Содержание
Тяжелые нарушения работы почек требуют создания искусственных приспособлений, способных выполнять функции органов выделительной системы. Одной из важнейших разработок в этой сфере является гемодиализ, следующим этапом стала разработка переносной (внешней) почки, а самым перспективным направлением можно считать имплантируемую искусственную почку. Ее разработка ведется довольно давно, а первые испытания на человеке, были реализованы в 2017 году и осуществляются до сих пор.
Первый прототип искусственной почки был создан в 1913 году изобретателем Джоном Абелем. Однако аппарат, в первый раз, применил в 1944 году исследователь Вильям Колф. Классический прибор для гемодиализа и в нынешнее время, отличается довольно большими габаритами, и требует нахождения пациента в медицинском учреждении по несколько часов, от двух раз еженедельно.
Первое портативное устройство для гемодиализной процедуры было представлено в 2007 году. Оно имеет сравнительно компактные габариты и весит примерно 4 килограмма. Прибор называется “носимой искусственной почкой” (НИП).
Пациент, имеющий тяжелые почечные патологии, может носить этот прибор постоянно. В случае необходимости, врач подключает прибор к вене, запуская диализ. Но очищение крови протекает медленнее, чем при стационарном гемодиализе. Прибор помещают на поясничной области пациента, к нему присоединяются насосы и сменные кассеты с фильтрующими компонентами. Тестирование такого механизма было реализовано в 2004 году, а в 2006 его зарегистрировали в Патентном бюро в США.
В недалеком прошлом, ученые Калифорнийского университета заявили, что создана имплантируемая почка. Ее структуру составляет большое количество микрофильтров, предназначенных для очищения крови пациента. Сейчас ведутся исследования, необходимые для того, чтобы предусмотреть все нюансы внедрения новой технологии в медицинскую практику.
Биоинженерия
В 2010 году был изобретен гемодиализный имплант, какой сопоставим по габаритам с человеческой почкой. Имплант содержит в основе биореактор с культурой клеток, составляющих почечные канальцы. Он способен в полной мере, осуществлять обменные функции почек. Проект был возобновлен в 2013 году, и на современном этапе ведутся необходимые исследования.
Исследования по пересадке выращиваемых, на бесклеточной основе, имплантов крысам, завершились успешно. Это подтверждают публикации в научных журналах США. Выращивание имплантируемой почки началось с экспериментальных работ по вымыванию клеток из неработающего органа.
Не менялась форма и строение почки, но на межклеточном уровне размещались белки, которые подавали сигнал к росту. После этого матрикс промывали клетками, выделенными из почек новорожденных крыс. Они располагались на пустых местах, начинали выполнять необходимые функции. И уже готовую почку вживляли крысам, наблюдая в последующем за тем, как пересаженный имплант справляется со своими функциями.
Создание имплантируемой почки можно считать прорывом, поскольку подобные импланты могут решить вопрос недостатка донорских органов. Их создание потребовало применения современных нанотехнологий, используемых в микроэлектронике.
Искусственная почка включает в структуру фильтры с микропорами для реализации фильтрационной функции. Вокруг фильтров располагаются живые почечный клетки, необходимые для реализации функций, какие не может выполнять искусственный орган — это обменная функция и выведение продуктов обмена из организма.
В ходе исследований было выяснено, что импланты функционируют приемлемо, однако их работа несколько хуже функционирования здоровой почки. Специалисты говорят о том, что применение матриксов без включения клеток, все же является способом получения уникальной замены для почек. Искусственный имплант имеет способность в полной мере осуществлять фильтрационную функцию. Он не отторгается организмом, поскольку не провоцирует реакцию иммунного ответа.
Ученые заявляли о планируемых клинических испытаниях на пациентах — они должны были начаться в 2017 году. По всей видимости, работы ведутся и сейчас, поскольку результаты исследований пока не опубликованы.
Результаты
Благодаря изобретению искусственной имплантируемой почки, у пациентов с тяжелыми заболеваниями выделительной системы, существенно повысится качество жизни. По словам Уильяма Фиссела, участвующего в проекте, у исследователей получилось создать копию природного фильтра, и это должно помочь пациентам в замене жизненно важных функций почки.
Преимуществом такой технологии также является то, что имплантируемый искусственный орган начинает мгновенно, в полной мере, осуществлять свои функции, а донорский орган, начинает полноценно функционировать спустя две недели реабилитации. Искусственный имплант будет сохранять работоспособность на протяжении 10 лет.
Заключение
Искусственная почка — биогибридный прибор, какой будет выполнять функции органа, благодаря которому пациентам больше не потребуется проведение диализа. Главной целью ученых, на данный момент, является компактность размеров искусственного органа для возможности пересадки его в брюшную полость.
В прибор будут включены живые почечные клетки и микрочипы для их контроля. Сокращения сердца пациента будут создавать давление, необходимое для реализации фильтрационной функции. Микрочипы, по словам доктора Фиссела, отличаются высокой производительностью и точностью, что позволяет им контролировать процесс очистки крови.
В каждом искусственном органе, будет содержаться примерно 15 микрочипов. Они будут установлены последовательно друг за другом. Между ними будут расположены мембраны, заселенные живыми клетками, какие и будут фильтровать кровь и выполнять реабсорбционную функцию. Живые клетки хорошо растут на питательных средах, благодаря чему у исследователей не возникает проблем по их получению в требуемом количестве.
В имплантируемом импланте нет необходимости в элементах питания, поскольку давление для осуществления фильтрации создается сердцем. Однако, здесь возникает проблемный вопрос настройки динамики жидкости для того, чтобы кровь пропускалась фильтрационной системой без формирования тромбов. Аманда Бак, инженер, специалист по механике жидкостей, применила компьютерное моделирование для оптимизации формы канальцев внутри фильтра и достижения плавности потока крови.
Проект по созданию искусственной имплантируемой почки объединил множество ученых из разных отраслей науки. В настоящее время еще продолжаются исследования, и их важность нельзя недооценивать: внедрение подобной технологии в современную медицину позволит решить множество проблем для пациентов с тяжелыми патологиями почек.
