Enheden simulerer filtrering og iontransportfunktioner af menneskelige nyrer

Kemitekniske forskere ved University of Arkansas har udviklet en enhed, der simulerer blodfiltrering og iontransportfunktioner i den menneskelige nyre. Teknologien kan omdanne behandlingsmuligheder for mennesker i sidste fase af nyresygdom.

"Grundlæggende skabte vi en syntetisk nefron - strukturen, der filtrerer blod for at sprede næringsstoffer til kroppen og fjerne affaldsmateriale, sagde Christa Hestekin, lektor i kemiteknik og hovedforsker. "Systemet kunne fungere som en selvstændig enhed eller i forbindelse med peritonealdialyse for at kontrollere kemien i opløsninger, der bruges i behandlingen. Og, mindre ændringer af enheden kan gøre det muligt at fungere som en bærbar og potentielt implanterbar kunstig nyre. "

Hestekin arbejder på et team, herunder Jamie Hestekin, professor i kemiteknik; Ira Kurtz, professor i medicin og chef for nefrologi ved UCLA Health; og flere studerende i Ralph E. Martins afdeling for kemiteknik ved University of Arkansas. Finansieret af US Kidney Research Corporation, værket blev offentliggjort i Kommunikationsmaterialer , en Nature -publikation.

Forskernes system simulerer nefrons kritiske iontransportarbejde. Som den strukturelle og funktionelle enhed i nyrerne, nefronet regulerer blodkemien gennem filtrering af blodet, der leverer ioner og organiske molekyler til kroppen, før det genererer urin, der skal udskilles.

For at simulere filtreringsprocessen, forskere indsatte porøse platinmasker mellem to ionbytterskiver for at skabe en enkelt elektrodeioniseringswafer, der bruger et elektrisk felt til at tvinge ioner gennem membraner. Maskerne fungerer som elektroder, når der påføres spænding. Meshelektroderne muliggjorde uafhængig kontrol af transportkamre i enheden, hvilket igen gjorde det muligt for forskere at vælge forskellige ioner og justere transporthastigheder uafhængigt.

Hestekins team testede med succes teknologien med flere fysiologisk relevante ioner, efterligner den specifikke kontrol af iontransport gennem nyrerne.

Kombineret med ultrafiltrering, nanofiltrering eller omvendt osmose -systemer, forskernes teknologi kunne integreres i en kunstig nyre, Sagde Hestekin.

Ifølge Centers for Disease Control and Prevention, 37 millioner mennesker i USA lider af en eller anden form for kronisk nyresygdom. Af disse, omkring 700, 000 mennesker om året vil udvikle slutstadiet, nyresygdom, som kræver dialyse eller som en sidste udvej, en nyretransplantation. CDC rapporterer, at den gennemsnitlige varighed af patientoverlevelse ved dialyse er lidt længere end syv år, og patienter skal generelt vente omkring 10 år på at modtage en doneret nyre. Cirka 100, 000 mennesker dør hvert år, mens de venter på en nyretransplantation.