Разработано портативное устройство для перитонеального диализа на основе наноэлектрокинетики
Исследовательская группа создала компактное устройство для перитонеального диализа, которое может использоваться как переносная искусственная почка. Исследование опубликовано 29 марта в журнале Journal of Nanobiotechnology.
Число пациентов с почечной недостаточностью, нуждающихся в диализе, продолжает расти. Стандартный гемодиализ требует от пациентов проводить 4–6 часов в день, 2–3 раза в неделю в клинике, что сильно ограничивает их жизнь. С начала 2000-х годов ведётся разработка портативных устройств, но отсутствие технологий для миниатюризации диализаторов мешало коммерциализации.
Принцип работы нового устройства
Устройство использует метод перитонеального диализа, при котором диализный раствор вводится в брюшную полость для удаления продуктов обмена. Команда предложила непрерывно очищать использованный раствор вне тела и возвращать его обратно, используя для очистки ионную концентрационную поляризацию (ICP).
ICP — это наноэлектрокинетическое явление, при котором у нанопористой мембраны возникает резкий градиент концентрации ионов из-за её селективной проницаемости. Приложение электрического поля ускоряет разделение ионов за счёт силы Кулона. Однако обычные методы не удаляют нейтральную молекулу мочевину.
Ключевое усовершенствование
Исследователи активировали селективную ионную проницаемость мембраны, что позволило электрохимически разлагать и удалять не только заряженные продукты обмена (например, креатинин), но и нейтральные молекулы, такие как мочевина. Этот принцип был проверен на микрофлюидном устройстве.
Решение проблемы скорости потока
Для портативного устройства необходима скорость обработки жидкости на уровне миллилитров в минуту. Обычные микрофлюидные чипы имеют двумерную структуру и обеспечивают лишь микролитры в минуту. Команда разработала микросетчатую структуру, которая создаёт наноразмерное электро-гидродинамическое окружение только у мембраны, что резко увеличило пропускную способность.
Результаты
Было создано трёхмерное диализное устройство, достигшее скорости обработки жидкости до 1 мл/мин. В тестах на крысиной модели почечной недостаточности устройство показало среднюю скорость удаления продуктов обмена около 30% за цикл диализа.
Значение и перспективы
Коммерциализация устройства в виде портативной системы может значительно улучшить качество жизни пациентов, снизить медицинские расходы и повысить доступность лечения, особенно в развивающихся странах.
Комментарии исследователей:
- Проф. Чунг Чан Ли (Медицинский колледж SNU): Необходимы дополнительные этапы (испытания, регистрация), но исследование обеспечивает фундаментальную технологию, способную революционизировать лечение терминальной почечной недостаточности.
- Проф. Гун Ён Сун (Университет Халлим): Это первое успешное применение нанотехнологий в искусственных органах.
- Проф. Йон Су Ким (Госпиталь SNU): Коммерциализация позволит пациентам вести более активный образ жизни.
- Проф. Сун Джей Ким (Инженерный факультет SNU): Технология имеет широкие социальные последствия, включая улучшение доступности здравоохранения и развитие отрасли медицинских устройств.