Mesterséges vese - Artificial kidney

A mesterséges vese gyakran a hemodialízis szinonimája , de utalhat a használt és / vagy fejlesztés alatt álló vese-helyettesítő terápiákra is (kivéve a veseátültetést ). Ez a cikk foglalkozik biomérnöki úton előállított vesék / mesterséges biológiai vesék növekszeneke vese sejt vonal / vese szövetben.

Az első sikeres művesét Willem Kolff fejlesztette ki Hollandiában az 1940-es évek elején. Kolff 1943-ban elsőként készített működő dializátort .

Orvosi felhasználás

Veseelégtelenség

A vesék párosított létfontosságú szervek, amelyek a hasüreg mögött helyezkednek el a bordaív alján, a gerinccsigolyák T12-L3 szintjének megfelelően. Körülbelül egy tucat fiziológiai funkciót látnak el, és meglehetősen könnyen megsérülhetnek. Ezen funkciók egy része magában foglalja a metabolikus salakanyagok szűrését és kiválasztását, a szükséges elektrolitok és folyadékok szabályozását és a vörösvértest-termelés stimulálását. Ezek a szervek rendszeresen napi körülbelül 100–140 liter vért szűrnek le, így 1-2 liter vizelet keletkezik, amely hulladékokból és felesleges folyadékból áll.

A veseelégtelenség a nitrogénes hulladékok, sók, víz lassú felhalmozódását és a test normális pH-egyensúlyának megzavarását eredményezi. Ez a hiba fordul elő, hosszú ideig, és amikor a beteg a vesefunkció csökken elég során a betegség, közismert nevén végstádiumú vesebetegség (ESRD; amely szintén ismert, mint 5 szint vagy 6 vesebetegség, attól függően, dialízist vagy vesepótló kezelést alkalmaznak-e). A vesebetegség kimutatása a vesék leállása előtt nem gyakori, a magas vérnyomás és az étvágycsökkenés tünetei jelzik a problémát. A cukorbetegség és a magas vérnyomás a veseelégtelenség 2 leggyakoribb oka. Szakértők azt jósolják, hogy a dialízis iránti igény növekedni fog a cukorbetegség prevalenciájának növekedésével. A második világháborúig a veseelégtelenség általában halált jelentett a beteg számára. A háború alatt számos betekintés történt a veseműködésre és az akut veseelégtelenségre.

Minden harmadik amerikai felnőttnél fennáll a vesebetegség kialakulásának veszélye. Több mint 26 millió amerikai felnőttnél vesebetegség van, és a legtöbben nincsenek tisztában ezzel. Közülük több mint 661 000-en szenvednek veseelégtelenségben, 468 000-en pedig dialízis alatt állnak. A veseelégtelenségben szenvedő személyek nagy populációja a mesterséges vese technológiájának folyamatos fejlődését ösztönzi, hogy minél több ember férhessen hozzá a kezelésekhez.

Az otthoni hemodialízis hátrányai miatt ritkává vált. Drága, időigényes és helyigénytelen. 1980-ban a dializált populáció 9,7% -a volt otthoni hemodialízisen, de 1987-re ez az arány 3,6% -ra csökkent.

A Gazdasági Együttműködési és Fejlesztési Szervezet 2011. évi jelentése szerint Japán után az Amerikai Egyesült Államokban a fejlett országok között a második legmagasabb a dialízis aránya. Az Egyesült Államokban a legmagasabb a halálozási arány az ESRD-s betegek körében. Az amerikai ESRD-betegek átlagosan 20% -a hal meg évente, ami több mint kétszerese Japánénál. A dialízis létesítmények növekedése az Egyesült Államokban annak az eredménynek köszönhető, hogy több amerikai fejleszti a végstádiumú vesebetegségeket. 2001 és 2011 között a szám mintegy 49,7% -kal nőtt 411 000 állampolgárról 615 000 állampolgárra. 2001-ben csak 296 000 amerikai volt valamilyen dialízisben. Tíz évvel később ez a szám több mint 430 000-re nőtt a krónikus állapotok, például a cukorbetegség és a magas vérnyomás következtében.

Szüksége van egy bioartificialis vesére

Több mint 300 000 amerikai függ a hemodialízistől, mint veseelégtelenség kezelésétől, de a 2005-ös USRDS adatai szerint 452 000 amerikainak van végstádiumú vesebetegsége (ESKD). Az Ontario-i londoni, ontariói és torontói csoportok érdekes tanulmányai azt sugallják, hogy a kétszer-háromszor hosszabb és a hagyományos heti háromszor gyakrabban végzett dialízis-kezelések javuló klinikai eredményekkel járhatnak. A hatszoros, egész éjszakás dialízis végrehajtása a legtöbb országban túlterhelné a meglévő erőforrásokat. Ez, valamint a veseátültetéshez szükséges donorszervek hiánya ösztönözte az alternatív terápiák kifejlesztését, ideértve a viselhető vagy beültethető eszközök kifejlesztését.

Javasolt megoldások

Mesterséges vese

A hemodialízis során alkalmazott dializátor

A hemodialízis módszer olyan salakanyagok eltávolítására, mint a kreatinin és a karbamid, valamint a szabad víz a vérből, ha a vese veseelégtelenségben szenved. A páciensek vérének tisztítására használt mechanikus eszközt dializátornak, más néven mesterséges vesének nevezik. A modern dializátorok általában henger alakú merev burkolatból állnak, amelyek polimerből vagy kopolimerből öntött vagy extrudált üreges szálakat zárnak be, amelyek általában egy saját gyártmányú készítmények. Az üreges szálak együttes területe általában 1-2 négyzetméter. Számos csoport intenzív kutatást végzett a vér és a dializátum áramlásának optimalizálása érdekében a dializátorban, a hulladékok hatékony átadásának elérése érdekében a vérből a dializátumba.

Beültethető művese

A beültethető mesterséges vese az egyik második projekt éppen által közösen fejlesztett nefrológus nevű William H. Fissell IV, MD, a Vanderbilt University Medical Center professzor Shuvo Roy a University of California, San Francisco . Fissell és munkatársai több mint egy évtizede dolgoztak a beültethető művesén, de a közelmúltban 2015 novemberében 6 millió dolláros támogatást kaptak a projekt kutatásának és fejlesztésének folytatásához. A projekt célja egy olyan bio-hibrid eszköz létrehozása, amely utánozhatja az egészséges vese funkcióit annyi salakanyag eltávolításával, hogy a beteg ne szoruljon dialízis kezelésre. Az eszköz sikerének kulcsa a szilícium nanotechnológia és a porózus, természetes szűrőként működő mikrochip használata . Fissell és csapata minden egyes pórust (a szűrőből) egy adott funkció vagy feladat elvégzésére tervezett. A mikrochipek emellett platformként fognak működni, amely számára élő vesesejtek fognak lakni és növekedni a szűrőkön és azok körül azzal a céllal, hogy utánozzák a vese természetes funkcióit. A bio-hibrid eszköz nem érheti el a szervezet immunválaszát, amely lehetővé teszi, hogy megvédje a páciens testének elutasításától. A készüléket úgy alakítják ki, hogy elég kicsi legyen ahhoz, hogy beilleszkedjen a beteg testébe, és amely sikeresen működik a beteg természetes véráramlásával. Fissell és kutatócsoportja továbbra is halad, és arra számítottak, hogy a beültethető mesterséges vese 2017-re bekerül az emberi vizsgálatokba.

Viselhető művese

A viselhető művese egy hordható dialízis gép, amelyet a végstádiumú vesebetegségben szenvedő személy használhat naponta vagy akár folyamatosan. Viselhető művese (WAK) nem áll rendelkezésre, de a kutatócsoportok egy ilyen eszköz kifejlesztésén vannak. A cél egy hordozható eszköz kifejlesztése, amely képes lesz utánozni a rendszeres vese funkcióit. Ez az eszköz lehetővé tenné a páciens napi huszonnégy órás kezelését. A miniatűr szivattyúk kifejlesztésével megvalósíthatóvá vált egy hatékony hordható hemodialízis eszköz reménye. Néhány beteg már folyamatos peritonealis dialízisben részesül, amely lehetővé teszi számukra, hogy ambulánsan maradjanak. A dialízisben szenvedő betegek csak kis része alkalmazza a peritonealis dialízis kezelését, mert nagy mennyiségű dializátum tárolására és elhelyezésére van szükség. Egészséges egyének veséje a nap 24 órájában, napi 168 órán át szűri a vért ahhoz a végstádiumú vesebetegségben szenvedő egyénhez képest, akinek a dialízis kezelési terve megközelítőleg heti 12 óra. A kezelés eredményeit az alacsonyabb életminőség, valamint a magasabb halálozási arány betegek végstádiumú vesebetegség (ESRD). Ezért szükség van egy éjjel-nappal működő készülékre, amely lehetővé teszi az ESRD-s betegek számára a folyamatos dialízist a normális élet fenntartása mellett. Az FDA jóváhagyta az első humán klinikai vizsgálatot az Egyesült Államokban a Blood Purification Technologies Inc. által tervezett viselhető művesével kapcsolatban. A WAK prototípusa egy 10 kilós készülék, amelyet kilenc voltos akkumulátorok táplálnak, és amely egy beteghez egy katéter, és kevesebb mint 500 ml dializátumot kell használnia. Úgy tervezték, hogy folyamatosan akkumulátorral működjön, így a betegek ambulánsak maradhatnak a készülék viselése során, ami jobb életminőséghez vezet. Az eszközt úgy tervezték, hogy javítsa a beteg egészségi állapotának egyéb fiziológiai aspektusait, mint például a hangerő-szabályozás javulását, a magas vérnyomás és a nátrium-visszatartás, valamint a szív- és érrendszeri betegségek és a stroke csökkent arányát .

A viselhető művesék kísérletei

A viselhető művesét (WAK) az évek során folyamatosan módosították a veseelégtelenségben szenvedők javára. A WAK felhasználhatóságának kipróbálására számos kísérletet végeztek. Miközben ezeket a kísérleteket a WAK számára végzik, hasonló célokat próbálnak elérni. Például az a fő cél, amelyet ezek a kísérletek el akarnak érni, annak biztosítása, hogy a WAK normál veseként működhessen.

Az egyik kísérletben nyolc olyan ember vett részt, akik négy-nyolc órán keresztül viselték a WAK-ot. Mivel a résztvevők a WAK-ot viselték, több eredmény is előfordult. Például a kísérlet egyik eredménye az volt, hogy a WAK folyadék eltávolítását ultraszűrő szivattyúval helyesen szabályozták. A kísérlet során bekövetkezett másik eredmény az volt, hogy a WAK-hoz csatlakoztatott tű végül leválasztotta magát. Amikor ez megtörtént, a WAK képes volt felismerni ezt, és a vér leállt. Amikor a vér abbahagyta a pumpálást, a tűt vissza lehet helyezni anélkül, hogy a test nagy mennyiségű vért vesztene. Mivel más kutatásokat végeztek, azzal érveltek, hogy az ultraszűrő szivattyú használata nem biztos, hogy a legjobb szivattyú a WAK számára. Például a kutatások azt találták, hogy ha perisztaltikus szivattyút használunk, lehetővé tenné az ember számára, hogy érzékelje véráramlási sebességét anélkül, hogy szenzora lenne, amelyre a fent említett kísérletben használt ultraszűrő szivattyúban van szükség. A WAK-hoz használt szivattyú típusának megváltoztatása kulcsfontosságú lehet, mert az érzékelő hiányával hozzájárulhat az eszköz olcsóbbá és megbízhatóbbá tételéhez a lakosság számára.

Miután sok kutatást végzett a WAK-on, számos kutatási kérdés megválaszolásra került. Például a kutatók kiderítették, hogy a WAK konnektor nélkül is működhet, mert kilenc voltos akkumulátorral működhetett . Bár a kutatók azzal érveltek, hogy a kilenc voltos akkumulátorok használata nem elég hatékony a WAK számára, mivel nem eléggé táplálja az eszközt, és közvetett módon kevésbé teszi elérhetővé a WAK-ot, amikor folyamatosan cserélnie kell az elemeket. Ennek következtében más energiaforrásokat is kutatnak, például a kutatók azt látják, hogy az üzemanyagcellák , az aktív forrásból származó energia vezeték nélküli továbbítása vagy a környezetből származó energia kinyerése lenne-e jobb módszer a WAK hosszabb távú áramellátására. Számos kérdésre adtak választ a WAK-ról, de sok kutatási kérdés továbbra is megválaszolatlan. A kutatók még mindig megpróbálják kideríteni, hogy a WAK képes-e lenni energiatakarékos, megfizethető és képes-e újrafelhasználni kis mennyiségű dializátumot .

Beültethető vese-segédeszköz (IRAD)

Jelenleg nincs életképes bioméretű vese. Bár számos kutatás folyik, létrehozásuk előtt számos akadály áll fenn.

Azonban egy olyan membrán gyártása, amely utánozza a vese vérszűrő képességét, majd a toxinokat kiválasztja, miközben a vizet és a sót visszaszívja, lehetővé tenné a viselhető és / vagy beültethető művesét. A membrán kifejlesztése mikroelektromechanikus rendszerek (MEMS) technológiával korlátozó lépés egy beültethető, bio-művi vese létrehozásában.

A Clevelandi Klinika Lerner Kutatóintézetének BioMEMS és a vese nanotechnológiai laboratóriumai a membrán technológia továbbfejlesztésére összpontosítottak a végstádiumú vesebetegség (ESKD) beültethető vagy hordható terápiájának kifejlesztésére. A jelenlegi dialízis patronok túl nagyok és szuperfiziológiai nyomást igényelnek a vérkeringéshez, és a jelenlegi polimer membránok pórusainak méretei eloszlása ​​és szabálytalan jellemzői túl szélesek. Szűk, pórusméret-eloszlású szilícium nanopórusos membrán előállítása javítja a membrán képességét a szűrt és visszatartott molekulák megkülönböztetésére. Emellett növeli a hidraulikus permeabilitást azáltal, hogy az átlagos pórusméret megközelíti a membrán kívánt elvágását. A szakaszos gyártási eljárás lehetővé teszi a pórusméret-eloszlás és a geometria szigorú ellenőrzését.

A vizsgálatok azt mutatják, hogy az emberi vesesejteket transzplantációra alkalmatlan adományozott szervekből gyűjtötték be, és ezen a membránokon növesztették. A tenyésztett sejtek eltakarták a membránokat, és úgy tűnik, hogy megtartják a felnőtt vesesejtek jellemzőit. A vese hámsejtjeinek differenciált növekedése MEMS anyagokon arra utal, hogy a beültetésre alkalmas miniatürizált eszköz megvalósítható.

Az UCSF által irányított, a dialízisben szenvedő betegek beültethető műveséjének létrehozására irányuló erőfeszítéseket választották az első olyan projektek közé, amelyeken az Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatal időszerűbb és együttműködőbb felülvizsgálatot hajtott végre.

Az FDA 2012. április 9-én jelentette be, hogy három veseeszköz-projektet választott az Innovation Pathway 2.0 elnevezésű szabályozási jóváhagyási program kísérleti céljára, amelynek célja az orvostechnikai eszközök áttörését elősegítő technológiák gyorsabb és hatékonyabb eljuttatása a betegek elé.

A 2017-ben klinikai vizsgálatokra szánt mesterséges vese projektet a végstádiumú vesebetegség kezelésében alkalmazott transzformációs potenciálja és az FDA-val való korai kölcsönhatások előnyeinek kihasználása céljából a jóváhagyási folyamat során választották ki.

Az FDA erőfeszítései szoros kapcsolatot fognak magában foglalni a szövetségi ügynökség és az eszközfejlesztők között a fejlesztési folyamat elején a potenciális tudományos és szabályozási akadályok azonosítása és kezelése, valamint a projekt jóváhagyásának ütemtervének elkészítése érdekében. A cél az, hogy javítsák a projektek általános sikerélményeit, ugyanakkor csökkentsék az FDA felülvizsgálatának idejét és költségeit, valamint fenntartsák a biztonságot. Az ügynökség elmondta, hogy a tanulságok más területeken is tájékoztatják a jóváhagyásokat.

A veseprojekt egy olyan nemzeti kutatási kezdeményezés, amely egy beültetett, szabadon álló bioművészi vese fejlesztésére és tesztelésére összpontosít. A Vese Projekt hatmillió dollár állami támogatást kapott.

Lásd még

Hivatkozások

Külső linkek