Znanost

The Kidney Project: prva uspješna implantacija kompaktnog aparata za dijalizu

Igor Berecki subota, 13. studenog 2021. u 06:00

Nakon uspješne demonstracije funkcionalnosti na pretkliničkom životinjskom modelu, umjetni bubreg pokretan samo protokom krvi, implantiran bez potrebe za imunosupresivima, spreman je za prva testiranja na ljudima

Bubrezi su parni organi čija je glavna funkcija stvaranje mokraće, urina, putem kojega se iz organizma uklanjaju suvišne otpadne tvari nastale tijekom metaboličkih procesa. Putem bubrega se iz tijela otklanja i suvišak tekućine. Proces proizvodnje urina u bubrezima je neophodan za održavanje stabilne ravnoteže tjelesnih kemikalija, a u fiziološkom smislu uključuje složene procese izdvajanja vode i metabolita iz krvi, njihovog koncentriranja u bubrezima, ponovne apsorpcije onih tvari koje su organizmu potrebne, te izlučivanja konačnog urina u odvodne kanale mokraćnog sustava.

Osim detoksikacije organizma, bubrezi regiliraju i razine tjelesnih kemikalija (natrija, kalija, bikarbonata, kalcija...). Manje poznata (ali ne i manje važna) funkcija bubrega je proizvodnja hormona koji nadziru rad i funkciju nekih drugih organskih sustava u tijelu. Na primjer, eritropoetin, hormon kojega proizvode bubrezi, regulira proizvodnju eritrocita, crvenih krvnih stanica. Bubrezi proizvode i hormone koji pomažu regulirati krvni tlak i kontrolirati koštani metabolizam putem regulacije razine kalcija i vitamina D.

Osim ako nismo medicinski fenomeni, posjedujemo dva bubrega, svaki otprilike veličine stisnute šake, smještena straga s obje strane kralježnice, u razini donjeg dijela prsnog koša. Svaki bubreg sadrži oko milijun funkcionalnih jedinica koje se nazivaju nefroni. Nefron se sastoji od filtarske jedinice građene od mikroskopskih krvnih žila (kapilara) zvanih glomerul i od apsorpcijske cjevčice nazvane tubul. Kada krv uđe u glomerul, ona se filtrira, a taj filtrat (kojega zovemo primarni urin) zatim ulazi u tubul, gdje se kemikalije i voda iz filtrirane tekućine dodaju ili uklanjaju prema potrebama tijela. Završni produkt filtracije i apsorpcije u nefronu je konačni urin, kojega potom izlučujemo.

Bubrezi obavljaju svoj životni zadatak filtriranja oko 200 litara primarnog urina tijekom svaka 24 sata. Od tih 200 litara, otprilike dvije litre izmokrimo (konačni urin), a oko 198 litara se u tubulima reapsorbira nazad u krvotok. Naravno, ukoliko je sa zdravljem i funkcijom bubrega sve u redu.

Kada bubrezi otkažu

No, ako bubrezi iz nekog razloga otkažu u svojoj funkciji čistača toksina i regulatora tjelesne tekućine, dolazi do uremije, stanja autointoksikacije, samozatrovanja organizma vlastitim metaboličkim produktima, praćenog prekomjernim nakupljanjem suvišne tekućine (edemima), što u vrlo kratkom toku – ponekad za samo par dana – može rezultirati smrtnim ishodom.

Bolesti i stanja koja dovode do progresivnog i trajnog gubitka funkcije bubrega mogu se dogoditi iznenada ili se pak razvijati polako i neprimjetno tijekom više godina ili desetljeća. Vodeći uzrok kronične bolesti bubrega u suvremenom svijetu je slabo kontrolirani, neliječeni dijabetes, bolest u kojoj organizam ne uspijeva adekvatnom produkcijom inzulina kontrolirati normalnu razinu šećera u krvi, što može uzrokovati probleme prvenstveno zbog kroničnog oštećenja mikrocirkulacije u kapilarama od kojih je građen i značajan dio bubrežnog tkiva.

Zdrav, funkcionalan bubreg (lijevo) i kronično oštećen bubreg zahvaćen dijabetičkom nefropatijom, gubitkom funkcije uslijed degenerativnih promjena vaskularnog sustava bubrega (desno)
Zdrav, funkcionalan bubreg (lijevo) i kronično oštećen bubreg zahvaćen dijabetičkom nefropatijom, gubitkom funkcije uslijed degenerativnih promjena vaskularnog sustava bubrega (desno)

Još jedan čest uzrok bolesti bubrega (a i drugih komplikacija: srčanih i moždanih udara) je hipertenzija, visoki krvni tlak. Od upalnih bolesti odgovornih za nastanak gubitka bubrežne funkcije valja spomenuti glomerulonefritis, upalu sitnih filtrirajućih građevnih elemenata bubrega zvanih glomeruli (svaki bubreg ih ima oko milijun). Upala glomerula se može dogoditi iznenada, na primjer nakon streptokokne upale grla, ali se može razvijati i sporo, tijekom nekoliko godina i uzrokovati potpuni gubitak bubrežne funkcije.

Najčešće nasljedno oštećenje bubrega je policistična bolest, karakterizirana stvaranjem šupljina (cista) u bubrežnom tkivu, koje se s vremenom povećavaju i mogu uzrokovati zatajenje bubrega. Tu su i neke druge, rjeđe nasljedne bolesti koje utječu na bubrege: Alportov sindrom, primarna hiperoksalurija i cistinurija. Potencijalno ugrožavanje zdravlja i normalnog rada bubrega mogu izazvati i infekcije mokraćnog sustava, neke opstruktivne kongenitalne bolesti i bubrežni kamenci, što sve može za posljedicu imati opstrukciju normalnog protoka i zadržavanje urina u bubrezima i odvodnim kanalima, nekada i s kroničnim posljedicama.

Dugotrajno nekontrolirano korištenje većih doza lijekova protiv bolova može biti štetno za bubrege, a i neki drugi lijekovi, toksini, pesticidi i "ulične" kemikalije kao što su heroin i crack također mogu uzrokovati kronično oštećenje bubrega i potpuni prestanak njihove funkcije.

Kako se liječi zatajenje bubrega?

Kronično zatajenje bubrega, predstavlja progresivan, životno ugrožavajući prestanak bubrežne funkcije. Zatajenje bubrega može se liječiti hemodijalizom, peritonealnom dijalizom ili transplantacijom bubrega.

Većina pacijenata koja se liječi dijalizom mora u kliničkim centrima za hemodijalizu više puta tjedno „pročišćavati“ krv od nakupljenih otpadnih tvari i toksina. Jedan dijalizni ciklus traje satima, neugodan je, troši vrijeme i medicinske resurse (i kadrovske i metarijalne), a sa sobom nosi brojne rizike.

Jedan manji dio kroničnih bubrežnih bolesnika bude podvrgnuto transplantaciji, primi donirani bubreg (od umrle osobe ili živog donora). Transplantacije kao kirurški zahvat danas imaju visoke stope uspješnosti, no za doniranim bubrezima konstantna je potražnja: ima ih daleko manje nego što postoji potreba za njima.

Osim toga, pacijenti koji su primili donirani bubreg moraju unatoč tome što su od druge osobe primili biološki kompatibilan organ kontinuirano uzimati imunosupresivne lijekove koji mogu imati vrlo neugodne i nepoželjne nuspojave.

Transplantacija bubrega je u medicinskom smislu sve uspješniji zahvat; međutim, potrebe za doniranim bubrezima se višestruko veće od donacijskih resursa, pa su liste čekanja na transplantaciju sve duže
Transplantacija bubrega je u medicinskom smislu sve uspješniji zahvat; međutim, potrebe za doniranim bubrezima se višestruko veće od donacijskih resursa, pa su liste čekanja na transplantaciju sve duže

KidneyX-ova nagrada za The Kidney Project

U želji da premoste većinu negativnih strana dijalize i transplantacije kao do sada jedinih spasonosnih rješenja za bolesnike kod kojih je došlo do potpunog otkazivanja bubrežne funkcije, znanstvenici okupljeni oko ideje izrade bioarteficijelnog bubrega pod krovnim nazivom The Kidney Project su prije nekoliko tjedana uspješno demonstrirali rad svojega prototipa kompaktne implantabilne naprave za dijalizu, aparata kompaktne veličine (dakle ne veće od sâmog bubrega), koji ima svrhu da pacijente s teškim poremećajima bubrežne funkcije oslobodi frekventnih dijaliziranja na glomaznim bolničkim aparatima i da ih „skine“ s lista čekanja za transplantaciju.

Već prva demonstracija kojom su znanstvenici okupljeni u The Kidney Project prikazali rezultate svojeg dosadašnjeg rada bila je dovoljno uvjerljiva da im bude uručena nagrada od 650.000 dolara koju je za izradu prvog funkcionalnog implantabilnog umjetnog bubrega raspisala udruga KidneyX.

KidneyX je javno-privatno partnerstvo između američkog Ministarstva zdravstva i socijalnih usluga (HHS) i Američkog društva za nefrologiju (ASN) osnovano sa svrhom kako bi “ubrzalo inovacije u prevenciji, dijagnostici i liječenju bubrežnih bolesti”.

The Kidney Project, nacionalni tim znanstvenika kojega su predvodili Shuvo Roy iz Sveučilišnog centra San Francisco (UCFS) i William Fissell, liječnik iz Medicinskog Centra Sveučilišta Vanderbilt, tijekom pretkliničkih istraživanja dizajnirao je dva temeljna dijela umjetnog bubrega, te ih uspješno implantirao. Prvo su u zasebnom pokusu testirali hemofilter, dio umjetnog bubrega koji iz krvi izdvaja i eliminira toksine i otpadne nusproizvode metabolizma, a zasebno su testirali i bioreaktor, dio koji replicira i neke druge bubrežne funkcije, npr. ravnotežu elektrolita u krvi.

Potom su te dvije komponente spojili u jedinstvenu, kompaktnu verziju aparata koji zamjenjuje navedene funkcije živoga bubrega. Posebnost ovog dvodijelnog sklopa je u njegovoj potpunoj biokompatibilnosti: izrađen je od umjetnih materijala koji, za razliku od živog tkiva doniranog bubrega, ne izazivaju transplantacijsku reakciju odbacivanja. Povrh toga, za svoj rad ne zahtijeva nikakav izvor energije: upogonjen je samo razlikom osmotskog tlaka stvorenom tijekom protoka krvi kroz unutrašnji membranski sustav hemofiltera i bioreaktora. U teoriji, jednom implantiran, mogao bi trajati doživotno.

Replikacija visoke kvalitete života

KidneyX-ovu nagradom za umjetni bubreg – kao jedan od šest konkurentskih međunarodnih istraživačkih timova – nagrađeni su nakon uspješne demonstracije biološke i fiziološke funkcionalnosti svojeg aparata na pretkliničkom (životinjskom) modelu. Hemofilter i bioreaktor su nakon implantacije u pokusne životinje uspješno radili u tandemu, pokretani samo protokom krvi (krvnim tlakom), bez potrebe za lijekovima za razrjeđivanje krvi ili imunosupresivima.

"Vizija umjetnog bubrega je pružiti pacijentima potpunu mobilnost i bolje fiziološke ishode od dijalize", rekao je Roy, koji je jedan od predavača na Odjelu za bioinženjering i terapeutske znanosti, UCSF-ovog Fakulteta medicine i farmakologije. “Implantabilni kompaktni umjetni bubreg pružit će mnogo višu kvalitetu života milijunima ljudi diljem svijeta koji boluju od zatajenja bubrega.”

Umjetni bubreg ne samo da će replicirati visoku kvalitetu života kakva postoji kod primatelja transplantiranih bubrega – što je aktualni "zlatni standard" liječenja bubrežnih bolesti – već će ih i poštedjeti potrebe za neugodnim i kompliciranim uzimanjem imunosupresivnih lijekova.

"Naš je tim projektirao umjetni bubreg kako bi održivo replicirao funkcionalnost ljudskih nefrona bez izazivanja imunološkog odgovora", rekao je Roy. "Sada kada smo na životinjskom modelu pokazali da je implantacija hemofiltera i bioreaktora biološki kompatibilna i fiziološki funkcionalna, možemo se usredotočiti na usavršavanje tehnologije za rigoroznija pretklinička ispitivanja, a u konačnici i za prava, klinička ispitivanja na ljudima."

"Ova nagrada je dokaz odvažne vizije The Kidney Projecta i sposobnosti za provedbu održivog rješenja za milijune pacijenata sa zatajenjem bubrega", rekao je dekan UCSF-a, doktor farmakologije Joseph Guglielmo.

 

Igor „Doc“ Berecki je pedijatar-intenzivist na Odjelu intenzivnog liječenja djece Klinike za pedijatriju KBC Osijek. Pobornik teorijske i praktične primjene medicine i znanosti temeljene na dokazima, opušta se upitno ne-stresnim aktivnostima: od pisanja znanstveno-popularnih tekstova i objavljivanja ilustracija u tiskanom izdanju časopisâ BUG, crtkanja računalnih grafika i primijenjenog dizajna, zbrinjavanja pasa i mačaka, fejsbučkog blogiranja o životnim neistinama i medicinskim istinama, sve do kuhanja upitno probavljivih craft-piva i sasvim probavljivih jela, te neprobavljivog sviranja bluesa.

Najmanji i najtanji 14" gaming prijenosnik s AMD Ryzen

165 Hz

RAZER Blade 14

Ryzen 9 5900HX, 16GB, 1000GB SSD, GeForce RTX 3070 8GB, 14" QHD 165Hz, Windows 10

17.499 kn 18.799 kn Kupi


Bežični HiFi zvučnici

AUDIOENGINE A2BT

Premium aktivni zvučnici sa stereo zvukom visoke vjernosti spajaju se sa vašom glazbom sa bilo koje aplikacije ili uređaja u sekundi. Vrhunski Bluetooth mini kućni glazbeni sustav savršen je za radnu površinu ili manje prostore.

1299 2289 Kupi

Prijenosni zvučnik

JBL GO 2 champagne

Prijenosni Bluetooth zvučnik za bežični streaming glazbe sa pametnog telefona ili tableta sa ugrađenom punjivom baterijom za do 5 sati reprodukcije, vodootpornim dizajnom i ugrađenim mikrofonom. Dolazi sa audio kabelom.

189 279 Kupi