La construcción de un riñón artificial implantable

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Un prototipo utiliza células de riñón de manera que pueda realizar las funciones vitales.

Cerca de 400.000 personas en los Estados Unidos – y hasta dos millones en todo el mundo – se basan en las máquinas de diálisis para filtrar las toxinas de su sangre a causa de la insuficiencia renal crónica.

Los pacientes deben estar atados a las máquinas por lo menos tres veces por semana durante tres a cinco horas de un tirón. Aún así, una máquina de diálisis es de sólo el 13 por ciento tan eficaz como un riñón funcional, y la tasa de supervivencia a cinco años de los pacientes en diálisis es sólo 33 a 35 por ciento. Para restaurar la salud, los pacientes necesitan un trasplante de riñón, y simplemente no hay suficientes órganos de donantes para todos. En agosto, había 85.000 pacientes en lista de EE.UU. de espera para un riñón en los EE.UU., mientras que sólo 17 mil trasplantes de riñón se llevó a cabo el año pasado.

Un grupo colaborativo y multidisciplinario de los laboratorios está trabajando para crear el primer riñón artificial implantable. El prototipo, reveló la semana pasada, es compacto, no más grande que una lata de sopa. No sólo filtra las toxinas de la sangre sino también el uso de células humanas de riñón para realizar otras funciones vitales, como la regulación de la presión arterial y la producción de vitamina D.

“La diálisis no es sólo tiempo, sino que también es debilitante. Muchos pacientes no se sienten bien, porque no está haciendo todas las funciones de una y saludable renal normal”, dice el bioingeniero Shuvo Roy, cuyo laboratorio en la Universidad de California, San Francisco produjo el nuevo dispositivo y ya está probando en animales. “El riñón no sólo filtro de las toxinas. También tiene funciones metabólicas y las funciones hormonales, y la diálisis no capta estas habilidades.”

La Realización de un riñón artificial lo suficientemente pequeño como para caber dentro del cuerpo, es sin embargo, un gran reto. Un riñón sano filtra 90 litros de agua cada día. Las máquinas de diálisis actuales son del tamaño de un refrigerador pequeño, y requieren considerable presión para bombear el agua suficiente a través de membranas porosas de la máquina para permitir que los contaminantes se filtren de la sangre.

El nuevo implante es una fusión de varias líneas de investigación, y se aprovecha de dos avances recientes en el campo. En la Universidad de Michigan el nefrólogo David Hume ha demostrado que las células humanas de riñón podría ser utilizado en un tamaño de filtración de la máquina para mejorar considerablemente la salud de los pacientes cuyos riñones han dejado de funcionar. Mientras tanto, Roy y William Fissell, un nefrólogo de la Clínica Cleveland, han producido un poro de la membrana de silicio – que – con su densa y precisa-estructura de poro – podría ayudar a miniaturizar máquinas de diálisis.

El prototipo es un sistema de dos partes: la mitad se compone de un filtro de eliminación de toxinas, en la que miles de membranas de silicio se apilan. Sus nano-poros son tan densos, y en forma tan precisa, que puede filtrar con mucha precisión utilizando sólo la fuerza de la presión arterial del propio cuerpo . La sangre fluye a través de este filtro, donde las toxinas, los azúcares, el agua y las sales se eliminan como una solución de filtrado.

La sangre limpia y el filtrado acuoso son desviados en la otra mitad del sistema: un cartucho separado. Aquí, el flujo sobre las membranas de silicio más, estos recubiertos con un tipo único de células del riñón humano, que ayuda al dispositivo reabsorber parte del agua, azúcares y sales, así como producir vitamina D y ayudar a prevenir la presión arterial se hunda demasiado – la función renal normal, que no son ofrecidos por la diálisis. Los residuos que no son reabsorbidos se desvían a un tubo conectado a la vejiga y son eliminados como desecho en la orina – al igual que un riñón normal haría.

Está lejos de ser un sistema completo, y los investigadores señalan que no siempre es para reemplazar los trasplantes de riñón. “El riñón tiene de 20 a 30 tipos de células en el mismo, todos los que cumplen funciones diferentes. Sin embargo, nos gustaría superar un problema crítico que ha surgido en la insuficiencia renal”, dice Fissell. “Si usted está lista para un trasplante de riñón, que está mucho más propensos a morir en la lista de espera de lo que van a recibir un riñón.” Él dice que el dispositivo podría actuar como un puente para pacientes en espera de trasplante.

“Desde una perspectiva general, cualquier dispositivo implantable reduciría drásticamente la carga que los pacientes experimentan ahora”, dice Glenn Chertow, el jefe de nefrología en la Universidad de Stanford -Escuela de Medicina. “Y si algo de la funcion adicional que ofrece un riñón nativo podría ser añadido a un dispositivo implantable, podríamos acercarnos a una restauración de la buena salud.”

Los investigadores ya han trabajado algunos de los temas más difíciles: Humes ha trabajado la forma de células de riñón en la escala necesaria ( células de cultivo de 100.000 dispositivos de un solo riñón). Él también determinó la mejor manera de congelarlas para su uso futuro. Y Roy, un ganador TR35 en 2003, ha probado el implante en una docena de ratas y un puñado de cerdos. Todavía tienen que ampliar la eficiencia del implante a algo que podía trabajar con eficacia en los seres humanos, pero que esperan comenzar los ensayos en humanos en cinco a siete años. En este momento el biocartridge puede filtrar entre 30 y 35 litros de agua por día, y tiene que ser capaz de filtrar por lo menos 43. También tienen que encontrar la manera de garantizar que los productos no causan coágulos de sangre o reacciones inmunes.

Otros grupos también están trabajando hacia alternativas a las citas de diálisis tres veces por semana, aunque la mayoría se concentran en los dispositivos de diálisis portátil – una tarea difícil en sí mismo, teniendo en cuenta el reto de la filtración constante en volúmenes tan grandes sin una bomba externa. Uno de ellos esta ya en la segunda fase de ensayos clínicos. Pero incluso la diálisis constante no puede tomar el lugar de otras funciones de los riñones.

fuente
http://www.technologyreview.com/