Исследовательская группа под руководством профессора Сон Чжэ Кима с факультета электротехники и вычислительной техники Сеульского национального университета разработала компактное устройство для перитонеального диализа, использующее наноэлектрокинетическую технологию, которое потенциально может стать носимой искусственной почкой. Результаты исследования были опубликованы 29 марта в Journal of Nanobiotechnology. Разработка велась в сотрудничестве с Больницей Сеульского национального университета, Медицинским колледжем Сеульского национального университета и Университетом Халлим (факультет материаловедения и инженерии).
Рост числа пациентов, нуждающихся в диализе из-за почечной недостаточности, вызванной промышленным развитием и изменением пищевых привычек, ставит острою проблему перед здравоохранением. Существующий гемодиализ значительно ограничивает повседневную жизнь пациентов: процедуры требуют посещения больницы 2-3 раза в неделю по 4-6 часов и использования громоздкого оборудования. Попытки создать портативные устройства предпринимались с начала 2000-х годов в США, Европе и Японии, но потерпели неудачу из-за отсутствия технологий для миниатюризации диализаторов, что препятствовало коммерциализации.
Альтернативный метод, перитонеальный диализ, заключается во введении диализирующей жидкости в брюшную полость, где через брюшину происходит удаление продуктов жизнедеятельности путем молекулярного обмена. Это позволяет проводить процедуру дома или в других местах, обеспечивая пациентам более привычный образ жизни.
Новое устройство выводит перитонеальный диализ на новый уровень, делая его носимым. Оно непрерывно очищает использованную диализную жидкость вне тела пациента и возвращает ее обратно. Ключевой технологией является наноэлектрокинетика, в частности, метод ионной концентрационной поляризации (ICP).
Механизм ICP использует силу Кулона для быстрого разделения ионов и частиц вблизи нанопористой мембраны, обладающей селективной ионной проницаемостью. Это создает резкий градиент концентрации, и очищенный раствор собирается из области с низкой концентрацией. Приложение электрического поля через мембрану ускоряет разделение ионов и расширяет зону очистки.
Одной из сложностей традиционных методов электродеионизации и ICP является удаление электрически нейтральных молекул, таких как мочевина – основной продукт жизнедеятельности, который не подвержен влиянию силы Кулона, в отличие от заряженных отходов, таких как креатинин. Исследователи решили эту проблему, дополнительно активировав селективную ионную проницаемость нанопористой мембраны. Это позволило осуществлять электрохимическое разложение и удаление как заряженных, так и нейтральных молекул. Принцип был экспериментально подтвержден с использованием микрофлюидного устройства.
Другой проблемой была необходимость увеличения скорости потока жидкости до миллилитров в минуту (мл/мин) для жизнеспособности носимого устройства, тогда как обычные микрофлюидные устройства с двумерной структурой ограничены скоростями порядка микролитров в минуту (мкл/мин). Команда разработала структуру микросетки (micro-mesh), которая создает наномасштабную электрогидродинамическую среду только вблизи нанопористой мембраны. Это позволило создать трехмерное (3D) диализное устройство со значительно увеличенной пропускной способностью.
В ходе испытаний разработанное устройство достигло скорости потока до 1 миллилитра в минуту. Применение на животной модели – крысах с почечной недостаточностью – продемонстрировало среднюю эффективность удаления отходов примерно 30% за один цикл диализа. При этом исследователи отмечают наличие явных ограничений в тестах на крысиной модели.
Профессор Чон Чан Ли из Медицинского колледжа Сеульского национального университета подчеркивает, что для применения у людей предстоит долгий путь, включающий коммерциализацию медицинского устройства, оценку безопасности, клинические испытания и получение разрешений регулирующих органов. Однако он отмечает, что фундаментальная технология уже обеспечена, и призывает к дальнейшим инвестициям и исследованиям.
Профессор Гон Ён Сон из Университета Халлим выделяет эту работу как первое успешное применение нанотехнологий в создании искусственных органов, акцентируя внимание на улучшении качества жизни пациентов с терминальной стадией почечной недостаточности.
Профессор Ён Су Ким из Больницы Сеульского национального университета указывает на трудности, с которыми сталкиваются пациенты с хронической болезнью почек при попытке вести нормальную повседневную жизнь с текущими методами лечения. Он видит в новой разработке потенциал для обеспечения более стабильной повседневной активности и возможности вести более активный образ жизни в случае ее коммерциализации.
Профессор Сон Чжэ Ким, руководитель исследования, подтверждает широкие социальные последствия разработки: повышение качества жизни, доступности лечения, снижение затрат и развитие отрасли медицинских устройств. Признавая ограничения тестов на крысах, он выражает уверенность, что интеграция их технологии удаления отходов на основе ICP и увеличения потока жидкости в искусственные почки повысит мобильность и уровень жизни пациентов с терминальной стадией почечной недостаточности.
Коммерциализация этой технологии способна значительно улучшить качество жизни пациентов с почечной недостаточностью, предоставляя им мобильность и возможность вести более активный образ жизни. Это также может привести к снижению медицинских расходов и количества медицинских отходов, повысить доступность медицинской помощи, особенно для пациентов с низким доходом и в развивающихся странах, дать толчок развитию индустрии медицинских устройств и революционизировать лечение терминальной стадии почечной недостаточности, предлагая лучшее качество жизни тем, кто не удовлетворен текущими методами диализа.
Изображение носит иллюстративный характер
Рост числа пациентов, нуждающихся в диализе из-за почечной недостаточности, вызванной промышленным развитием и изменением пищевых привычек, ставит острою проблему перед здравоохранением. Существующий гемодиализ значительно ограничивает повседневную жизнь пациентов: процедуры требуют посещения больницы 2-3 раза в неделю по 4-6 часов и использования громоздкого оборудования. Попытки создать портативные устройства предпринимались с начала 2000-х годов в США, Европе и Японии, но потерпели неудачу из-за отсутствия технологий для миниатюризации диализаторов, что препятствовало коммерциализации.
Альтернативный метод, перитонеальный диализ, заключается во введении диализирующей жидкости в брюшную полость, где через брюшину происходит удаление продуктов жизнедеятельности путем молекулярного обмена. Это позволяет проводить процедуру дома или в других местах, обеспечивая пациентам более привычный образ жизни.
Новое устройство выводит перитонеальный диализ на новый уровень, делая его носимым. Оно непрерывно очищает использованную диализную жидкость вне тела пациента и возвращает ее обратно. Ключевой технологией является наноэлектрокинетика, в частности, метод ионной концентрационной поляризации (ICP).
Механизм ICP использует силу Кулона для быстрого разделения ионов и частиц вблизи нанопористой мембраны, обладающей селективной ионной проницаемостью. Это создает резкий градиент концентрации, и очищенный раствор собирается из области с низкой концентрацией. Приложение электрического поля через мембрану ускоряет разделение ионов и расширяет зону очистки.
Одной из сложностей традиционных методов электродеионизации и ICP является удаление электрически нейтральных молекул, таких как мочевина – основной продукт жизнедеятельности, который не подвержен влиянию силы Кулона, в отличие от заряженных отходов, таких как креатинин. Исследователи решили эту проблему, дополнительно активировав селективную ионную проницаемость нанопористой мембраны. Это позволило осуществлять электрохимическое разложение и удаление как заряженных, так и нейтральных молекул. Принцип был экспериментально подтвержден с использованием микрофлюидного устройства.
Другой проблемой была необходимость увеличения скорости потока жидкости до миллилитров в минуту (мл/мин) для жизнеспособности носимого устройства, тогда как обычные микрофлюидные устройства с двумерной структурой ограничены скоростями порядка микролитров в минуту (мкл/мин). Команда разработала структуру микросетки (micro-mesh), которая создает наномасштабную электрогидродинамическую среду только вблизи нанопористой мембраны. Это позволило создать трехмерное (3D) диализное устройство со значительно увеличенной пропускной способностью.
В ходе испытаний разработанное устройство достигло скорости потока до 1 миллилитра в минуту. Применение на животной модели – крысах с почечной недостаточностью – продемонстрировало среднюю эффективность удаления отходов примерно 30% за один цикл диализа. При этом исследователи отмечают наличие явных ограничений в тестах на крысиной модели.
Профессор Чон Чан Ли из Медицинского колледжа Сеульского национального университета подчеркивает, что для применения у людей предстоит долгий путь, включающий коммерциализацию медицинского устройства, оценку безопасности, клинические испытания и получение разрешений регулирующих органов. Однако он отмечает, что фундаментальная технология уже обеспечена, и призывает к дальнейшим инвестициям и исследованиям.
Профессор Гон Ён Сон из Университета Халлим выделяет эту работу как первое успешное применение нанотехнологий в создании искусственных органов, акцентируя внимание на улучшении качества жизни пациентов с терминальной стадией почечной недостаточности.
Профессор Ён Су Ким из Больницы Сеульского национального университета указывает на трудности, с которыми сталкиваются пациенты с хронической болезнью почек при попытке вести нормальную повседневную жизнь с текущими методами лечения. Он видит в новой разработке потенциал для обеспечения более стабильной повседневной активности и возможности вести более активный образ жизни в случае ее коммерциализации.
Профессор Сон Чжэ Ким, руководитель исследования, подтверждает широкие социальные последствия разработки: повышение качества жизни, доступности лечения, снижение затрат и развитие отрасли медицинских устройств. Признавая ограничения тестов на крысах, он выражает уверенность, что интеграция их технологии удаления отходов на основе ICP и увеличения потока жидкости в искусственные почки повысит мобильность и уровень жизни пациентов с терминальной стадией почечной недостаточности.
Коммерциализация этой технологии способна значительно улучшить качество жизни пациентов с почечной недостаточностью, предоставляя им мобильность и возможность вести более активный образ жизни. Это также может привести к снижению медицинских расходов и количества медицинских отходов, повысить доступность медицинской помощи, особенно для пациентов с низким доходом и в развивающихся странах, дать толчок развитию индустрии медицинских устройств и революционизировать лечение терминальной стадии почечной недостаточности, предлагая лучшее качество жизни тем, кто не удовлетворен текущими методами диализа.
