Pro všechny jeho mystické síly je srdce docela jednoduchá věc. Je to pumpa - krev dovnitř, krev ven. A to znemožnilo kopírovat všechno tak obtížně.
Ale plíce jsou další věc. Nikdo vám nikdy nedoporučí „Následovat plíce“ nebo zničit „zlomené plíce“, což je ostuda. Protože je to jeden komplikovaný orgán.
Jen málo lidí tomu rozumí, stejně jako William Federspiel, výzkumný pracovník a profesor bioinženýrství na univerzitě v Pittsburghu. Posledních zhruba 20 let pracuje na navrhování umělých plic. Je to výzva, připouští.
"Technologie pro pacienty, kteří mají selhání plic, je za technologií pro lidi se srdečním selháním, " říká. "Jde o docela jednoduchý fakt: Je docela snadné navrhnout malou pumpu, která dokáže pumpovat krev při průtoku, který srdce dělá."
"Ale plíce jsou jen neuvěřitelným orgánem pro výměnu plynu mezi atmosférou a krví, která protéká plícemi." Neexistuje žádná technologie, která by se někdy dokázala přiblížit tomu, co mohou lidské plíce udělat. “
Plíce v batohu
Federspiel a jeho výzkumný tým se však přibližují. Už vynalezli zařízení zvané Hemolung Respiratory Assist System (RAS), které provádí tzv. Respirační dialýzu, odstraňující oxid uhličitý z krve pacienta. Vyrábí jej Pittsburghský startup Federspiel založený s názvem ALung Technologies a mohl by podstoupit testování v amerických klinických studiích koncem tohoto roku nebo začátkem roku 2018. Je již schválen pro použití v Evropě, Kanadě a Austrálii.
Nyní se pohybují vpřed na mnohem menším zařízení, pro které požádali o patent, pouze tento je určen ke zvýšení hladiny kyslíku v krvi člověka. Začátkem tohoto roku také vědci získali od Národních zdravotních ústavů (NIH) grant ve výši 2, 35 milionu USD na vývoj verze jejich umělých plic pro děti.
Jednoduše řečeno, nejnovější výzkum Federspielu je zaměřen na zdokonalování mechanických plic, které fungují mimo tělo, ale které jsou dostatečně malé na to, aby se daly nosit v batohu nebo pouzdře. Bylo by spojeno s pacientovou vena cava - velkou žílou nesoucí krev do srdce - pomocí kanyly nebo trubice, vložené do krční žíly v krku. Stále bude muset dýchat kyslík z přenosné nádrže.
Federspiel poznamenává, že by to umožnilo, aby osoba byla v nemocnici mobilnější, než aby byla omezena na postel. To je kritické, protože pokud se pacienti nemohou pohybovat, jejich svaly jsou slabší a jejich šance na zotavení se ze závažných plicních infekcí se zmenšují. Zařízení je považováno za zvláště výhodné pro pacienty čekající na transplantaci plic, jako jsou lidé s cystickou fibrózou.
"Momentálně nemáme v úmyslu opustit nemocnici s jedním z těchto systémů, " říká, "ale alespoň v nemocnici by se mohli postavit a chodit kolem."
Prokletí sraženin
V obnovování lidských plic došlo k dalším nedávným průlomům. V loňském roce vědci z Los Alamos National Laboratory v Novém Mexiku oznámili, že vytvořili miniaturní zařízení vyrobené z polymerů, které fungují jako plíce, a je navrženo tak, aby napodobovalo reakci orgánů na drogy, toxiny a další složky životního prostředí pro účely testování.
V České republice vědci na VUT v Brně uvedli, že vyvinuli 3D verzi plic, která dokáže simulovat stavy, jako je astma a další chronické plicní problémy, a které lékařům umožní zpřesnit, jak léčit plíce.
Oba tyto projekty jsou však určeny k tomu, aby vědcům pomohli dozvědět se více o podmínkách a léčbě, zatímco výzkum Federspiel - stejně jako podobná práce prováděná poblíž Pittsburghu na Carnegie Mellon University - je zaměřen spíše na pomoc pacientům zlepšit jejich dlouhodobou prognózu. .
Nové zařízení - zařízení určené ke zvýšení hladiny kyslíku v krvi - musí podporovat těžší průtok krve než stroj, který snižuje oxid uhličitý. Jak zdůrazňuje Federspiel, stojí před výzvou vypořádat se s tím, co se často s krví děje, když teče přes umělý povrch - sražuje se.
Všechno to souvisí s propracovanou výměnou plynu, která je klíčem k plicní funkci, a jak je napodobena v zařízení. "Jednotka pro výměnu plynu [v zařízení] je složena z velkého počtu polymerních zkumavek, které mají asi dvojnásobnou tloušťku jako lidské vlasy, " vysvětluje. "Jsou propustné pro plyn, takže když na vnější straně těchto zkumavek proudí krev, protékáme uvnitř zkumavek 100 procent kyslíku." Kyslík přechází do krve difuzí a oxid uhličitý se pohybuje z krve do proudu plynu protékajícího zařízením. “
Problém je v tom, že krev protékající přichází do styku s relativně velkým umělým povrchem, což zvyšuje pravděpodobnost, že se vytvoří sraženiny. Je to velký důvod, proč není v tomto okamžiku realistické uvažovat o implantaci plicních zařízení, jako je tato, do těla pacienta. Pravděpodobně bude nutné je vyměnit každých pár měsíců.
Federspiel říká, že jeho tým nedávno dokázal bez problémů testovat nové zařízení na ovcích pět dní. Ovce se používají, protože jejich kardiovaskulární systémy jsou podobné lidem. “ Ale on a jeho tým také spolupracují s firmou na vývoji speciálních povlaků, které, jak doufají, výrazně sníží srážlivost. To by také lékařům umožnilo výrazně snížit hladinu antikoagulačních léků, které by pacienti museli brát.
Dalším krokem, jak říká, je 30denní pokus na zvířatech, který by porovnával výsledky zařízení jak s povlakem, tak bez něj. Odhaduje, že klinické pokusy na lidech mohou být ještě čtyři až pět let.
Ale Federspiel není odraděn úmyslným tempem vytváření zařízení, které funguje stejně jako lidské plíce. Je si dobře vědom toho, jak náročné to může být.
"Umělá plíce stále musí fungovat jako lidská plíce, " říká. "Když o tom promluvím, první věcí, kterou říkám, je, že plíce jsou neuvěřitelné orgány."
