İmplante edilebilir biyoyapay böbrek, hastaları diyalizden kurtarmayı hedefliyor – Fizik Dünyası

İmplante edilebilir biyoyapay böbrek, hastaları diyalizden kurtarmayı hedefliyor – Fizik Dünyası

Zaman Damgası: 12 Eylül 2023 5:00

Böbrek yetmezliği tedavisi için prototip biyoreaktör
Böbrek yetmezliğine yeni tedavi Prototip biyoreaktör büyük hayvanlarda başarıyla test edildi. (Nezaket: Böbrek Projesi)

Böbreklerin artık vücudun ihtiyaçlarını karşılayamadığı son dönem böbrek hastalığının tedavisi en iyi şekilde böbrek nakli yoluyla yapılır. Ancak donör organlarının temini sınırlıdır ve birçok hasta bunun yerine diyalize güvenmek zorundadır. Böbrek nakli mükemmel sonuçlar verirken, hastanın ömür boyu bağışıklık sistemini baskılayan ilaçlar almasını gerektirir, bu da kendi sağlık komplikasyonlarına neden olur. Bu sorunları çözmek için araştırmacılar, böbrek yetmezliğini tedavi etmek üzere implante edilebilir bir biyoyapay böbrek geliştirmeyi umuyorlar.

UC San Francisco'daki (UCSF) araştırmacılar böyle bir cihaz oluşturmak için çalışıyorlar. Son çalışmalarında, rapor edildi Doğa İletişim, implante edilebilir bir biyoreaktörde barındırılan böbrek hücrelerinin bir domuzun içinde hayatta kalabildiğini ve birçok önemli böbrek fonksiyonunu taklit edebildiğini gösterdiler. En önemlisi, implante edilen cihazın bir bağışıklık reaksiyonuna neden olmamasıydı. Araştırmanın bir parçası Böbrek ProjesiUCSF'nin ortak başkanlığında Şuvo Roy ve William Fissell Vanderbilt Üniversitesi Tıp Merkezi.

İmplante edilebilir biyoyapay böbreğe doğru ilk adım olarak Roy, Fissel ve meslektaşları, renal tübülün temel işlevlerini kopyalayan, böbrek hücrelerine oksijen ve besin sağlarken böbrek hücrelerini reddedilmeye neden olabilecek alıcı bağışıklık hücrelerinden koruyan, hücre içeren bir biyoreaktör yarattılar. . Bu bağışıklık korumasını sağlamak için ekip, nano ölçekli yarık gözenekler içeren silikon levhalardan ince (1 μm'den az) bir silikon nano gözenekli membran (SNM) tasarladı.

Araştırmacılar, 10 nm genişliğinde gözeneklere sahip bir SNM'yi barındıran ve SNM'nin her iki tarafındaki akrilik ekler üzerinde kültürlenmiş insan böbrek epitel hücreleri (HREC'ler) içeren bir prototip biyoreaktör inşa ettiler. SNM'nin immün koruyucu bir bariyer sağlayıp sağlamadığını test etmek in vitro, SNM'nin bir tarafını proinflamatuar sitokin TNF-a'ya maruz bıraktılar.

Maruziyetten altı saat sonra, SNM tarafından korunan bölmedeki TNF-a seviyeleri ihmal edilebilir düzeydeydi; bu, 10 nm genişliğindeki gözeneklerin büyük sitokinlerin (ve dolayısıyla T hücreleri ve antikorlar gibi daha büyük bağışıklık sistemi bileşenlerinin) geçişini engellediğini gösterdi. . Doğrudan TNF-a'ya maruz kalan taraftaki hücrelerin canlılığı %50'den azdı, SNM ile kapatılanlar ise yaklaşık %90'lık yüksek canlılığı korudu.

Ayrıca implantın, kanla temas eden yüzeylerde oluşabilecek ve cihazın arızalanmasına ve hasta için ciddi komplikasyonlara yol açabilecek kan pıhtılarına neden olmaması da önemlidir. Bunu önlemek için araştırmacılar, biyoreaktördeki U şeklindeki kan akış yolunun geometrisini optimize etmek için hesaplamalı akışkanlar dinamiği kullandılar.

Biyoreaktör bileşenleri
Biyoreaktör bileşenleri Sol: kan akış kanalları, hücre ekinden silikon bir contayla ayrılan SNM'lerle doğrudan temas halindedir. Sağ: her bölüm bir SNM'den ve iki silikon conta arasında bir hücre ekinden oluşur; Tam bir biyoreaktör dört bölüm içerir. (Nezaket: CC BY 4.0/Nat. Commun. 10.1038/s41467-023-39888-2)

Bu tasarımı, kan kanallarının üst ve alt yüzeyleriyle hizalanmış, polikarbonat bir muhafaza içinde dört SNM içeren, implante edilebilir bir biyoreaktör oluşturmak için kullandılar. Her SNM'nin karşıt taraflarına birleşik HREC'lerle tohumlanmış akrilik ekler yerleştirdiler ve SNM'ler ile PTFE vasküler greftler arasında kan geçişini sağlamak için paslanmaz çelik konektörler kullandılar.

Bu biyoreaktör prototiplerinin biyouyumluluğunu test etmek için ekip, cihazları bir araya getirdi ve ikili antitrombosit tedavisi alan (immünsüpresyon olmadan) beş sağlıklı domuza cerrahi olarak implante etti. Biyoreaktörler, PTFE aşıları aracılığıyla hayvanların damar sistemine bağlanıyor. Cihazlarla veya ameliyatla ilgili hiçbir komplikasyon meydana gelmedi ve hayvanlar, üç veya yedi günlük deneyler boyunca (hiperakut reddin tipik olarak meydana geldiği süre) hiçbir ret belirtisi olmadan sağlıklı kaldı.

Araştırmacılar, ksenogenik insan hücreleri içeren biyoreaktörlerin implante edilmesinin domuzlarda bir bağışıklık reaksiyonuna yol açıp açmadığını değerlendirdi. 13 yaygın inflamatuar biyobelirtecin incelenmesi, postoperatif inflamasyona bağlı olarak beklendiği gibi implantasyondan iki gün sonra bazı sitokinlerde bir artış olduğunu ortaya çıkardı. Ancak implantasyondan yedi gün sonra, tüm sitokin seviyeleri minimal inflamasyon durumuna düştü. Bu bulgu, bağışıklığı yeterli bir alıcıya sahip tipik bir ksenograft modelinde beklenen güçlü yanıtın tersidir.

Üç ya da yedi gün sonra araştırmacılar değerlendirme için biyoreaktörleri hayvanlardan çıkardılar. Eksplante edilen SNM'nin sağlam olduğunu, minimum düzeyde hücre ve protein bağlanmasına sahip olduğunu ve cihazda kan pıhtısı oluşmadığını buldular; bu, cihazın güvenliğini göstermede önemli bir adımdı. Ek olarak, kapsüllenmiş HREC hücreleri %90'dan fazla canlı kalmıştır; hücre ayrılmasına ve hücreler arası sıkı bağlantıların sürdürüldüğüne dair hiçbir kanıt yoktur.

Roy bir basın açıklamasında, "İşlevsel bir biyoreaktörün bağışıklık sistemini baskılayan ilaçlara ihtiyaç duymayacağını kanıtlamamız gerekiyordu ve bunu da yaptık" dedi. "Hiçbir komplikasyon yaşamadık ve artık insan ölçeğinde tüm böbrek fonksiyonları paneline ulaşarak yineleyebiliriz."

Zaman Damgası:

Den fazla Fizik dünyası