A misztikus ereje ellenére a szív elég egyszerű dolog. Ez egy szivattyú - vér be, vér ki. És ez nem ennyire nehézkesen másolni.
De a tüdő más kérdés. Soha senki sem fogja azt tanácsolni, hogy kövesse a tüdőjét, vagy válasszon egy „törött tüdőt”, ami szégyen. Mert ez egy bonyolult szerv.
Kevés ember érti ezt, csakúgy, mint William Federspiel, a biomérnöki kutató és a Pittsburghi Egyetem professzora. Kb. Az elmúlt 20 évben mesterséges tüdő tervezésén dolgozott. Ez kihívás volt, bevallja.
"A tüdő elégtelenségben szenvedő betegek számára alkalmazott technológia messze elmarad a szívelégtelenségben szenvedő emberek technológiájától" - mondja. „Egy nagyon egyszerű tényre vezethető vissza: Nagyon könnyű megtervezni egy kis szivattyút, amely a szív áramlási sebességével szivattyúzza a vért.
„De a tüdő csak hihetetlen szerv a légkör és a tüdőn át áramló vér kicserélésére. Nincs olyan technológia, amely valaha is hozzá tudott volna közelíteni ahhoz, amit az emberi tüdő képes megtenni.
Tüdő egy hátizsákban
De Federspiel és kutatócsoportja közelebb kerülnek egymáshoz. Már felfedezték a Hemolung Respiratory Assist System (RAS) nevű eszközt, amely elvégzi a „légzési dialízist”, és eltávolítja a szén-dioxidot a beteg véréből. Ezt egy pittsburghi startup Federspiel állítja elő, amelyet ALung Technologies néven alapítottak, és ez az év végén vagy 2018 elején az USA klinikai vizsgálatain eshet át. A már engedélyezett használatra Európában, Kanadában és Ausztráliában.
Most egy sokkal kisebb eszközzel haladnak előre, amelyre szabadalmat kértek, csak ez a készülék célja az ember oxigénszintjének emelése. Ezenkívül ez év elején a kutatók 2, 35 millió dolláros támogatást kaptak a Nemzeti Egészségügyi Intézetektől (NIH), hogy gyermekeik számára mesterséges tüdőjüket készítsék.
Egyszerűen fogalmazva: a Federspiel legújabb kutatása egy olyan mechanikus tüdő finomítására koncentrál, amely a testön kívül működik, de elég kicsi ahhoz, hogy a hátizsákban vagy a tokban be tudjon szállítani. Összekapcsolódna a beteg vena cava-jával - egy nagy vénával, amely vért szállít a szívbe - egy kanülön vagy csövön keresztül, amelyet a torok derékszögű vénájába ültetnek be. Még mindig be kell lélegeznie az oxigént a hordozható tartályból.
Federspiel megjegyzi, hogy ez lehetővé tenné az ember számára, hogy mozgékonyabb legyen a kórházban az ágyra szorítás helyett. Ez kritikus, mert ha a betegek nem tudnak mozogni, az izmok gyengülnek, és esélyük a gyógyulásra egy súlyos tüdőfertőzésből csökken. Az eszközt úgy tekintik, hogy különösen hasznos a tüdőátültetést váró betegek számára, például cisztás fibrózisban szenvedő betegek számára.
"Jelenleg nem áll szándékunkban azt állítani, hogy valamelyik ilyen rendszerrel el tudnák hagyni a kórházat - mondja -, de legalább a kórházon belül képesek lennének felkelni és járni."
Az alvadás átok
Nemrégiben történt áttörés az emberi tüdő újjáépítésében. Tavaly az új mexikói Los Alamos Nemzeti Laboratórium tudósai bejelentették, hogy miniatűr eszközt készítettek olyan polimerekből, amely tüdőként működik, és amelynek célja a szervek reakciójának utánozása a gyógyszerekre, toxinokra és más környezeti elemekre vizsgálati célokra.
A Cseh Köztársaságban a Brno Műszaki Egyetem tudósai elmondták, hogy kifejlesztettek egy tüdő 3D-s nyomtatott verzióját, amely képes szimulálni olyan körülményeket, mint az asztma és más krónikus tüdőproblémák, és amely lehetővé teszi az orvosok számára, hogy pontosabbá tegyék a tüdőbetegségek kezelésére.
Mindkét projekt célja azonban, hogy segítse a kutatókat többet megtudni a betegségekről és a kezelésekről, míg a Federspiel kutatásai - valamint a Pittsburgh-ben, a Carnegie Mellon Egyetemen közeli hasonló munkák - inkább arra irányulnak, hogy segítsék a betegeket hosszú távú előrejelzésük javításában. .
Az új készüléknek - amelyet a vér oxigénszintjének emelésére terveztek - a nehezebb véráramot kell támogatnia, mint a szén-dioxidot csökkentő készüléknél. Tehát, amint Federspiel rámutat, szembe kell néznie azzal a problémával, hogy foglalkozzon azzal, ami gyakran történik a vérrel, amikor egy ember által létrehozott felületen át áramlik - elválik.
Mindezt a kifinomult gázcserével kell elvégezni, amely kulcsfontosságú a tüdő működésében, és hogy azt miként utánozzák a készülékben. "A gázcserélő egység [a készülékben] nagyszámú polimer csőből áll, amelyeknek körülbelül kétszerese az emberi haj vastagsága" - magyarázza. „Áteresztőképesek a gáz számára, tehát amikor vér áramlik ezen csövek külső oldalán, 100% oxigént áramoltatunk át a csövek belsejében. Az oxigén diffúzióval bejut a vérbe, és a szén-dioxid kijön a vérből az eszközön átáramló gázáramba. "
A probléma az, hogy az áthaladó vér egy viszonylag nagy mesterséges felülettel érintkezik, ami növeli az alvadás kialakulásának esélyét. Nagy ok, miért nem realisztikus ezen a ponton mérlegelni az ilyen tüdőberendezések beültetését a beteg testébe. Ezeket valószínűleg néhány havonta ki kell cserélni.
Federspiel elmondja, hogy a közelmúltban csapata öt napig képes volt az új eszközt bárányon tesztelni. A juhokat azért használják, mert szív- és érrendszerük hasonló az emberhez ”. De ő és csapata egy vállalkozással is együttműködik olyan speciális bevonatok kifejlesztésén, amelyek remélhetőleg jelentősen csökkentik az alvadást. Ez lehetővé tenné az orvosok számára is, hogy jelentősen csökkentsék a véralvadásgátló szerek szintet.
A következő lépés, mondja, egy 30 napos állatkísérlet, amely összehasonlítja az eszközök eredményeit a bevonattal és annak nélkül. Becslése szerint az emberi klinikai vizsgálatok még 4-5 év múlhatnak.
De Federspielt nem akadályozza meg az olyan eszköz szándékos üteme, amely egyaránt működik, és az emberi tüdő mellett egyaránt működik. Nagyon tisztában van azzal, hogy milyen igényes lehet.
"A mesterséges tüdőnek továbbra is működnie kell, mint az emberi tüdőnek" - mondja. "Amikor erről beszélünk, az első dolog, amit mondok, a tüdő egy hihetetlen szerv."
