Pentru toate puterile sale mistice, inima este un lucru destul de simplu. Este o pompă - sânge intră, sânge afară. Și asta a făcut să nu fie atât de greu de copiat.
Dar plămânii sunt o altă problemă. Nimeni nu vă va sfătui niciodată „să vă urmăriți plămânii” sau să vă păstrați un „plămân spart”, ceea ce este o rușine. Pentru că este un organ complicat.
Puțini oameni înțeleg acest lucru, precum și William Federspiel, cercetător în bioinginerie și profesor la Universitatea din Pittsburgh. În ultimii 20 de ani, el lucrează la proiectarea unui plămân artificial. A fost o provocare, recunoaște el.
„Tehnologia pentru pacienții care au insuficiență pulmonară este mult în spatele tehnologiei pentru persoanele cu insuficiență cardiacă”, spune el. „Se rezumă la un fapt destul de simplu: este destul de ușor să proiectăm o pompă mică care să poată pompa sângele la debitul pe care îl are inima.
Dar plămânul este doar un organ incredibil pentru schimbul de gaze între atmosferă și sângele care vă curge prin plămâni. Nu există nici o tehnologie care să poată fi aproape de ceea ce poate face plămânul uman.
Lung într-un rucsac
Acestea fiind spuse, Federspiel și echipa sa de cercetare sunt din ce în ce mai aproape. Au inventat deja un dispozitiv numit Hemolung Respiratory Assist System (RAS) care efectuează ceea ce este descris drept „dializă respiratorie”, eliminând dioxidul de carbon din sângele pacientului. Este produs de un startup de la Pittsburgh, fondat de Federspiel, numit ALung Technologies și ar putea fi supus testării în studiile clinice americane la sfârșitul acestui an sau la începutul anului 2018. A fost deja aprobat pentru utilizare în Europa, Canada și Australia.
Acum avansează pe un dispozitiv mult mai mic, pentru care au solicitat un brevet, doar acesta este conceput pentru a crește nivelul de oxigen din sângele unei persoane. De asemenea, la începutul acestui an, cercetătorii au primit o subvenție de 2, 35 milioane de dolari de la Institutele Naționale de Sănătate (NIH) pentru a dezvolta o versiune a plămânului artificial pentru copii.
Mai simplu, cele mai recente cercetări ale lui Federspiel sunt axate pe perfecționarea unui plămân mecanic care funcționează în afara corpului, dar care este suficient de mic pentru a fi transportat în rucsac sau toc. Ar fi conectat la vena cava a pacientului - o venă mare care transportă sânge în inimă - printr-o canulă sau un tub, introdus în vena jugulară în gât. El sau ea ar mai trebui să respire oxigen dintr-un rezervor portabil.
Acest lucru, notează Federspiel, ar permite persoanei să fie mai mobilă în spital în loc să fie limitată la un pat. Acest lucru este esențial, deoarece dacă pacienții nu se pot mișca, mușchii lor devin mai slabi, iar șansele lor de a se recupera de la o infecție pulmonară gravă se diminuează. Dispozitivul este considerat deosebit de benefic pentru pacienții care așteaptă un transplant de plămâni, cum ar fi persoanele cu fibroză chistică.
„Nu intenționăm chiar acum că vor putea ieși din spital cu unul dintre aceste sisteme, ” spune el, „dar cel puțin în spital, ei ar putea să se ridice și să se plimbe”.
Blestemul cheagurilor
Au existat alte descoperiri recente în recrearea plămânilor umani. Anul trecut, oamenii de știință de la Laboratorul Național Los Alamos din New Mexico au anunțat că au creat un dispozitiv în miniatură format din polimeri care funcționează ca un plămân și este conceput pentru a imita răspunsul organului la medicamente, toxine și alte elemente de mediu în scopuri de testare.
În Republica Cehă, oamenii de știință de la Universitatea Tehnologică Brno au spus că au dezvoltat o versiune tipărită 3D a unui plămân care poate simula afecțiuni precum astmul și alte probleme pulmonare cronice și care va permite medicilor să aducă mai multă precizie asupra modului în care acestea tratați afecțiunile pulmonare.
Ambele proiecte, cu toate acestea, sunt menite să ajute cercetătorii să învețe mai multe despre condiții și tratamente, în timp ce cercetarea Federspiel - precum și lucrări similare care se fac în apropiere în Pittsburgh la Universitatea Carnegie Mellon - sunt orientate mai mult spre a ajuta pacienții să își îmbunătățească prognosticul pe termen lung. .
Noul dispozitiv - cel destinat creșterii nivelului de oxigen din sânge - trebuie să suporte un flux de sânge mai greu decât mașina care scade dioxidul de carbon. Așadar, după cum subliniază Federspiel, se confruntă cu provocarea de a face față cu ceea ce se întâmplă adesea cu sângele atunci când acesta curge pe o suprafață artificială - se formează cheaguri.
Totul are legătură cu schimbul sofisticat de gaze care este cheia funcției pulmonare și modul în care este imitat în dispozitiv. "Unitatea de schimb de gaze [din dispozitiv] este compusă dintr-un număr mare de tuburi de polimer, care sunt de aproximativ două ori mai mari decât grosimea unui păr uman", explică el. „Sunt permeabile la gaz, așa că atunci când circulă sânge pe partea exterioară a acestor tuburi, circulăm cu 100 la sută oxigen prin interiorul tuburilor. Oxigenul se deplasează în sânge prin difuzie și dioxidul de carbon se deplasează din sânge în fluxul de gaz care curge prin dispozitiv. "
Problema este că sângele care trece prin contact vine cu o suprafață artificială relativ mare, crescând șansa ca se vor forma cheaguri. Este un mare motiv pentru care nu este realist în acest moment să ia în considerare implantarea de dispozitive pulmonare ca acesta în corpul pacientului. Probabil că ar trebui să fie înlocuiți la fiecare câteva luni.
Federspiel spune că recent echipa sa a putut testa noul dispozitiv pe oi timp de cinci zile, fără probleme. Oile sunt utilizate deoarece sistemele lor cardiovasculare sunt similare cu omul. Dar el și echipa sa lucrează de asemenea cu o companie pentru a dezvolta acoperiri speciale care speră că vor reduce mult coagularea. Acest lucru ar permite, de asemenea, medicilor să scadă semnificativ nivelul de medicamente anti-coagulare, pacienții ar trebui să ia.
Următorul pas, spune el, este un proces pe 30 de zile pe animale, care ar compara rezultatele dispozitivelor atât cu acoperirea, cât și fără ea. El estimează că studiile clinice umane ar putea fi în continuare între patru și cinci ani distanță.
Dar Federspiel nu este descurajat de ritmul deliberat de creare a unui dispozitiv care funcționează la fel de bine ca și plămânul uman. El este foarte conștient de cât de solicitant poate fi acest lucru.
„Un plămân artificial trebuie să funcționeze ca plămânul uman”, spune el. „Când vorbesc despre asta, primul lucru pe care îl spun este că plămânul este un organ incredibil.”
