Ett samarbetsteam har utvecklat en ny typ av filter för njurdialysmaskiner som kan rena blodet mer effektivt och förbättra patientvården. Piran Kidambi, biträdande professor i kemisk och biomolekylär teknik, ledde teamet, som inkluderade William Fissell, docent i nefrologi och hypertoni vid Vanderbilt University Medical Center, Shuvo Roy, professor i bioteknik vid University of California, San Francisco, och Francesco Fornasiero, forskare inom biovetenskap och bioteknik vid Lawrence Livermore National Lab.
Kronisk njursjukdom, ett tillstånd där njurskador resulterar i dålig blodfiltrering, drabbar cirka 697,5 miljoner människor – eller 9 % av världens befolkning. Behandlingen inkluderar hemofiltrering, hemodialys eller njurtransplantation. Hemofiltration och hemodialys stödjer njurarna genom att filtrera gifter och slaggprodukter från blod.
Det nya filtret använder kolnanorör - små rör bildade av ett ark av kolatomer bundna i en hexagonal bikakestruktur - som har mycket små, släta kanaler. Dessa kanaler gör det lättare att ta bort gifter och avfall från blodet utan att låta viktiga proteiner komma ut, vilket kan vara ett problem med traditionella filter.
I artikeln "High-Performance Hemofiltration via Molecular Sieving and Ultra-Low Friction in Carbon Nanotube Capillary Membranes", publicerad i tidskriften Advanced Functional Materials den 27 augusti visar Kidambi och hans medförfattare att deras dialysmembran som består av kolnanorör och polymerer skapar ett nytt paradigm för dialys.
"Våra membran överträffar state-of-the-art dialysmembran med mer än en storleksordning samtidigt som de möjliggör förbättrat avlägsnande av mellanmolekyler som kan orsaka toxicitet och andra hälsokomplikationer," sa Kidambi. "Vi visade att exakt kontroll av kolnanorörsdiametrar inte bara möjliggjorde förbättrat och effektivt avlägsnande av mellanmolekyler, utan den raka kanalgeometrin såväl som hala väggar hos nanorören möjliggjorde avsevärt förbättrat flöde."
Arbetet gav också grundläggande insikter om hur biomolekyler transporteras i nanoskala förträngningar. Som en bläckfisk som kan förvränga sig själv för att passa in i de minsta utrymmena och sedan expandera, upptäckte Kidami och hans medförfattare att biomolekyler tränger sig in i ingången till nanoröret i membranet, färdas genom det och expanderar igen på andra sidan. Denna kunskap kan hjälpa forskare och ingenjörer att designa membran för biologiska separationer bortom dialys.
Att använda bättre membran i dialys är fördelaktigt för patientvården. Kidambi och hans kollegor planerar att utvärdera den långsiktiga operativa genomförbarheten, blodkompatibilitet och andra frågor om filtret för att utveckla det för patientvård. De siktar på att främja denna teknik med framsteg som Kidambi-labbet har gjort inom grafen.
"Vårt mål är att möjliggöra mindre kit för dialys så att de kan gå till patienter, istället för att de kommer till sjukhuset och blir fastspända i en dialysmaskin tre gånger i veckan i fyra timmar", säger Peifu Cheng, en postdoktorand forskningsassistent i Kidambi lab och tidningens första författare. "Det skulle vara en enorm förbättring av patientens livskvalitet. Vårt långsiktiga mål är att gå mot implanterbara enheter."
Mer information: Peifu Cheng et al, High-Performance Hemofiltration via Molecular Sieving and Ultra-Low Friction in Carbon Nanotube Capillary Membranes, Avancerade funktionella material (2023). DOI:10.1002/adfm.202304672
Journalinformation: Avancerat funktionsmaterial
Tillhandahålls av Vanderbilt University
