211service.com
Dializė atjungta
Įprastinė dializė, kai paciento kraujas pumpuojamas per išorinį filtrą, kad būtų pašalinti besikaupiantys toksinai, toli gražu nėra ideali 1,4 milijono žmonių, sergančių inkstų ligomis visame pasaulyje, kurių gyvenimas priklauso nuo to. Įprastas trijų pusės dienos kraujo valymo seansų režimas per savaitę pašalina vidutiniškai tik 17 procentų toksinų, kuriuos išvalytų sveikas inkstas, todėl tik trečdalis visų dializuojamų pacientų išgyvena ilgiau nei penkerius gydymo metus.
Pasak nefrologo, nanotechnologijos galėtų pasiūlyti alternatyvą Viljamas Fisselis Mičigano universitete. Jis su kolegomis dirba su nanoporų membranomis, kurios leistų paversti dializę miniatiūriniu būdu į implantuojamus prietaisus, kurie visą parą pašalina toksinus, atjungia dializuojamus pacientus nuo didelių siurblių ir klinikų. Tai iš esmės išlaisvinanti technologija, sako Fissellas.
Fissellas ir kolega Shuvo Roy, biomedicinos inžinierius Klivlando klinikos fondas , teigia išsprendę pusę iššūkio: sukurti pakankamai efektyvias nanomembranas, kad būtų galima palaikyti kompaktišką, mažos galios implantą. Šių metų pradžioje komanda užsitikrino koncepcijos patentą. Tačiau poros, turinčios reikiamą selektyvumą – poros, kurios pašalina blogiausius toksinus, neatimdamos iš organizmo svarbių baltymų, tokių kaip albuminas, kraujo krešėjimo faktoriai ir antikūnai – yra kietesnės nei tikėtasi.
Kaip šiuo metu praktikuojama, dializė yra neapdorota procedūra. Pacientai į veną prijungiami prie galingo siurblio, kuris cirkuliuoja jų kraują per porėtą plastiko pluošto kasetę. Skysčiai, ištirpę toksinai ir druskos praeina per skaidulas ir yra išmetamos, o į sietą patekę baltymai ir kraujo kūneliai papildomi elektrolitu prieš grįžtant pacientui. Prasta filtro skysčių dinamika nulemta jų netikslumo: filtrų gamybos metu susidaro labai įvairios poros, todėl, kad nebūtų per daug didelių porų, kurios išsiurbtų vertingus baltymus, pluoštai turi būti gaminami su labai mažomis poromis. Mašinos siurblys sukuria skirtumą, priversdamas kraują per šiuos neefektyvius sietus.
Priešingai, Fissell ir Roy litografiniu tikslumu išgraviruoja poras į itin plonas silicio plokšteles. Rezultatas yra vienalytis porų masyvas, kurių kiekviena gali tekėti keliais dydžiais didesnius nei vidutinės įprasto filtro poros. Poros imituoja išskirtinai tikslias, bet efektyvias diafragmas, kurios filtruoja kraują žmogaus inkstuose, primenančias žaliuzių plokštę, sako Fissellas.
Pasak Fissell, dabartiniuose prototipuose yra maždaug 10 000 porų kvadratiniame milimetre. Naujos kartos membranos, kurios dabar kuriamos, turės daugiau nei 100 000 porų arba plyšių viename kvadratiniame milimetre ir suteiks daugiau nei 10 kartų didesnį srautą. Implantuotas prietaisas, turintis kelis šimtus kvadratinių centimetrų šios naujos kartos membranos, turėtų, Fissello vertinimu, filtruoti mažiausiai 30 mililitrų kraujo per minutę esant vidutiniam kraujospūdžiui – maždaug trečdalį normalios inkstų funkcijos. Implantas būtų įkištas po oda; maži skysčių maišeliai, dėvimi išorėje, gali gauti ultrafiltratą ir tiekti pakaitinius elektrolitus.
Tačiau kontroliuoti, kas praeina per plyšius, išlieka problema. Nors net didžiausi kraujo toksinai lengvai prasiskverbia pro membranos plyšius, eksperimentai su prototipais rodo, kad pro jį taip pat nutekės mažiausi iš vertingų baltymų – albuminas. Dekstranas, sudėtingas cukrus, naudojamas kaip albumino pakaitalas filtravimo bandymuose, praskrenda tiesiai per prototipo poras, nepaisant to, kad jo skersmuo yra maždaug 40 nanometrų, o tai yra tris ar keturis kartus platesnė už poras. Fissellas mano, kad dekstranas, ilgos grandinės molekulė, paprastai susiraukšlėjusi kaip popieriaus gniūžtė, išsitempia, kai susiduria su plyšinėmis poromis ir prasiskverbia pro juos – ką gali padaryti ir baltymų grandinė, tokia kaip albuminas.
Fissello komanda tiria, ar inkstai rūšiuojasi ne tik pagal dydį, bet ir generuodami elektros krūvius, kurie atstumia baltymų grandines, kurios taip pat yra įkrautos. Jie modeliuoja įvairias chemines modifikacijas, kad įvestų krūvius ant silicio porų paviršiaus.
Kad sistema būtų praktiška, membranas reikės paversti biologiškai suderinamomis. Nemodifikuotas silicis stipriai pritraukia baltymus, todėl silicio nanoporų membrana greitai užsikimštų, jei būtų implantuota į kūną. Fissello kolega iš Mičigano universiteto Davidas Humesas pradėjo nano membranų tyrimus su gyvūnais, kad nustatytų paviršiaus apdorojimą arba alternatyvias membranines medžiagas, kurios apsaugotų nuo implantų užsikimšimo.
Humesas tikisi panaudoti membranas, kad sukurtų sudėtingesnę implanto versiją, kurioje būtų gyvų inkstų ląstelių – analogiškai jo biodirbtiniam inkstų pagalbiniam įrenginiui, kuris šiuo metu yra antroje klinikinių tyrimų fazėje (žr. Saving Lives with Living Machines, 2003 m. liepos/rugpjūčio mėn.). Implantuojamoje biologinio dirbtinio inksto versijoje nanoporų membranos apsaugotų gyvas inkstų ląsteles nuo imuninių ląstelių ir antikūnų, kurie iki šiol sutrukdė daugumą biologinių dirbtinių organų implantų. Gyvos inkstų ląstelės, savo ruožtu, pagerintų implanto funkciją, reabsorbuojant ir grąžindamos į kraują kai kuriuos skysčius ir druskas, praeinančius per nanoporų membraną. Galų gale, biologiškai dirbtiniai implantai, atkuriantys skysčius ir druskas ir nukreipiantys likusį ultrafiltratą į šlapimo pūslę, gali net netekti išorinių elektrolitų ir ultrafiltrato maišelių.
UCLA medicinos mokyklos nefrologas Allenas Nissensonas, daug dirbęs remdamas nešiojamų dializės prietaisų kūrimą, teigia, kad dar reikia pamatyti, ar Mičigano universiteto mokslininkai galės išspausti savo filtravimo sistemas į paketą, kuris yra pakankamai mažas ir tvirtas, kad būtų galima implantuoti. Tačiau jis sako, kad jų tikslas tiksliau imituoti inkstų funkciją yra teisingas – ir tai yra sveikintina alternatyva laipsniškesniems įprastų technologijų, kurios dominavo dializės plėtroje pastaruosius 20 metų, patobulinimams. Jis sako, kad naujovės, labiau imituojančios natūralių inkstų funkcionavimą, iš tikrųjų yra pažangiausi terapijos pranašumai.
Pasak Bostono Vaikų ligoninės nefrologijos direktoriaus Williamo Harmono, Fissello 30 mililitrų per minutę filtravimas užtikrintų daugiau nei 30 procentų normalios inkstų funkcijos. Jis sako, kad tai svarbi riba, kurią viršijus daugelis inkstų ligos simptomų išnyks: jei esate ties 30 procentų, jums sekasi gana gerai.