基於晶片的植入式人工腎臟取得重大進展

　　腎臟是個令人驚奇的臟器，每天24小時不停地工作，清潔血液，處理廢物。每一天，這些位於脊柱兩側、肋骨下方，大豆形、拳頭大小的器官，濾過150升血液產生1 2升尿液。移植是腎功能衰竭的最佳治療方案，但對器官的需求量遠遠大於供應量。美國器官獲取和移植網絡說，有超過100,000例患者在等待腎移植的名單上，但去年，只有17,108例患者獲得移植。

　　總的來說，全國腎臟基金會估計，超過460,000名美國人患有終末期腎病，並且每天在美國都有13名患者在等待捐獻腎臟的過程中死去。他們說，關愛腎臟病患者的聯邦醫保帳單——包括處方藥在內——2012年是870億美元左右。

　　腎病專科和在美國田納西州納什維爾範德堡大學醫學中心的醫學助理教授，腎病專家William H. Fissell IV和他的研究團隊希望終結這種災難性的場景，他說：

　　「我們正在開發一種生物混合裝置，可以模擬腎臟清除足夠多的廢物、鹽和水，使得患者不再需要進行透析。」

　　目標是製作一種足夠小的裝置——大約汽水瓶大小的尺寸——這樣就可以裝進患者體內。

　　植入的人工腎臟包含微晶片過濾器和活體腎臟細胞，並將由患者自己的心臟供能。

　　矽納米技術加上活體腎臟細胞

　　微晶片採用的是與微電子工業用於計算機相同的矽納米技術。

　　Fissell教授表示，晶片價格便宜、精確且濾過功能令人滿意。每個裝置都含有約15個晶片，一片片疊在一起。

　　每一個微晶片過濾器都包含微孔，每一個微孔都將包含並作為活體腎臟細胞膜的支架，後者模仿腎臟的自然功能。該小組正在逐一精確地設計過濾器的每一個孔，力求每一個孔都做成他們想要的模樣。

　　Fissell教授說，幸運的是，細胞在實驗室的培養皿中順利生長著。他們可以研製出一種腎細胞膜，可以分辨哪些化合物可以作為營養物質重吸收回血液並保留在血液中，哪些作為應該通過尿液排洩的廢物從血液中移除。

　　通過這種方法，Fissell教授說，「我們可以利用大自然母親6,000萬年的研究和發展成果」，開發出一種置於人工腎臟核心位置的活體細胞生物反應器。

　　由患者血流功能且無血栓危險

　　該裝置不需要能量來源，因為它使用來自患者心臟的能量——在血管中產生的自然壓力——推動血液通過過濾器。

　　然而，這一特點也提出了一個挑戰：如何微調流體動力學，使得血液可以流動通過該設備而不發生血栓。

　　Amanda Buck博士是一位生物醫學工程師，對流體力學很有興趣，負責該項目的這一部分。

　　Buck博士使用計算機模型來改進裝置內部管道形狀以獲得平穩血流。然後，在3D列印的幫助下，研究團隊創建了一個雛形，並測試其血液流動的流暢性。

　　Fissell教授說，因為生物混合裝置將不對人體免疫反應產生應答，不太可能會發生排斥反應。「它與器官移植不同，不是一個免疫順應、匹配的問題，」他解釋說。

　　十幾年來的研究即將開花結果

　　這個腎臟項目早在十多年前就已經開始。2003年，它獲得了第一批來自美國國立衛生研究院（NIH）的財政撥款、最近美國國立衛生研究院（NIH）為Fissell教授和他的研究夥伴，加利福尼亞三藩大學的長期合作者Shuvo Roy提供了長達4年，高達600萬美元的資助。

　　2012年，食品和藥品管理局（FDA）給予該項目快速通道審評——一種是用來促進和加速用於治療嚴重疾病且有可能解決無法滿足目前醫療需求藥物的審評方式。

　　該小組希望在2017年底之前能夠進行矽過濾器的試驗性研究。Fissell教授說他有一大堆的患者渴望能夠參與其中，他對這些患者表示欽佩，正如他總結道：

　　「我的患者絕對是我的英雄。他們一次又一次地從鬼門關回來，他們接受了沉重的疾病負擔，因為他們想生存下去。他們願意把為了其他患者承擔所有的風險。」