10 процента от световното население страда от някаква форма на бъбречно заболяване. Това включва 37 милиона души в САЩ, 100 000 от които починаха всяка година в очакване на бъбречна трансплантация.

стъпка

Нашите бъбреци са от решаващо значение за поддържането ни живи и здрави. Един вид химически компютър, който поддържа нашата химия в кръвта стабилна - независимо дали ядем сладка торта за рожден ден или пълна с витамини салата - те предотвратяват натрупването на отпадъци, стабилизират нивата на електролитите ни и произвеждат хормони за регулиране на кръвното ни налягане и образуване на червена кръв клетки.

Бъбреците почистват кръвта ни, използвайки нефрони, които по същество са филтри, които пропускат течности и отпадъчни продукти, като същевременно блокират кръвните клетки, протеините и минералите. Последните се реинтегрират в кръвта, а първите напускат тялото с урина.

Учените се борят да измислят жизнеспособни лечения за бъбречни заболявания и бъбречна недостатъчност, а тяхната сложност означава, че бъбреците са изключително трудни за синтетично пресъздаване; всеки бъбрек съдържа около един милион сложно структурирани нефрони.

Но новият напредък на изследователите на химическото инженерство от университета в Арканзас доближи функциониращите изкуствени бъбреци с една крачка по-близо. Изследователите създадоха устройство, което успя да филтрира кръвта по начин, подобен на биологичните нефрони. Те описаха устройството в скорошна статия, публикувана в Природни комуникационни материали.

Има два основни процеса, които протичат, когато кръвта преминава през бъбреците. Първо, клъстерите от кръвоносни съдове, наречени гломерули, пропускат малки молекули, отпадъци и вода, докато протеините и кръвните клетки остават назад. Материалът, който преминава през този първи филтър, след това се влива в нефронната мрежа, където допълнително се филтрира в процес, наречен йонно транспортиране.

Работата на изследователите се фокусира върху втората стъпка - йонният транспорт. Те поставиха пореста мрежа от платина между две йонообменни пластини, за да създадат пластинка, която прокарва йони през мембраните с помощта на електрическо поле. Платинените мрежи служат като електроди при подаване на напрежение, което позволява на екипа да избере различни йони и да регулира скоростта на транспортиране независимо. Те тестваха технологията с различни йони и успяха да имитират йонния транспорт, осъществяван от бъбреците.

В своя доклад екипът посочва, че други изследователски групи са се опитали да създадат изкуствени нефрони, използвайки живи, базирани на клетки системи, включително стволови клетки; но извън естествената, жизнена среда и отсъстващи физическото и хормоналното сигнализиране, което контролира тяхната функция, биологично базирани системи се борят да възпроизведат функцията на нефроните, особено йонния транспорт.

Криста Хестекин, доцент по химическо инженерство в Арканзас и водещ автор на статията, заяви: „Системата може да работи като самостоятелно устройство или заедно с перитонеална диализа за контрол на химията на разтворите, използвани при лечението. Малките модификации на устройството могат да му позволят да функционира като носим и потенциално имплантируем изкуствен бъбрек. "

Само в САЩ в момента над 93 000 души са в списъка на чакащите за бъбречна трансплантация. Въпреки че напълно функциониращият изкуствен бъбрек вероятно е в най-добрия случай още години, учените отбелязват постепенно напредък в пресъздаването на този жизненоважен орган; изкуствен нефрон като описания тук е само едно парче от сложен пъзел.

Друга важна част е функциониращата мрежа от кръвоносни съдове. През 2015 г. учени от Националната лаборатория „Лорънс Ливърмор“ създадоха биопечатана бъбречна тъкан, която възпроизвежда някои от функциите на биологичните нефрони. През 2016 г. група от лабораторията на Луис в Харвард използва 3D печат, за да пресъздаде каналчетата на нефроните, пълна със съдова мрежа за кръвен поток - но те останаха живи само малко повече от два месеца.

По този начин изцяло синтетичният характер на технологията на екипа на Арканзас би могъл да зависи от биологично базирани подходи. Според Хестекин нефронът може да се комбинира със системи за ултрафилтрация, нанофилтрация или обратна осмоза и да се интегрира в изкуствен бъбрек.

Предвид огромния брой хора, които се нуждаят от тях, изкуствените бъбреци не могат да дойдат достатъчно скоро и ще бъдат чудо на съвременната наука, когато пристигнат. Въпреки че ще мине още известно време, постепенният напредък като този ни дава увереността да казваме „кога“ вместо „ако“.