Срце је због свих својих мистичних моћи прилично једноставна ствар. То је пумпа - крв, крв. А то није све тако тешко копирати.
Али плућа су друга ствар. Нико вам никада неће саветовати да „следите плућа“ или опомињете „сломљено плуће“, што је срамота. Јер је то један компликован орган.
Мало људи то разуме као и Виллиам Федерспиел, истраживач биоинжињеринга и професор са Универзитета у Питтсбургху. Последњих 20 година или тако нешто, радио је на дизајнирању вештачког плућа. То је био изазов, признаје.
„Технологија за пацијенте који имају застој плућа знатно заостаје за технологијом код људи са затајењем срца“, каже он. „Своди се на прилично једноставну чињеницу: Прилично је лако дизајнирати малу пумпу која може да пумпа крв брзином протока коју чини срце.
„Али плућа су само невероватан орган за размену гаса између атмосфере и крви која тече кроз плућа. Не постоји технологија која се никада није могла приближити ономе што људско плуће може учинити. "
Плућа у руксаку
Ипак, Федерспиел и његов истраживачки тим су све ближи. Они су већ изумили уређај назван Хемолунг Респиратор Ассист Систем (РАС) који изводи оно што се описује као "респираторна дијализа", уклањајући угљен диоксид из пацијентове крви. Производи га Питтсбургх стартап Федерспиел основан под називом АЛунг Тецхнологиес, а могао би да се подвргне тестирању у америчким клиничким испитивањима крајем ове или почетком 2018. Већ је одобрен за употребу у Европи, Канади и Аустралији.
Сада напредују на много мањем уређају, за који су пријавили патент, само овај је дизајниран да подигне ниво кисеоника у крви неке особе. Такође, раније ове године, истраживачи су од Националног института за здравство (НИХ) добили грант од 2, 35 милиона долара за развој верзије вештачког плућа за децу.
Једноставно речено, најновија Федерспиелова истраживања фокусирана су на рафинирање механичког плућа које функционише изван тела, али које је довољно мало да се носи у руксаку или футроли. Била би повезана са пацијентовом кавом вене - великом веном која носи крв у срце - кроз канилу или цев, уметнуту у југуларну вену у грлу. Још увек ће морати да удахне кисеоник из преносног резервоара.
Ово, напомиње Федерспиел, омогућило би да та особа буде покретнија у болници, уместо да буде затворена у кревет. То је критично, јер ако се пацијенти не могу кретати, њихови мишићи постају слабији, а шансе за опоравак од озбиљне инфекције плућа смањују се. Направа се сматра нарочито корисном за пацијенте који чекају на трансплантацију плућа, попут људи са цистичном фиброзом.
"Тренутно не намеравамо да они могу да напусте болницу са једним од ових система, " каже он, „али бар у оквиру болнице могли би да устану и ходају."
Проклетство угрушака
У току су поновна достигнућа у стварању људских плућа. Прошле године су научници из Националне лабораторије Лос Аламос у Њу Мексику објавили да су направили минијатурни уређај направљен од полимера који функционише попут плућа и осмишљен је да имитира реакцију органа на лекове, токсине и друге елементе животне средине у тестне сврхе.
У Чешкој су научници са Технолошког универзитета у Брну рекли да су развили 3Д штампану верзију плућа која може да симулира стања као што су астма и други хронични плућни проблеми и који ће лекарима омогућити да прецизније донесу начин на који раде лечити плућна стања.
Оба ова пројекта, међутим, имају за циљ да помогну истраживачима да науче више о условима и третманима, док је Федерспиел-ово истраживање - као и сличан рад који се ради у близини Питтсбургх-а на Универзитету Царнегие Меллон - усмерено више ка помагању пацијентима да побољшају своју дугорочну прогнозу .
Нови уређај - онај намењен подизању нивоа кисеоника у крви - мора да подржава теже проток крви у односу на машину која снижава угљен-диоксид. Дакле, како Федерспиел истиче, суочава се са изазовом суочавања са оним што се често дешава с крвљу кад тече преко вештачке површине - она се згрушава.
Све има везе са софистицираном разменом гаса која је кључна за функцију плућа и на то како се опонаша у уређају. „Јединица за измену гаса [у уређају] састоји се од великог броја полимерних цеви које су око двоструко веће од људске длаке“, објашњава он. „Пропусни су за гас, тако да када крв тече са спољне стране цеви, кроз унутрашњост епрувета пролазимо 100 одсто кисеоника. Кисеоник се дифузијом креће у крв, а угљен диоксид из крви улази у ток гаса који тече кроз уређај. “
Проблем је што крв која пролази долази у додир са релативно великом вештачком површином, повећавајући вероватноћу да ће се формирати угрушци. Велики је разлог зашто у овом тренутку није реално размотрити имплантацију плућних уређаја попут овог у тело пацијента. Вероватно ће их требати заменити сваких неколико месеци.
Федерспиел каже да је недавно његов тим пет дана без проблема могао тестирати нови уређај на овцама. Овце се користе јер су њихови кардиоваскуларни системи слични људским. Али он и његов тим такође сарађују са компанијом на развоју специјалних премаза за које се надају да ће им у великој мери смањити згрушавање. То би такође омогућило лекарима да значајно смање ниво антикоагулационих лекова које би пацијенти морали да узимају.
Сљедећи корак је, каже он, тридесетодневно испитивање на животињама које би упоредило резултате уређаја и са премазом и без њега. Процјењује да би клиничка испитивања на људима могла бити још четири до пет година.
Али Федерспиела то не одвраћа од намерног темпа стварања уређаја који функционише као и људска плућа. Добро је свестан колико то може бити захтевно.
"Вештачко плуће и даље мора функционирати попут људског плућа", каже он. „Када говорим о томе, прво што кажем је плућа је невероватан орган.“
