日前，來自范德堡大學(xué)（Vanderbilt University）醫(yī)療中心的腎病專家William H. Fissell IV副教授及其團隊使用3D打印技術(shù)開發(fā)出了一種可植入的人工腎臟，從而為那些腎功能出現(xiàn)問題必需依靠透析、甚至需要腎移植才能夠活下來的患者們帶來了新的希望。研究人員們稱該設(shè)備有望在一年之內(nèi)進行人體實驗。
腎臟可謂是人體內(nèi)最為“辛苦”的器官之一了，它日夜不停地為人體清潔血液和處理廢物。這兩個形狀像蠶豆、拳頭大小的器官每天會過濾150公升的血液并產(chǎn)生1-2公升的尿液?？梢韵胍姡@個器官一旦失效，將直接危及人的生命。而器官移植則是治療腎衰竭最好的治療方案。
據(jù)統(tǒng)計，僅在美國，就有超過46萬人患有晚期腎病，排隊等待腎移植手術(shù)的患者名單人數(shù)超過10萬人，但是2015年僅有17108人接受了腎移植手術(shù)。每一天，就有13人還沒有等到腎移植供體就已經(jīng)死去。
如今Fissell教授及其團隊的發(fā)明有可能結(jié)束這一讓人悲哀而無奈的場景。他說：“我們正在打造一個可以模擬腎臟功能的生物混合裝置，該裝置能夠清除足夠的人體廢物、鹽和水，使病人無需再做透析。”
科學(xué)家們的目標(biāo)是使這一裝置足夠小——目前它就像蘇打水罐那么大——以便于將其置入患者的身體。這個植入式人工腎包括微芯片過濾器和活的腎細(xì)胞，而且將由病人自己的心臟來提供動力。
據(jù)了解，該微芯片采用了與微電子行業(yè)在電腦上使用的硅納米技術(shù)。Fissell教授表示，這種芯片價格便宜、精確，很適合制作過濾器，每個裝置都使用了大約15個微芯片。
在每個芯片過濾器上都包含著許多孔，每個孔都作為一個支架支撐著一個活體腎細(xì)胞的膜，該裝置就是依靠這些腎細(xì)胞來模擬腎臟的自然功能。研究團隊對該過濾器上的每個孔都有相應(yīng)的功能設(shè)計。
Fissell教授說，幸運的是，這些細(xì)胞在實驗室培養(yǎng)皿中生長良好。他們可以創(chuàng)建出一個腎細(xì)胞膜來找出那些代謝后停留在血液中的化合物，并將其作為廢物轉(zhuǎn)移到尿液中。通過這種方式，Fissell教授補充說：“我們可以利用大自然經(jīng)過6000萬年進化的成果，在人工腎臟的內(nèi)部創(chuàng)造一個活細(xì)胞組成的生物反應(yīng)器。”
尤為重要的是，該裝置不需要專門的動力源，它的動力來自于病人的心臟——在血管中血液流動產(chǎn)生的自然壓力——來推動血液通過過濾器。
然而，這一特點也提出了一個挑戰(zhàn)：如何微調(diào)流體動力學(xué)，使血液流經(jīng)該裝置不會產(chǎn)生凝塊。Amanda Buck博士是一位對流體力學(xué)感興趣的生物醫(yī)學(xué)工程師，他在該項目中負(fù)責(zé)這一塊。
Buck博士使用計算機模型來改進設(shè)備內(nèi)部通道的形狀以實現(xiàn)平穩(wěn)的血流。然后，在3D打印技術(shù)的幫助下，研究團隊得以一個原型，并對其進行測試，看它是如何順利地讓血液通過它。
Fssell教授說，由于這是一種生物混合裝置，不會激發(fā)人體的免疫反應(yīng)，因此不太可能會發(fā)生器官移植中常見的排斥反應(yīng)。
Fssell教授稱，這個腎項目從十幾年前就開始了。在2003年，它就獲得了來自美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）的第一筆研究撥款。而在近期。NIH又撥付了一筆600萬美元、為期4年的研究補助金給予Fissell教授和他的研究伙伴及長期合作者——來自加州大學(xué)舊金山分校的huvo Roy。
該團隊希望能夠到2017年底之前進行硅過濾器試驗。Fissell教授說他有一長串的患者渴望參與這項實驗。在2012年，美國食品和藥物管理局（FDA）通過了該項目的快速審批通道申請。
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