植入式生物人工肾旨在使患者免于透析 – 物理世界

当肾脏无法再支持身体的需求时，终末期肾病最好通过肾移植来治疗。 然而，供体器官的供应有限，许多患者必须依赖透析。 虽然肾移植提供了良好的结果，但它要求患者终生服用免疫抑制药物，这会导致他们自己的健康并发症。 为了解决这些问题，研究人员希望开发出一种可植入的生物人工肾来治疗肾衰竭。

加州大学旧金山分校 (UCSF) 的研究人员正在努力制造这样的设备。 他们的最新研究报告于 自然通讯, 他们证明，植入式生物反应器中的肾细胞可以在猪体内存活并模仿几种重要的肾脏功能。 至关重要的是，植入的装置不会引起免疫反应。 该研究是 肾脏计划，由 UCSF 联合领导 舒沃罗伊 和 威廉·菲塞尔 范德比尔特大学医学中心。

作为实现可植入生物人工肾的第一步，Roy、Fissel 及其同事创建了一种含有细胞的生物反应器，可以复制肾小管的关键功能，其中包括向肾细胞输送氧气和营养物质，同时保护它们免受可能导致排斥反应的受体免疫细胞的影响。 。 为了实现这种免疫保护，该团队利用含有纳米级狭缝孔的硅晶片设计了一种薄（小于1微米）的硅纳米孔膜（SNM）。

研究人员构建了一个原型生物反应器，其中包含具有 10 nm 宽孔的 SNM，并在 SNM 两侧的丙烯酸插入物上培养人肾上皮细胞 (HREC)。 测试 SNM 是否提供免疫保护屏障 细胞/组织，他们将 SNM 的一侧暴露于促炎细胞因子 TNF-α。

暴露六小时后，SNM 保护的隔室中 TNF-α 的水平可以忽略不计，这表明 10 nm 宽的孔可以阻止大细胞因子的通过（因此也可以阻止较大的免疫系统成分，如 T 细胞和抗体）的通过。 直接暴露于TNF-α一侧的细胞存活率低于50%，而那些被SNM密封的细胞则保持了接近90%的高存活率。

同样重要的是，植入物不会引起血凝块，血凝块可能在与血液接触的表面上形成，并导致设备故障和患者的严重并发症。 为了避免这种情况，研究人员采用计算流体动力学来优化生物反应器中 U 形血流路径的几何形状。

他们利用这种设计创建了一个植入式生物反应器，在聚碳酸酯外壳中包含四个 SNM，与血液通道的顶部和底部表面对齐。 他们在每个 SNM 的相对两侧放置了接种有汇合 HREC 的丙烯酸插入物，并使用不锈钢连接器在 SNM 和 PTFE 血管移植物之间转移血液。

为了测试这些生物反应器原型的生物相容性，研究小组组装了设备并通过手术将其植入五只接受双重抗血小板治疗（无免疫抑制）的健康猪体内。 生物反应器通过聚四氟乙烯移植物连接到动物的脉管系统。 没有发生与设备或手术相关的并发症，并且在整个三天或七天的实验期间（通常会发生超急性排斥反应的时间），动物保持健康，没有排斥迹象。

研究人员评估了植入含有异种人类细胞的生物反应器是否会引发猪的免疫反应。 检查 13 种常见炎症生物标志物发现，植入两天后一些细胞因子有所增加，正如预期的那样，这是由于术后炎症所致。 但植入后 XNUMX 天，所有细胞因子水平均降至最低炎症状态。 这一发现与免疫活性受体的典型异种移植模型中预期的强烈反应形成鲜明对比。

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三到七天后，研究人员将生物反应器从动物身上取出进行评估。 他们发现，移植的 SNM 是完整的，细胞和蛋白质附着最少，并且设备中没有形成血栓——这是证明其安全性的重要一步。 此外，封装的 HREC 细胞仍保持 90% 以上的存活率，没有细胞脱离和细胞间紧密连接维持的证据。

“我们需要证明功能性生物反应器不需要免疫抑制剂，我们做到了，”罗伊在一份新闻声明中说。 “我们没有出现并发症，现在可以迭代，达到人体范围内的整个肾脏功能。”

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/implantable-bioartificial-kidney-aims-to-free-patients-from-dialysis/