Kaikista mystisistä voimistaan sydän on melko yksinkertainen asia. Se on pumppu - veri sisään, veri ulos. Ja siitä ei ole kovin vaikea kopioida.
Mutta keuhkot ovat toinen asia. Kukaan ei koskaan suosittele sinua seuraamaan keuhkojasi tai valittamaan rikkoutuneita keuhkoja, mikä on sääli. Koska se on yksi monimutkainen elin.
Harvat ymmärtävät tämän, samoin kuin William Federspiel, biotekniikan tutkija ja Pittsburghin yliopiston professori. Viimeisten 20 vuoden aikana hän on työskennellyt keinotekoisen keuhkon suunnittelussa. Se on ollut haaste, hän myöntää.
"Keuhkovajauksissa kärsivien potilaiden tekniikka on selvästi jäljessä sydämen vajaatoiminnasta kärsivien ihmisten tekniikasta", hän sanoo. ”Se on melko yksinkertainen tosiasia: On melko helppoa suunnitella pieni pumppu, joka voi pumppaa verta veren virtausnopeudella, jota sydän tekee.
”Mutta keuhko on vain uskomaton elin vaihtamaan kaasua ilmakehän ja keuhkojen läpi virtaavan veren välillä. Ei ole tekniikkaa, joka olisi koskaan pystynyt pääsemään lähelle sitä, mitä ihmisen keuhkot voivat tehdä. "
Keuhko reppussa
Federspiel ja hänen tutkimusryhmänsä ovat kuitenkin lähentymässä toisiaan. He ovat jo keksineet laitteen, nimeltään Hemolung Respiratory Assist System (RAS), joka suorittaa niin sanotun "hengitysdialyysin", poistaen hiilidioksidin potilaan verestä. Sitä tuottaa Pittsburghin startup Federspiel, joka perustettiin nimellä ALung Technologies, ja se voidaan testata Yhdysvaltojen kliinisissä tutkimuksissa tämän vuoden lopulla tai vuoden 2018 alussa. Se on jo hyväksytty käytettäväksi Euroopassa, Kanadassa ja Australiassa.
Nyt he liikkuvat eteenpäin paljon pienemmällä laitteella, jolle he ovat hakeneet patenttia, vain tämä on tarkoitettu nostamaan ihmisen veren happitasoja. Lisäksi aiemmin tänä vuonna tutkijat saivat 2, 35 miljoonan dollarin apurahan National Institutes of Health (NIH) -keskuksesta kehittääkseen keinotekoisen keuhkon version lapsille.
Yksinkertaisesti sanottuna, Federspielin viimeisin tutkimus keskittyy kehon ulkopuolella toimivan mekaanisen keuhkon puhdistamiseen, mutta joka on riittävän pieni kannettavaksi reppun tai kotelon sisällä. Se olisi kytketty potilaan suonikavaan - suureen laskimoon, joka kuljettaa verta sydämeen - kanyylin tai putken kautta, joka on asetettu kurkun kaulalaskimoon. Hänen tulisi silti hengittää happea kannettavasta säiliöstä.
Tämä, Federspiel toteaa, antaisi henkilön olla liikkuvampaa sairaalassa sen sijaan, että se rajoittuisi sänkyyn. Se on kriittistä, koska jos potilaat eivät voi liikkua, heidän lihaksensa heikkenevät ja heidän mahdollisuudet toipua vakavasta keuhkoinfektiosta vähenevät. Laitteen nähdään olevan erityisen hyödyllinen potilaille, jotka odottavat keuhkoinsiirtoa, kuten ihmisille, joilla on kystinen fibroosi.
"Emme aio tällä hetkellä, että he voisivat poistua sairaalasta jollain näistä järjestelmistä, " hän sanoo, "mutta ainakin sairaalan sisällä he pystyisivät nousemaan ylös ja kävelemään."
Veritulppien kirous
Ihmisen keuhkojen uusinnassa on viime aikoina tapahtunut muitakin läpimurtoja. Viime vuonna New Meksikon Los Alamosin kansallisen laboratorion tutkijat ilmoittivat luoneensa pienikokoisen laitteen, joka on valmistettu polymeereistä ja joka toimii keuhkoina.
Tšekin tasavallassa Brnon teknillisen yliopiston tutkijat kertoivat kehittäneensä keuhkojen 3D-tulostetun version, joka voi simuloida sairauksia, kuten astmaa ja muita kroonisia keuhkohäiriöitä, ja jonka avulla lääkärit voivat tarkentaa tapaansa, jolla he hoitaa keuhko-olosuhteet.
Molempien projektien tarkoituksena on kuitenkin auttaa tutkijoita oppimaan enemmän sairauksista ja hoidoista, kun taas Federspielin tutkimus - samoin kuin Pittsburghin lähellä Carnegie Mellon Universityssä tekemä vastaava työ - on suunnattu enemmän auttamaan potilaita parantamaan pitkäaikaista ennustettaan .
Uuden laitteen - joka on suunniteltu nostamaan veren happitasoja - on tuettava raskaampaa verenvirtausta kuin kone, joka alentaa hiilidioksidia. Joten, kuten Federspiel huomauttaa, on edessä haaste käsitellä sitä, mitä veressä tapahtuu usein, kun se virtaa ihmisen aiheuttaman pinnan yli - se hyytyy.
Kaikella on tekemistä hienostuneen kaasunvaihdon kanssa, joka on avain keuhkojen toimintaan, ja siihen, miten sitä jäljitetään laitteessa. "[Laitteessa] oleva kaasunvaihtoyksikkö koostuu suuresta määrästä polymeeriputkia, jotka ovat noin kaksinkertaiset ihmisen hiuksen paksuuteen", hän selittää. ”Ne ovat kaasun läpäiseviä, joten kun veri virtaa näiden putkien ulkopinnalle, kuljemme 100 prosenttia happea putkien sisäpuolelta. Happi siirtyy vereen diffuusion avulla ja hiilidioksidi siirtyy verestä laitteen läpi virtaavaan kaasuvirtaan. "
Ongelmana on, että läpi kulkeva veri joutuu kosketukseen suhteellisen suuren keinotekoisen pinnan kanssa, mikä lisää hyytymien muodostumisen mahdollisuutta. Se on iso syy siihen, miksi tässä vaiheessa ei ole realistista harkita tämänkaltaisten keuhkolaitteiden istuttamista potilaan kehoon. Ne on todennäköisesti vaihdettava muutaman kuukauden välein.
Federspiel kertoo, että hänen ryhmänsä pystyi äskettäin testaamaan uutta laitetta lampailla viiden päivän ajan ilman mitään ongelmia. Lampaita käytetään, koska heidän sydän- ja verisuonijärjestelmänsä ovat samanlaiset kuin ihmisillä. Mutta hän ja hänen tiiminsä tekevät yhteistyötä yrityksen kanssa kehittääkseen erityisiä pinnoitteita, jotka toivovat vähentävän huomattavasti hyytymistä. Tämän ansiosta lääkärit voisivat myös alentaa huomattavasti veren hyytymistä estävien lääkkeiden tasoa.
Seuraava vaihe, hän sanoo, on 30 päivän eläinkoe, jossa verrataan laitteiden tuloksia sekä pinnoitteeseen että ilman sitä. Hän arvioi, että ihmisten kliiniset tutkimukset voisivat olla vielä neljästä viiteen vuoteen.
Mutta Federspiel ei ole estänyt tahallisesta tahdista luoda laite, joka toimii yhtä hyvin kuin ihmisen keuhkot. Hän on hyvin tietoinen siitä, kuinka vaativa se voi olla.
"Keinotekoisen keuhkon on edelleen toimittava kuin ihmisen keuhko", hän sanoo. "Kun puhun tästä aiheesta, sanon ensin, että keuhko on uskomaton elin."
