Первая 3D-печатная искусственная почка на основе микрочипов (+ видео)

Используя 3D-печатные прототипы, они работают над заменой имплантируемых почек для страдающих почечной недостаточностью пациентов, периодически подключаемых в настоящее время к диализным аппаратам. Первые испытания для этих имплантантов на человеке могут пройти в конце следующего года.

В случае успеха этот проект может полностью изменить жизнь страдающих болезнью почек пациентов. Почки, конечно, удивительные органы. При круглосуточной работе, пропуская около 150 литров крови, эти органы в форме кулачка очищают нашу кровь и удаляют отходы. Почечная недостаточность является смертельно опасным недугом, поэтому для пациентов с такими заболеваниями почек есть только два варианта – пересадка органа (но спрос намного превышает предложение) или строго регулярный диализ.

По данным американской сети получения и трансплантации органов, сегодня более 100 000 пациентов в очереди на пересадку почки, но каждый год доступно менее 20 000 органов. В одних только США более 460 000 человек страдают хроническими заболеваниями почек, при этом каждый год фиксируется около 100 000 новых заболеваний и примерно такое же количество людей умирает. На финансирование заболеваний почек правительство США потратило около $87 млрд. только в 2012 году.

В общем, это сфера, которая определенно может извлечь выгоду из 3D-печатных органов, но на это могут уйти годы. Поэтому нефролог и старший доцент медицинского центра в Университете Вандербильта Уильям Фисселл (William H. Fissell) работает над более практичным решением в виде трансплантируемого био-гибридного устройства, которое работает практически как миниатюрный диализный аппарат размером с банку из-под газировки. Если в двух словах, это искусственная почка, оснащенная микрочиповыми фильтрами и почечными клетками, управляемыми собственным сердцем пациента.

«Мы создаем био-гибридное устройство, которое может имитировать работу почки, удаляя в достаточной спепени шлаки, соли и воду, не требуя подключения пациента к стационарному аппарату для диализа», - объяснил Фисселл.

Этот проект Фисселя также предполагает привлечение врачей, ученых и инженеров из десятков университетов и компаний со всей территории США, а также биоинженера Шуво Роя, доктора наук, который является техническим руководителем проекта. Для создания устройства предполагается использовать микрочип, принцип действия которого полностью основан на силиконовой нанотехнологии. Эти недорогие, точные, идеальные фильтры уже часто используются в микроэлектронной промышленности. Окончательный вариант имплантанта будет содержать около 15 таких инструментов.

Помимо того, что это отличные фильтры, они также включают специальные сосуды, которые выступают в качестве строительного каркаса для мембраны живой клетки почки. Эти ячейки будут имитировать естественные функции почки. К счастью, эти клетки хорошо выращиваются в лабораторных условиях. Они были послойно уложены для создания мембран ячеек, которые могут определить, какие вещества в крови питательные и должны поглощаться, а какие должны быть удалены с мочой, как отходы. «Мы можем помочь матери природе, потратившей 60 миллионов лет на процесс эволюции, чтобы создать биореактор в виде этой искусственной почки», - объясняет ученый. Удивительно, но при этом не требуется каких-либо носимых источников питания. Имплантат будет питаться естественным давлением кровотока, создаваемым сердцем, чтобы протолкнуть кровь через фильтры.

Однако есть одна трудно разрешимая задача – как предотвратить свертывание крови в потоке? Инженер-гидроаэромеханик Аманда Бакс работает над этой частью проекта, используя существующие компьютерные модели, чтобы создать специальные каналы для оптимизации кровотока. Чтобы проверить соотвествие их требованиям, были проведены испытания с использованием 3D-печатных прототипов. Известно, что большинство трансплантируемых органов могут вызывать реакцию иммунной системы организма и отторжение. Ученый надеется, что в данном случае это не будет проблемой, так как устройство будет недоступно для реакции.

Работа над этим перспективным проектом ведется с 2003 года, когда он получил первый грант от Национального института здоровья, дополненный недавно очередным грантом в $6 млн. на 4 года. Команда разработчиков надеется, что пробные эксперименты могут начаться в конце 2017 года, и у них уже есть длинный список пациентов, желающих внести свой вклад в развитие проекта.