Блог компании ua-hosting.company. Организм человека — это сложный, точно настроенный механизм, состоящий из множества таких же сложных систем, отвечающих за множество взаимозависимых процессов. Однако, как подтвердит любой инженер, каким бы сложной ни было устройство, дефекты и поломки неизбежны. Современная медицина в поисках новых методов лечения различных заболеваний все чаще обращается за помощью к современным технологиям, начиная от робототехники и заканчивая искусственными органами.

К примеру, ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (США) разработали искусственную почку, которая способна выполнять функции природного оригинала, тем самым потенциально нивелируя необходимость в диализе.

Из чего сделана кибер-почка, как она работает, и насколько она эффективна? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых.

Основа исследования

Неумолимая и лишенная эмоций статистика говорит, что более 2 миллионов человек на планете каждый год лечатся от терминальной стадии болезни почек (ESRD от endstage renal disease). К сожалению, на этой стадии заболевание не поддается консервативному лечению, а потому единственными вариантами остается либо пересадка органа, либо пожизненный гемодиализ.

Естественно, пересадка является более приоритетным вариантом, особенно учитывая ее отличные результаты — 5-летняя выживаемость реципиентов живых донорских органов составляет >80%. Однако эта процедура связана с пожизненной иммуносупрессией (ослабление иммунитета), которая влечет за собой осложнения здоровья пациента. Также стоит упомянуть и постоянный страх любого трансплантолога и пациента после трансплантации — отторжение.

Более того, спрос на донорские органы намного превышает предложение. К примеру, в США ежегодно проводится чуть более 20000 трансплантаций почек, при этом менее 20% пациентов в очереди на операцию дожидаются ее.

Те, кому не повезло получить донорскую почку, вынуждены проходить гемодиализ. Данная процедура болезненна, занимает много часов, а смертность в течение 5 лет составляет порядка 60%. При этом гемодиализ лишь частично заменяет функцию почек, и у большинства диализных пациентов по-прежнему наблюдаются симптомы и последствия ESRD, включая эндокринную и когнитивную дисфункцию.

Учитывая вышеописанные недостатки диализа, научное сообщество уже давно пытается найти альтернативу. Современные подходы используют клеточные технологии для создания полностью функционального замещающего органа, носимые устройства для диализа искусственной почки или биогибридные устройства, в которых используются как клетки, так и искусственные материалы для повторения функций канальцев и клубочек соответственно.

Строение нефрона — структурно-функциональной единицы почки.

Ранее сообщалось об успешном использовании экстракорпорального вспомогательного устройства почечных канальцев (RAD от renal tubule assist device), содержащего человеческие почечные эпителиальные клетки (HREC от human renal epithelial cell). В ходе II фазы клинических исследований добавление RAD к заместительной почечной терапии улучшило выживаемость пациентов, снизив риск смерти на 50%.

Авторы рассматриваемого нами сегодня труда применили биогибридный подход RAD для разработки полностью имплантируемой биоискусственной почки (iBAK от implantable bioartificial kidney).

Чтобы имитировать физиологию нефронов человека, ученые создали iBAK, состоящий из кремниевого гемофильтра, воспроизводящего избирательную проницаемость клубочков, в сочетании с иммунозащитным биореактором, содержащим клетки почечных канальцев для реабсорбции растворенных веществ и воды и воссоздания метаболической и эндокринологической функции почечных канальцев.

В предлагаемом iBAK человеческие почечные эпителиальные клетки инкапсулированы внутри биореактора для непрерывной обработки ультрафильтрата из гемофильтра и выборочного возврата ионов натрия и воды обратно в систему кровообращения для обеспечения объемного гомеостаза. Токсины и избыток растворенных веществ концентрируются в оставшейся воде и направляются в мочевой пузырь для выведения.

Используя методы полупроводникового микропроизводства, кремниевые пластины точно спроектированы для воспроизводимого создания тонких (< 1 мкм) биомиметических мембран, которые включают монодисперсные наноразмерные щелевые поры. Эти кремниевые нанопоровые мембраны (SNM от silicon nanoporemembrane) прекрасно подходят для использования в качестве барьера отчуждения благодаря своей высокой молекулярной селективности. Более того, их высокие характеристики массообмена в сочетании со стратегиями модификации поверхности для повышения биосовместимости позволяют осуществлять «безнасосную» фильтрацию крови исключительно с использованием врожденного сердечного перфузионного давления.

В своем труде ученые сосредоточили внимание на биореакторном компоненте iBAK и описали первые шаги в разработке имплантируемого устройства для воспроизведения ключевых функций почечных канальцев, которое в конечном итоге будет функционировать в тандеме с имплантируемым гемофильтром.