roku 1913, čo je prototyp modernej umelej obličky. Prístroj bol prvýkrát použitý v roku 1944 lekármi William Kolph. Zariadenie na hemodialýzu má pomerne veľkú veľkosť. Teraz, aby podstúpil proces čistenia krvi, musí byť osoba v nemocnici niekoľko hodín aspoň 2 krát týždenne. Tento postup čistí krv z odpadu v priemere o 60%.

Popis technológie a princíp činnosti

Prvá sa rozhodla otestovať pre takéto zariadenie 67-ročnú ženu. Trpela ťažkým zlyhaním obličiek, čo viedlo k intoxikácii tela. Postup bol úspešný. V roku 2007 bolo zavedené prenosné hemodialyzačné zariadenie. Je malý a váži viac ako 4 kg. Lekári hovoria toto zariadenie "Wearable Artificial Kidney" (NPC). Pre osobu, ktorá trpí závažným ochorením obličiek, môžete mať so sebou takéto zariadenie. Ak je to potrebné, lekár ho pripojí k žile a uskutoční sa proces čistenia krvi. Nevýhodou takéhoto zariadenia je, že čistenie je stále omnoho pomalšie ako v stacionárnej verzii. Toto zariadenie bude umiestnené na pás pacienta, kde budú pripojené čerpadlá na čerpanie krvi a vymeniteľné kazety s čistiacim materiálom.

V roku 2004 Charles Jennings prvýkrát testoval prenosnú umelú obličku. Od roku 2006 je zaregistrovaný na patentovom úrade v Spojených štátoch.

Viac nedávno, lekárski vedci z University of California vydali vyhlásenie, že bola vytvorená implantovateľná oblička. Obsahuje veľa mikrofiltrov, ktoré budú neustále čistiť krv chorého človeka. Na príklade prenosného prenosného zariadenia bol tiež testovaný tento renálny implantát, čím sa preukázala jeho produktivita. Pri hľadaní metódy vytvorenia kompaktného zariadenia obsahujúceho reálne bunky sú vyhodené nové moderné technológie. Implantovateľné zariadenie nesmie byť väčšie ako skutočný orgán na úspešné zavedenie do ľudského tela.

Bioinžinierstvo obličiek u ľudí

V roku 2010 vedci vymysleli hemodialyzačný implantát, ktorý má veľkosť obličiek. Obsahuje bioreaktor s kultúrou buniek, ktoré tvoria renálne tubuly. Takýto implantát plne nahrádza výmenné funkcie. Jeho práca sa vykonáva prostredníctvom krvného obehu pacienta. Implantát vám umožňuje nahradiť chorý orgán a nevyžaduje zdravý darcovský orgán. Od roku 2013 sa projekt obnovil a v súčasnosti sa vyvíja na jeho vytvorenie s využitím bioinžinierskych metód.

Fázy vývoja umelej obličky

Aktívny vývoj na rastúcich bezbunkových implantátoch bol úspešne testovaný na potkanoch. Informácie boli uverejnené v známych amerických časopisoch. Začiatok pestovania implantovateľnej obličky dal experimenty s lúhovaním bunkového tkaniva z nefunkčného orgánu. Samotná oblička nemenila svoj tvar a štruktúru a na medzibunkovej úrovni boli umiestnené špeciálne proteíny, čo dáva signál rastu. Potom sa uskutočnil postup premývania matrice bunkami, ktoré sa odstránili z obličiek novorodencov. Boli lokalizované na prázdnych miestach, obsadili potrebný priestor a začali produkovať normálne funkcie. Takáto implantovateľná oblička už bola transplantovaná do potkanov namiesto skutočného orgánu.

Ide o prielom v medicíne, pretože takéto implantáty vyriešia problém nedostatku darcovských orgánov. Svojím vznikom využívali modernú nanotechnológiu, ktorá sa už dlho používa v mikroelektronike. Umelá oblička, ktorá prechádza krvou sama, zanecháva prvky neporušené. Vstavané filtre, ktoré majú mikropóry v sebe, sú umiestnené za sebou, vynikajúco filtrujú. Ich počet dosahuje 15 kusov. Živé obličkové bunky sú umiestnené okolo filtrov, aby poskytovali také funkcie, ktoré umelé zariadenie nemôže vykonávať. Ide najmä o funkcie metabolizmu živín a vylučovanie odpadu z tela.

Okamžité vyhliadky

V dôsledku experimentov vedci zistili, že implantáty fungujú dobre, ale ich práca je horšia ako práca zdravého orgánu. Ale lekári dodržiavajú myšlienku, že používanie takýchto bezbunkových matríc je spôsob, ako získať úplnú náhradu za obličky. V prípade závažného poškodenia obličiek sa v niektorých prípadoch uchyľujú k umelej náhrade orgánu. Umelá oblička plne nahrádza funkciu vylučovania. Filtruje 170-185 litrov krvi počas 24 hodín cez 20 membrán. Zariadenie nie je odmietnuté telom ako cudzie teleso, pretože nespôsobuje imunitnú reakciu organizmu.

Plánuje sa, že v roku 2017 sa uskutočnia klinické skúšky na prvých pacientoch, ktorí ukážu ako úspešný je projekt. Vďaka tomuto vynálezu môžu ľudia so závažnými renálnymi patológiami žiť celý život. Vedec Fissell, ktorý sa zaoberá projektom obličiek, hovorí, že sa im podarilo skopírovať prirodzený filter, ktorý pomôže chorým ľuďom nahradiť životne dôležité funkcie, ktoré boli stratené. Ďalším veľkým plusom je, že implantabilná oblička okamžite vykonáva funkciu čistenia, keď je zavedená do tela, zatiaľ čo transplantovaný darcovský orgán je len po dvojtýždňovej rehabilitačnej fáze. Vedci vytvoria implantovateľnú obličku, ktorá zostane funkčná najmenej 10 rokov. Moderné pokusy v blízkej budúcnosti sa budú vykonávať na ošípaných, ktoré budú tiež implantované.

Implantovateľná umelá oblička sa približuje k realite

Výskumní pracovníci na University of California v San Franciscu (UCSF) vyvíjajú implantovateľnú umelú obličku, ktorá dokáže presne reprodukovať funkcie skutočných obličiek.

Ak sú úspešní, práca vedcov môže pomôcť eliminovať potrebu dialýzy.

Transplantácia obličky u pacientov s terminálnym štádiom renálneho ochorenia (ESRD) má vysokú úspešnosť.

Asi 93 percent transplantovaných obličiek stále pracuje za rok a 83 percent funguje za tri roky.

Zatiaľ čo sa každý rok transplantuje viac ako 25 000 obličiek, na začiatku roka 2016 bolo na zozname čakateľov na transplantáciu viac ako 100 000 ľudí.

Pacienti zvyčajne čakajú 5 až 10 rokov na získanie vhodného orgánu.

Priemerná dĺžka života u pacientov s dialýzou je 5 až 10 rokov, hoci niektorí z nich žijú desaťročia.

Avšak dialýza, ktorá odfiltruje niektoré (ale nie všetky) toxíny z krvného obehu, ktoré sú zvyčajne odstraňované obličkami, by sa mala vykonávať denne, ak sa vykonáva doma s peritoneálnou dialýzou.

Pre kliniku je potrebné trikrát týždenne, ak sa vykonávajú hemodialýzou.

„Implantovateľná bio-archivačná oblička je alternatívou dialýzy a iných externých pomôcok na nosenie, ktoré spájajú pacientov s alebo obmedzujú ich mobilitu,“ povedal Shuwo Roy, profesor na Katedre bioinžinierstva a terapeutických vied UCSF a spoluautor zariadenia, povedal Healthline. „Transplantácia živých obličiek od vhodného darcu je stále považovaná za jednu z najlepších možností liečby ESRD, ale, bohužiaľ, je nedostatok darcov orgánov, ktorý zabraňuje tomu, aby štep nebol dostupný pre väčšinu pacientov s ESRD. Na rozdiel od transplantácií, naše zariadenie nebude vyžadovať, aby pacienti boli na imunosupresívach, aby sa zabránilo odmietnutiu. "

Začnite testovanie osoby na zariadení.

Roy povedal, že bio-adaptívna oblička by mohla byť použitá pre väčšinu ľudí na dialýze a zoznam transplantácií obličky.

"Toto je dlhodobé riešenie av každom prípade, keď sa vyžaduje transplantácia obličky, naše zariadenie bude životaschopnou možnosťou," povedal Roy.

Ako zariadenie funguje

Roy vedie projekt Kidney Project, národnú výskumnú iniciatívu založenú na vývoji a testovaní chirurgicky implantovanej autonómnej obličky, ktorá vykonáva „drvivú väčšinu filtračných, vyvažovacích a iných biologických funkcií prirodzenej obličky“.

Tento prístroj, poháňaný vlastným krvným tlakom, nevyžaduje externé elektrónky alebo káble spojené s nositeľnými umelými obličkami, ako sú napríklad tie, ktoré vynalezol Victor Gura z Cedars-Sinai Medical Center v Los Angeles. Univerzita vo Washingtone v Seattli v roku 2015.

Dvojzložková implantovaná umelá oblička zahŕňa najnovší vývoj nanotechnológií na báze kremíka, ktorý umožňuje masívne produkovať spoľahlivé, spoľahlivé a kompaktné filtračné membrány.

Táto technológia má tiež nové molekulárne povlaky, ktoré chránia silikónové membrány a robia ich kompatibilnými s krvou.

„Modul hemofilter spracováva prichádzajúcu krv a vytvára vodný ultrafiltrát obsahujúci rozpustené toxíny, ako aj cukry a soli,“ vysvetlil Roy. „Po druhé, bioreaktor obličkových buniek spracováva ultrafiltrát a vracia cukry a soli späť do krvi. V tomto procese sa voda znovu vstrebáva späť do tela a koncentruje ultrafiltrát na „moč“, ktorý sa nasmeruje do močového mechúra na odstránenie. "

Pacienti s implantátom môžu ešte potrebovať hormonálne doplnky, ale teraz, keď teraz robia dialýzu, povedal Roy.

Vývoj alternatív k súčasným metódam liečby ochorení obličiek je „veľmi dôležitý, pretože výsledky predčasnej úmrtnosti a nízkej kvality života sú bežné pre dialyzovanú populáciu, najmä pre intracentrickú hemodialýzu,“ povedal Dr. Joseph Vassalotti, hlavný lekár Národnej nadácie pre obličky, Healthline.

Ďalšie kroky

Projekt Obličky získava peniaze na dokončenie predklinických štúdií modulov zariadení a na vytvorenie kompletných prototypov pre prvé kolo štúdií o ľuďoch.

Očakáva sa, že počiatočné klinické skúšky jednotlivých modulov začnú začiatkom budúceho roka.

Testovanie pracovného prototypu bioartikulárnej obličky je naplánované na rok 2020.

„Dlhodobé problémy sú spojené s udržaním zariadenia po implantácii v priebehu niekoľkých mesiacov,“ povedal Roy. „Niektoré problémy nebudú jasné, kým nebudeme robiť klinické skúšky.“ "

Okrem grantov vo výške 6 miliónov dolárov, projekt Obličky dostal významné dary od ľudí, aby sa uľahčila jeho práca na vytvorenie implantovateľnej umelej obličky.

„Ich podpora je dôkazom naliehavej potreby revolúcie v liečbe ESRD a dary, ktoré sme dostali, sú neoceniteľné, čo umožňuje náš výskum napredovať,“ povedal Roy.

V budúcnosti budú vedci schopní pestovať umelé obličky.

V roku 2013 vedci vedený Melissou Little z Ústavu molekulárnej biológie na University of Queensland dokázali pestovať primitívnu obličku z ľudských kmeňových buniek.

V roku 2016 vedci z Salk Institute v Kalifornii uviedli, že sú schopní pestovať nefrónové progenitorové bunky, ktoré sa v laboratóriu môžu diferencovať na tkanivo obličiek.

Takýto výskum pokračuje, ale schopnosť pestovať náhradné orgány zostáva vzdialenejším snom ako implantovateľná umelá oblička.

Implantovateľná umelá oblička bude čoskoro zavedená do klinickej praxe.

Výskumní pracovníci na University of California v San Franciscu (USA) vyvíjajú implantovateľnú umelú obličku, ktorá bude fungovať rovnako ako skutočný orgán. Ak projekt uspeje, môže eliminovať potrebu dialýzy.

Transplantácia obličiek sa dnes stala rutinnou operáciou, ktorá zvyčajne končí úspechom. Napriek veľkému počtu takýchto operácií, ktoré sa každoročne vykonávajú, čaká ešte viac pacientov na ich rad na transplantáciu už veľmi dlho. V USA musia čakať päť až desať rokov.

Po celú dobu sú nútení podrobiť sa pravidelnému postupu dialýzy, trikrát týždenne na špecializovanej klinike. A toto je, ak takáto možnosť existuje.

Nové zariadenie - implantabilná umelá oblička - je alternatívou k hemodialýze a iným externým nositeľným pomôckam, ktoré držia pacienta "na vodítku" alebo výrazne znižujú jeho mobilitu. Zároveň, na rozdiel od implantácie živej obličky, pri inštalácii tohto zariadenia pacient nemusí aplikovať imunosupresívne lieky, aby zabránil odmietnutiu.

Toto zariadenie, poháňané krvným tlakom pacienta, nevyžaduje použitie vonkajších trubíc alebo káblov, ktoré sú teraz spojené s nositeľnou umelou obličkou. Dvojdielna implantabilná umelá oblička vo svojej práci využíva najmodernejší vývoj v oblasti kremíkovej nanotechnológie, čo poskytuje možnosť sériovej výroby spoľahlivých a kompaktných filtračných membrán. Technológia tiež využíva pokročilé techniky molekulárneho poťahovania, ktoré chránia silikónové membrány a robia ich kompatibilnými s krvou.

Prvý filtračný modul spracováva prichádzajúcu krv a vytvára vodný ultrafiltrát, ktorý obsahuje rozpustené toxíny, ako aj cukor a soľ. Druhý modul, bioreaktor, spracováva ultrafiltrát, vylučuje z neho cukor a soli, ktoré sa vracia do krvi. V tomto procese sa voda znovu vstrebáva späť do tela a ultrafiltrát sa premieňa na „moč“, ktorý sa posiela do močového mechúra na odstránenie z tela.

Pacienti musia zároveň užívať hormonálne doplnky, ktoré užívajú počas dialyzačných postupov.

Prvé klinické skúšky jednotlivých modulov sú naplánované na začiatok budúceho roka a testovanie pracovného prototypu sa očakáva v roku 2020.

Veľmi podobné zariadenie vyvíjajú vedci z americkej univerzity Vanderbilt. Ich zariadenie sa skladá zo silikónu, vytvoreného pomocou nanotechnologického filtračného čipu a živých buniek obličiek "vložených" do neho, ktoré môžu spolupracovať, opakujúc funkcie skutočnej obličky. Konečná verzia zariadenia podľa očakávaní vedcov bude mať veľkosť ľudskej obličky, t.j. dostatočne malé na to, aby mohli byť implantované do ľudského tela a pripojené k obehovému systému pacienta. Prvé testy tejto umelej obličky sú naplánované na koniec súčasného - začiatkom budúceho roka.

Implantovateľná umelá oblička - alternatíva k dialýze

Výraz „umelá oblička“ sa zvyčajne javí ako ťažkopádne stacionárne zariadenie na hemodialýzu, ktoré, podobne ako pumpa, odoberá krv pacientovi a po vyčistení ju vracia späť do krvného obehu. Medzitým bioinžinieri zo Spojených štátov vytvorili implantovateľný stroj na umelé obličky, ktorý nie je väčší ako ľudský orgán.

V jednom čase hemodialýza spôsobila skutočnú revolúciu v medicíne a bola skutočnou záchranou pre pacientov trpiacich chronickým zlyhaním obličiek (CKD) a žijúcich v očakávaní transplantácie darcovského orgánu. Súčasne, nedostatok darcovských obličiek a archaická povaha samotného hemodialyzačného postupu, ktorý pacienti musia podstúpiť neustále, niekoľkokrát týždenne, si kladú za cieľ nájsť pohodlnejšie a modernejšie technológie.

Americkí výskumníci z Implantable Artificial Kidney Corporation, ktorí dokázali vytvoriť miniatúrny implantát v tele pacienta, sa ukázali byť blízko k riešeniu problému. Implantovateľná umelá oblička je dlhá len 11 cm, čo je porovnateľné s veľkosťou ľudského orgánu.

Zariadenie má malú veľkosť a obsahuje 20 membrán, cez ktoré sa filtruje až 180 litrov krvi za deň. Umelý orgán je schopný vykonávať hlavné funkcie reálnych obličiek - filtrovanie krvi za vzniku moču a reabsorbovanie - reabsorbovanie vody a živín do krvi.

Implantovaná umelá oblička sa uvedie do prevádzky okamžite, zatiaľ čo darcovský orgán začne normálne fungovať len 2 týždne po transplantácii. Okrem toho, umelá oblička nevyžaduje pravidelný príjem imunosupresív, ktoré zabraňujú odmietnutiu darcovského orgánu. Tiež prenosné zariadenie môže byť nosené na sebe, bez použitia implantátu.

Cieľom vedcov je vytvoriť umelú obličku, ktorá bude fungovať najmenej 10 rokov. V blízkej budúcnosti majú v úmysle transplantovať umelým analógom obličiek ošípané.