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新型人工肾: 让透析不再是患者救命的“最后底牌”

来源: 科技日报 时间: 2021-05-19 19:12:43阅读: 分类: 实时快讯

目前,科学家在研究新型人造生物肾的征途上已经迈出了“万里长征第一步”,3D技术打印生物肾、干细胞培养的生物肾以及将动物肾进行改造后移植给人等路径都有科学家在进行实践。随着肾脏替代技术的发展,这些新型人工肾最终或将用于临床,让为透析所困的患者重获新生。

自1943年荷兰医生Kolff与工程师Berk共同研制出世界上第一台体积庞大的转鼓式人工肾后,血液净化技术取得了非常大的进步和发展,挽救了无数生命。然而,这种被称为尿毒症患者救命的“最后底牌”的透析技术,却往往因为透析频次多、时间长、可能出现透析失衡、感染等并发症,让许多患者望而生畏。

据2020世界顶级医学期刊《柳叶刀》公布的全球慢性肾脏病流行病学报告显示:截止到2017年,全球慢性肾脏病患者人数达6.975亿,中国患病人数达1.323亿。我国国家肾脏病医疗质量控制中心数据显示,我国透析患者数量已接近80万人,而且呈逐年增长趋势。

目前,随着纳米科技、3D打印、生物医学、人工智能等新技术的广泛应用,新型人工肾的研发取得了重要进展,有望将患者从透析中解放出来。

  人工肾可挽救肾衰竭患者生命

人体内的每个器官都各司其职。肾脏担负着人体内代谢废物的排泄,以及维持酸碱平衡及各种电解质稳定的功能。一旦肾脏失去功能,人体内毒素和废物的代谢将受到很大影响,毒素和废物排出不畅,就会堆积在体内,对身体造成伤害。目前肾替代治疗的主要方式仍然是在医院或血液净化中心进行透析治疗。

“人工肾是可以模拟人体肾脏功能进行肾脏替代治疗的装置的统称,主要包括目前临床广泛使用的血液透析、腹膜透析等技术设备,用于救治急、慢性肾功能衰竭患者的生命。”天津市医学会肾病学分会委员、武警特色医学中心肾病学科主任医师宋洁介绍,血液透析是将血液引出体外流经人工合成的生物膜,通过弥散、对流、吸附等原理将血液中的代谢废物、毒素、过多的水分等清除,然后再让经过净化的血液回流到人体内。

“虽然人工肾可以挽救生命,但也存在很多弊端。”宋洁介绍,全球有将近400万人接受人工肾的替代治疗,但由于透析相关并发症多,死亡风险高,患者平均5年生存率只有50%左右。

血液透析患者往往需每周往返医院3—4次,每次透析耗时3—4小时,治疗过程中患者需要躺在治疗床上,通过特殊的管路与透析机连接。这种频繁且被固定机器所束缚的治疗模式,使患者的自由受限,严重影响了他们的正常生活。从能源和环保方面看,目前人工肾工作需要消耗大量的水和电。据统计,如果按每人每次血液透析4小时,透析液流速500毫升/分计算,每分钟就需要用约1升的市政供水来准备透析液,4小时的透析需要消耗240升市政供水。此外,血液透析的电力消耗也非常大,每年全球血液透析估计消耗27.5亿千瓦时电力。

“因此,近年来,人工肾的创新性研究方向主要集中在如何提高尿毒症患者长期生存率、改善其生活质量,以及使用过程中如何节能环保。”宋洁表示。

  可穿戴人工肾有望改善患者生活

近年来,科研人员一直在孜孜不倦地研发更高科技、更便携,不影响工作、生活的人工肾。其中,离临床最近的当属便携式可穿戴人工肾。

随着吸附剂技术、纳米技术和细胞培养技术的进步,重量小于2公斤的可穿戴式人工肾(AWAK)已进入临床试验阶段。“AWAK人工肾是一款重量很轻、内含特殊吸附剂的新型腹膜透析装置。与传统腹膜透析相比,它不需要依赖大量的透析液体,患者背着它可以随意走动。”宋洁介绍,“今年3月,还有一种名为WAK3.0的穿戴式人工肾获批美国专利,WAK3.0仅重0.9公斤,体积更小,可像腰带一样佩戴。它可以模拟肾脏,24小时持续稳定地清除患者体内的毒素和水分,不影响患者日常活动。”

但由于便携式设备经常与人体进行连接、断开的操作,可能会导致感染风险。于是,也有科研人员尝试将小型透析装置直接植入人体内。

“植入式人工肾(IAKs)是一种结合了硅纳米技术和人工培养生物肾小管上皮细胞的模拟人工肾,重量只有约0.5公斤,目前也已植入动物体内进行实验。”宋洁认为,从动物实验过渡到人体临床试验,还需进一步观察硅纳米膜材料与人体的生物相容性,验证其清除废物、净化血液的效能。“虽然最终达到植入人体的目标可能还需要更多研究充分验证,但IAKs的研制仍然让人兴奋,不久的将来可能会改变许多透析患者的命运。”

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