211service.com
Nieuw apparaat kan een veiliger alternatief zijn voor longventilatoren
Een nieuwe technologie die belangrijke kenmerken van structuren in de long opnieuw creëert, zou uiteindelijk een veiliger alternatief kunnen zijn voor bepaalde soorten ademhalings- en hartmachines die worden gebruikt om mensen te behandelen van wie de longen door ziekte of letsel zijn uitgevallen.
Donkerrood bloed stroomt het apparaat in, waar het koolstofdioxide uitwisselt voor zuurstof en aan de andere kant veel helderder tevoorschijn komt.
Door fabricagetechnieken te gebruiken die oorspronkelijk waren ontworpen om computerchips te maken, hebben biomedische ingenieurs de afgelopen jaren aanzienlijke vooruitgang geboekt in het nabootsen van de mechanismen van bepaalde orgaansystemen, waarvan de gezonde functionaliteit afhankelijk is van zeer nauwkeurige chemische en fysische omstandigheden. Bloed is bijvoorbeeld extreem gevoelig voor andere omgevingen dan die in gezonde levende systemen. Nu ingenieurs bij Draper Laboratorium zeggen dat ze een nieuwe longtherapie hebben ontworpen, bestaande uit kleine kanaaltjes die zijn gevormd tot een biocompatibel polymeer dat hoge bloedstroomsnelheden aankan. Als de dingen gaan zoals ze gepland zijn, zal de therapie veel veiliger zijn dan de therapie die tegenwoordig wordt gebruikt.
Het komt vaak voor dat ernstig zieke mensen het acute respiratory distress syndrome (ARDS) ervaren, waarbij vocht zich ophoopt in de longen en de normale uitwisseling van zuurstof en koolstofdioxide verhindert. Mechanische ventilatie van de longen, de meest gebruikte therapie voor dergelijke patiënten, is vergelijkbaar met iemand vragen om een gebroken arm te oefenen, zegt Jeff Borenstein, die het microfluïdische longproject bij Draper leidt. De invasieve therapie omvat het forceren van hoge concentraties zuurstof in de longen onder hoge druk, en laat het zieke of beschadigde weefsel niet genezen, zegt hij. Erger nog, het leidt vaak tot ernstige complicaties, waaronder longweefseltoxiciteit en longontsteking.
Een alternatief voor mechanische ventilatie is extracorporele membraanoxygenatie (ECMO), wat inhoudt dat het bloed van een patiënt wordt afgenomen en door een apparaat wordt geleid dat koolstofdioxide verwijdert en zuurstof toevoegt voordat het bloed naar het lichaam van de patiënt wordt teruggevoerd. Traditioneel wordt ECMO vooral gebruikt als een levensreddende maatregel als mechanische beademing niet of onmogelijk is, en wordt het vaker gebruikt bij kinderen. De huidige ECMO-machines, waarbij bloed over een bundel poreuze vezels stroomt waar zuurstof doorheen wordt gepompt, zijn gecompliceerd en vereisen gespecialiseerde expertise om te werken. Bloed heeft de neiging om in het apparaat te stollen, wat heel anders is dan de omgeving in de longen, dus patiënten moeten grote doses antistollingsmedicatie nemen. Dit kan leiden tot andere gevaarlijke complicaties, zoals bloedingen in de hersenen of het maag-darmstelsel.
Het nieuwe microfluïdische apparaat, dat eenvoudiger van ontwerp is en het stromende bloed een omgeving biedt die veel lijkt op wat het in de longen aantreft, zou in wezen het lef van conventionele ECMO-machines kunnen vervangen, zegt David O'Dowd, programmamanager voor biomedische systemen bij Draper . Als alles volgens plan verloopt, is het over twee jaar klaar om op dieren te testen en over drie jaar op mensen, zegt hij.
Door lagen biocompatibel plastic te stapelen met microkanalen in patroon op hun oppervlak, heeft het team van Borenstein een driedimensionale vertakkingsstructuur gebouwd waarin grotere kanalen geleidelijk vertakken in kleinere, vergelijkbaar met de manier waarop grotere bloedvaten vertakken in haarvaten.
Andere onderzoeksgroepen streven ook naar op microfluïdische technologie gebaseerde gasuitwisselingstechnologieën, maar Borenstein zegt dat het apparaat van zijn team uniek is in de mate waarin het het eigenlijke biologische systeem nabootst - iets dat mogelijk wordt gemaakt door de gepatenteerde methoden die de groep gebruikte om de 3D-vertakking te bereiken . Terwijl het door het apparaat stroomt, is het veel minder waarschijnlijk dan in een ECMO-machine om te denken dat het zou moeten stollen, zegt Borenstein. Het brengt ook zuurstof en bloed dichter bij elkaar, wat een efficiëntere gasuitwisseling mogelijk maakt in vergelijking met conventionele ECMO.
Dit unieke ontwerp heeft het team in staat gesteld om bloedstroomsnelheden te bereiken die minstens 10 keer sneller zijn dan concurrerende microfluïdische technologieën, aldus Borenstein. Onlangs toonde de groep een stroomsnelheid van 100 milliliter per minuut aan met runderbloed. Het doel is nu om het op te schalen, zodat het liters bloed per minuut kan verwerken zonder de eigenschappen op te offeren die het stollingsrisico verminderen.
Omdat een apparaat als dit eenvoudiger en efficiënter zou zijn en patiënten niet veel bloedverdunners zouden hoeven gebruiken, zou het voor langdurig gebruik veel veiliger kunnen zijn dan de huidige ECMO-machines, zegt Philip Camp , een cardiothoracale chirurg in het Brigham and Women's Hospital in Boston, die onderzoek doet naar mechanische ondersteuningssystemen voor patiënten met hart- of longfalen. Dat kan vooral handig zijn om mensen te helpen bij opflakkeringen van veelvoorkomende chronische longaandoeningen zoals chronische obstructieve longziekte (COPD). Als de technologie met succes kan worden opgeschaald en gecommercialiseerd, zegt hij, heeft het de potentie om een revolutie teweeg te brengen in de manier waarop we zorgen voor mensen met acuut ademhalingsfalen.