Вернуться к обычной версии

Ультратонкие кремниевые мембраны для носимого диализа

  • Leah J. McGrath,
  • Christopher C. Striemer,
  • Dean G. Johnsone,
  • Jeremy G. Taylor,
  • Jon-Paul S.,
  • Karl J.P. Smith,
  • Tejas S. Khire,
  • Thomas R. Gaborski,
  • Yekaterina L. Lyubarskaya,
  • Издание: Advances in Chronic Kidney Disease
  • Месяц и год публикации: ноябрь 2013
  • Перевод: Зиновьев Д. А.

РЕЗЮМЕ

Развитие носимых или имплантируемых технологий, которые заменят гемодиализ (ГД), проводимый в центрах, обещает улучшить исходы и качество жизни пациентов с ТХПН.

Необходимым условием для этих технологий является разработка высокоэффективных мембран, которые могут достичь высокого клиренса токсина в устройстве небольшого формата. В данной работе авторы рассматривают применение пористого нанокристаллического кремния (PNC-Si) для ГД. PNC-Si является молекулярно тонким нанопористым материалом мембраны, на несколько порядков более проницаемым, чем обычные мембраны ГД.

Разработка материалов позволила нам значительно увеличить количество активных мембран, доступных для диализа на PNC-Si кристаллах. Контролируя размеры пор в процессе производства, PNC-Si мембраны могут быть сконструированы так, чтобы пропустить белковые токсины со средним молекулярным весом, сохраняя при этом альбумин, что имитирует работу здоровой почки. Микрожидкостное диализное устройство, разработанное на PNC-Si достигает скорости клиренса мочевины, подтверждающей, что мембрана не оказывает никакого сопротивления прохождению мочевины. Наконец, модификации поверхности тонкими гидрофильными покрытиями призваны блокировать клеточную и белковую адгезию.

КОММЕНТАРИЙ

Мечта становится реальностью? Дальнейшие исследования на тему носимой искусственной почки.

Необходимым условием для носимых ГД технологий является развитие высокоэффективных мембран, которые могут достичь стандартной скорости клиренса токсинов с гораздо меньшей мембраной. Клинический ГД в настоящее время использует мембраны, толщиной примерно 10 мкм с извилистыми путями потока. Эти характеристики замедляют диффузию и конвекцию через мембраны; следовательно, диализаторы имеют длинные каналы потока (37-45 см) и большие площади поверхности мембраны (1,4-2,4 м2) для достижения целевых значений клиренса. Расширенное экстракорпоральное кровообращение повышает риск гемолиза, разрушения красных кровяных клеток, и образования тромба. Таким образом, укороченные диализные пути потока не только дадут портативность, но также имеют потенциал снижения других осложнений.

В данной работе авторы сообщают о применении пористых мембран из нанокристаллического кремния (PNC-Si) для включения в ГД устройства малого формата. Эти мембраны, которые впервые были описаны 6 лет назад, от в 100 до 1000 раз тоньше, чем обычные мембраны и, следовательно, на порядки более эффективны для диализа. В самом деле, учитывая молекулярную толщину этих мембран (~ 15 нм) и их заметную пористость (~ 15%), PNC-Si мембраны работают на пределе максимальной проницаемости, которая достижима для нанопористой мембраны. Кроме того, размеры пор мембран, могут быть настроены под конкретные цели молекулярного разделения, и кремниевая платформа допускает масштабируемое производство и прямую интеграцию со струйными системами.

Авторы описывают разработку и эксплуатацию настольной микрожидкостной системы, которая достигает целевых значений мочевины при диализе, предсказанных, исходя из конечно-элементных моделей. Они также изучают использование поверхностных функциональных групп, чтобы уменьшить белковое и клеточное присоединение к PNC-Si и сделать мембраны гемосовместимыми.

Несмотря на потенциал ультратонких кремниевых наномембран, до использования их в ГД остается много работы. Самой насущной потребностью является создание стабильной поверхностной химии, которая даст устойчивый клиренс цельной крови в течение нескольких дней без активации плазменной или иммунной системы.

Дизайн и сборка многокристального устройства, является инженерной задачей, которую еще предстоит выполнить

Жак Шанар (Jacques CHANARD)

Профессор нефрологии

Отмена

Ошибка