U svim svojim mističnim moćima srce je prilično jednostavna stvar. To je pumpa - krv, krv iz krvi. A to nije sve tako teško kopirati.
Ali pluća su druga stvar. Nitko vam nikada neće savjetovati da “slijedite pluća” ili opominjete “slomljeno pluće”, što je sramota. Jer je to jedan komplicirani organ.
Malo ljudi to razumije kao i William Federspiel, istraživač bioinžinjeringa i profesor sa Sveučilišta u Pittsburghu. Posljednjih 20 godina ili više tako, radio je na dizajniranju umjetnog pluća. Izazov je, priznaje.
"Tehnologija za pacijente koji boluju od pluća znatno je iza tehnologije za osobe sa zatajenjem srca", kaže on. „Svodi se na prilično jednostavnu činjenicu: Prilično je lako konstruirati malu pumpu koja može pumpati krv na protoku srca u kojem radi.
"Ali pluća su samo nevjerojatan organ za razmjenu plina između atmosfere i krvi koja teče kroz vaša pluća. Ne postoji tehnologija koja se ikada mogla približiti onome što ljudsko pluće može učiniti. "
Pluća u ruksaku
Ipak, Federspiel i njegov istraživački tim sve su bliži. Oni su već izumili uređaj nazvan Hemolung Respirator Assist System (RAS) koji izvodi "respiratornu dijalizu", uklanjajući ugljični dioksid iz pacijentove krvi. Proizvodi ga Pittsburgh startup Federspiel osnovan pod nazivom ALung Technologies, a mogao bi biti podvrgnut testiranju u američkim kliničkim ispitivanjima krajem ove ili početkom 2018. Već je odobren za upotrebu u Europi, Kanadi i Australiji.
Sada napreduju na mnogo manjem uređaju, za koji su prijavili patent, samo ovaj je dizajniran za povećanje razine kisika u osobi osobe. Također, početkom ove godine, istraživači su dobili Nacionalni zavod za zdravstvo (NIH) u iznosu od 2, 35 milijuna dolara za razvoj verzije umjetnog pluća za djecu.
Jednostavno rečeno, najnovija istraživanja Federspiela usredotočena su na rafiniranje mehaničkog pluća koje djeluje izvan tijela, ali to je dovoljno malo da se može nositi u ruksaku ili futroli. Bila bi spojena s pacijentovom šupljinom venom - velikom venom koja nosi krv u srce - kroz kanilo ili cijev, umetnutu u jugularnu venu u grlu. I dalje bi trebao disati kisik iz prijenosnog spremnika.
To bi, napominje Federspiel, omogućilo da ta osoba bude pokretnija u bolnici, umjesto da bude vezana za krevet. To je kritično, jer ako se pacijenti ne mogu kretati, njihovi mišići postaju slabiji, a šanse za oporavak od ozbiljne infekcije pluća smanjuju se. Naprava se smatra osobito korisnom za pacijente koji čekaju na transplantaciju pluća, poput ljudi s cističnom fibrozom.
"Ne namjeravamo sada da napuste bolnicu s jednim od ovih sustava", kaže on, "ali barem bi u bolnici mogli ustati i hodati."
Prokletstvo ugrušaka
Došlo je i do drugih nedavnih otkrića u stvaranju ljudskih pluća. Prošle su godine znanstvenici Nacionalnog laboratorija Los Alamosa u New Mexicou objavili da su stvorili minijaturni uređaj izrađen od polimera koji djeluje poput pluća, a dizajniran je tako da oponaša reakciju organa na lijekove, toksine i druge elemente okoliša u svrhu ispitivanja.
U Češkoj su znanstvenici sa tehnološkog sveučilišta u Brnu rekli da su razvili 3D ispisanu verziju pluća koja može simulirati stanja poput astme i drugih kroničnih plućnih problema, a to će omogućiti liječnicima da dovedu više preciznosti u načinu na koji rade liječiti plućna stanja.
Oba ova projekta, međutim, imaju za cilj da pomognu istraživačima da nauče više o uvjetima i načinu liječenja, dok je Federspielovo istraživanje - kao i sličan rad koji se izvodi u blizini Pittsburgh-a na Sveučilištu Carnegie Mellon - usmjereno više prema pomaganju pacijentima u poboljšanju njihove dugoročne prognoze,
Novi uređaj - onaj namijenjen podizanju razine kisika u krvi - mora podržavati teži protok krvi u odnosu na stroj koji snižava ugljični dioksid. Dakle, kako Federspiel ističe, suočava se s izazovom suočavanja s onim što se često događa s krvlju kad teče preko umjetne površine - ona se zgrušava.
Sve to ima veze sa sofisticiranom izmjenom plinova koja je ključna za rad pluća i načinom na koji je oponašana u uređaju. "Jedinica za izmjenu plina [u uređaju] sastoji se od velikog broja polimernih cijevi koje su otprilike dvostruko veće od ljudske dlake", objašnjava on. "Oni su propusni za plin, pa kad krv teče s vanjske strane ove cijevi, kroz unutrašnjost epruveta prolazimo 100 posto kisika. Kisik se difuzijom kreće u krv, a ugljični dioksid izlazi iz krvi u struju plina koja teče kroz uređaj. "
Problem je što krv koja prolazi dolazi u dodir s relativno velikom umjetnom površinom, povećavajući šansu da se formiraju ugrušci. Veliki je razlog zašto u ovom trenutku nije realno razmotriti implantaciju plućnih naprava poput ovog unutar pacijentovog tijela. Vjerojatno bi ih trebalo zamijeniti svakih nekoliko mjeseci.
Federspiel kaže da je nedavno njegov tim pet dana mogao testirati novi uređaj na ovcama bez ikakvih problema. Ovce se koriste jer su njihovi kardiovaskularni sustavi slični ljudskim '. Ali on i njegov tim također surađuju s tvrtkom na razvoju posebnih premaza za koje se nadaju da će u velikoj mjeri smanjiti zgrušavanje. To bi također omogućilo liječnicima da značajno smanje razinu antikoagulacijskih lijekova koje bi pacijenti trebali uzimati.
Sljedeći korak je, kaže, tridesetodnevno ispitivanje na životinjama koji bi usporedio rezultate uređaja i s premazom i bez njega. Procjenjuje da bi ljudska klinička ispitivanja mogla biti još udaljena četiri do pet godina.
No Federspiel nije odvratio od namjernog tempa stvaranja uređaja koji djeluje kao i ljudska pluća. Dobro je svjestan koliko to može biti zahtjevno.
"Umjetno pluće i dalje mora funkcionirati poput ljudskog pluća", kaže on. "Kad razgovaram o tome, prvo što kažem je pluća je nevjerojatan organ."
