Forskare inom kemiteknik vid University of Arkansas har utvecklat en enhet som simulerar blodfiltrerings- och jontransportfunktionerna i den mänskliga njuren. Tekniken kan förändra behandlingsalternativen för människor i slutskedet av njursjukdom.

"I grund och botten skapade vi ett syntetiskt nefron - strukturen som filtrerar blod för att sprida näringsämnen till kroppen och ta bort avfallsmaterial, sa Christa Hestekin, docent i kemiteknik och huvudforskare. "Systemet skulle kunna fungera som en fristående enhet eller i kombination med peritonealdialys för att kontrollera kemin hos lösningar som används vid behandling. Och, mindre modifieringar av enheten kan göra det möjligt att fungera som en bärbar och potentiellt implanterbar konstgjord njure. "

Hestekin arbetar i ett team inklusive Jamie Hestekin, professor i kemiteknik; Ira Kurtz, professor i medicin och chef för nefrologi vid UCLA Health; och flera studenter vid Ralph E. Martin-avdelningen för kemiteknik vid University of Arkansas. Finansierat av US Kidney Research Corporation, verket publicerades i Kommunikationsmaterial , en Nature -publikation.

Forskarnas system simulerar nefronens kritiska jontransportarbete. Som njurens strukturella och funktionella enhet, nefronet reglerar blodets kemi genom filtrering av blodet som levererar joner och organiska molekyler till kroppen innan det genererar urin som ska utsöndras.

För att simulera filtreringsprocessen, forskare infogade porösa maskor av platina mellan två jonbytarskivor för att skapa en enda elektroavjoniseringsskiva som använder ett elektriskt fält för att tvinga joner genom membran. Nätmaskorna fungerar som elektroder när spänning appliceras. Nätelektroderna möjliggjorde oberoende kontroll av transportkammare i enheten, vilket i sin tur gjorde det möjligt för forskare att välja olika joner och justera transporthastigheter oberoende.

Hestekins team testade framgångsrikt tekniken med flera fysiologiskt relevanta joner, efterliknar den specifika kontrollen av jontransport genom njuren.

I kombination med ultrafiltrering, nanofiltrering eller omvänd osmos, forskarnas teknologi skulle kunna integreras i en konstgjord njure, sa Hestekin.

Enligt Centers for Disease Control and Prevention, 37 miljoner människor i USA lider av någon form av kronisk njursjukdom. Av dessa, cirka 700, 000 personer per år kommer att utveckla slutskedet, njursjukdom, som kräver dialys eller, som en sista utväg, en njurtransplantation. CDC rapporterar att den genomsnittliga varaktigheten av patientöverlevnad vid dialys är något längre än sju år, och patienter måste i allmänhet vänta cirka 10 år för att få en donerad njure. Ungefär 100, 000 människor dör varje år i väntan på en njurtransplantation.