Για όλες τις μυστικές δυνάμεις της, η καρδιά είναι ένα πολύ απλό πράγμα. Είναι μια αντλία-αίμα μέσα, αίμα έξω. Και αυτό δεν κατέστησε δυνατή την αντιγραφή όλων.
Αλλά οι πνεύμονες είναι ένα άλλο θέμα. Κανείς δεν θα σας συμβουλέψει ποτέ να «ακολουθήσετε τους πνεύμονές σας» ή να σκεφτείτε ένα «σπασμένο πνεύμονα», το οποίο είναι ντροπή. Επειδή είναι ένα περίπλοκο όργανο.
Λίγοι άνθρωποι το καταλαβαίνουν καθώς και ο William Federspiel, ερευνητής βιοϊατρικής και καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Pittsburgh. Για τα τελευταία 20 χρόνια περίπου, εργάζεται για το σχεδιασμό ενός τεχνητού πνεύμονα. Ήταν μια πρόκληση, παραδέχεται.
"Η τεχνολογία για ασθενείς με αποτυχία πνευμόνων είναι πολύ πίσω από την τεχνολογία για άτομα με καρδιακή ανεπάρκεια", λέει. "Έρχεται κάτω από ένα πολύ απλό γεγονός: Είναι πολύ εύκολο να σχεδιάσετε μια μικρή αντλία που μπορεί να αντλεί αίμα με τον ρυθμό ροής που κάνει η καρδιά.
"Αλλά ο πνεύμονας είναι απλώς ένα απίστευτο όργανο για την ανταλλαγή αερίου μεταξύ της ατμόσφαιρας και του αίματος που ρέει μέσα από τους πνεύμονές σας. Δεν υπάρχει τεχνολογία που ποτέ δεν ήταν σε θέση να έρθει κοντά σε αυτό που μπορεί να κάνει ο ανθρώπινος πνεύμονας. "
Ο πνεύμονας σε ένα σακίδιο
Τούτου λεχθέντος, ο Federspiel και η ερευνητική ομάδα του πλησιάζουν. Έχουν ήδη εφεύρει μια συσκευή που ονομάζεται Hemolung Respiratory Assist System (RAS) που εκτελεί αυτό που περιγράφεται ως «αναπνευστική αιμοκάθαρση», αφαιρώντας το διοξείδιο του άνθρακα από το αίμα του ασθενούς. Παράγεται από την ίδρυση της Federspiel στο Pittsburgh που ιδρύθηκε με την ονομασία ALung Technologies και θα μπορούσε να υποβληθεί σε δοκιμές στις κλινικές δοκιμές των ΗΠΑ στα τέλη του έτους ή στις αρχές του 2018. Έχει ήδη εγκριθεί για χρήση στην Ευρώπη, τον Καναδά και την Αυστραλία.
Τώρα κινούνται προς τα εμπρός σε μια πολύ μικρότερη συσκευή, για την οποία έχουν υποβάλει αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας, μόνο αυτή είναι σχεδιασμένη να αυξάνει τα επίπεδα οξυγόνου στο αίμα ενός ατόμου. Επίσης, νωρίτερα αυτό το έτος, οι ερευνητές έλαβαν επιχορήγηση ύψους 2, 35 εκατομμυρίων δολαρίων από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας (NIH) για να αναπτύξουν μια έκδοση του τεχνητού πνεύμονα τους για παιδιά.
Με απλά λόγια, η τελευταία έρευνα του Federspiel επικεντρώνεται στη βελτίωση ενός μηχανικού πνεύμονα που λειτουργεί εκτός του σώματος, αλλά αυτό είναι αρκετά μικρό για να μεταφερθεί μέσα σε σακίδιο ή θήκη. Θα συνδέεται με την κοίλη φλέβα του ασθενούς - μια μεγάλη φλέβα που μεταφέρει αίμα μέσα στην καρδιά - μέσω σωληνίσκου ή σωληναρίου, που εισάγεται στη σφαγίτιδα φλέβα στο λαιμό. Αυτός ή αυτή θα πρέπει ακόμα να αναπνέει οξυγόνο από μια φορητή δεξαμενή.
Αυτό, σημειώνει ο Federspiel, θα επέτρεπε στο άτομο να είναι πιο κινητό στο νοσοκομείο αντί να περιορίζεται σε ένα κρεβάτι. Αυτό είναι κρίσιμο, διότι εάν οι ασθενείς δεν μπορούν να κινηθούν, οι μύες τους γίνονται πιο αδύναμοι και οι πιθανότητες ανάκτησης από μια σοβαρή λοίμωξη των πνευμόνων μειώνονται. Η συσκευή θεωρείται ιδιαίτερα ευεργετική για ασθενείς που περιμένουν μεταμόσχευση πνευμόνων, όπως άτομα με κυστική ίνωση.
"Δεν θέλουμε τώρα να μπορούν να εγκαταλείψουν το νοσοκομείο με ένα από αυτά τα συστήματα", λέει, "αλλά τουλάχιστον στο νοσοκομείο, θα μπορέσουν να σηκωθούν και να περπατήσουν".
Η κατάρα των θρόμβων
Έχουν υπάρξει και άλλες πρόσφατες ανακαλύψεις στην αναδημιουργία ανθρώπινων πνευμόνων. Πέρυσι, οι επιστήμονες στο Εθνικό Εργαστήριο του Los Alamos στο Νέο Μεξικό ανακοίνωσαν ότι έχουν δημιουργήσει μια μικροσκοπική συσκευή κατασκευασμένη από πολυμερή που λειτουργεί σαν πνεύμονες και έχει σχεδιαστεί για να μιμείται την ανταπόκριση του οργάνου σε φάρμακα, τοξίνες και άλλα περιβαλλοντικά στοιχεία για δοκιμαστικούς σκοπούς.
Στην Τσεχική Δημοκρατία, οι επιστήμονες του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου του Μπρνο ανέφεραν ότι έχουν εκπονήσει μια τρισδιάστατη εκδοχή ενός πνεύμονα που μπορεί να προσομοιώσει καταστάσεις όπως το άσθμα και άλλα χρόνια πνευμονικά προβλήματα και αυτό θα επιτρέψει στους γιατρούς να δώσουν μεγαλύτερη ακρίβεια στο πώς θεραπεία των καταστάσεων των πνευμόνων.
Και τα δύο αυτά προγράμματα έχουν σκοπό να βοηθήσουν τους ερευνητές να μάθουν περισσότερα σχετικά με τις συνθήκες και τις θεραπείες, ενώ η έρευνα του Federspiel - καθώς και παρόμοια εργασία που γίνεται κοντά στο Πίτσμπουργκ στο πανεπιστήμιο Carnegie Mellon - προσανατολίζεται περισσότερο προς την παροχή βοήθειας στους ασθενείς για τη βελτίωση της μακροπρόθεσμης πρόγνωσής τους .
Η νέα συσκευή - αυτή που έχει σχεδιαστεί για να αυξάνει τα επίπεδα οξυγόνου στο αίμα - πρέπει να υποστηρίζει μια βαρύτερη ροή αίματος από τη μηχανή που μειώνει το διοξείδιο του άνθρακα. Έτσι, όπως επισημαίνει ο Federspiel, αντιμετωπίζει την πρόκληση να ασχοληθεί με το τι συμβαίνει συχνά με το αίμα όταν ρέει πάνω από μια ανθρωπογενή επιφάνεια-θρομβώνει.
Όλα έχουν να κάνουν με την εξελιγμένη ανταλλαγή αερίων που είναι το κλειδί για τη λειτουργία των πνευμόνων και πώς μιμούνται στη συσκευή. "Η μονάδα ανταλλαγής αερίων [στη συσκευή] αποτελείται από ένα μεγάλο αριθμό σωλήνων από πολυμερές που είναι περίπου διπλάσιο από το πάχος μιας ανθρώπινης τρίχας" εξηγεί. "Είναι διαπερατά στο αέριο, οπότε όταν ρέει αίμα στο εξωτερικό των σωλήνων αυτών, τρέχουμε 100 τοις εκατό οξυγόνο μέσα από το εσωτερικό των σωλήνων. Το οξυγόνο μετακινείται στο αίμα με διάχυση και το διοξείδιο του άνθρακα εξέρχεται από το αίμα στο ρεύμα αερίου που ρέει μέσα από τη συσκευή. "
Το πρόβλημα είναι ότι το αίμα που διέρχεται έρχεται σε επαφή με μια σχετικά μεγάλη τεχνητή επιφάνεια, αυξάνοντας την πιθανότητα σχηματισμού θρόμβων. Είναι ένας μεγάλος λόγος για τον οποίο δεν είναι ρεαλιστικό σε αυτό το σημείο να εξετάσει το ενδεχόμενο εμφύτευσης πνευμονικών συσκευών όπως αυτό μέσα στο σώμα ενός ασθενούς. Θα έπρεπε πιθανότατα να αντικατασταθούν κάθε λίγους μήνες.
Ο Federspiel λέει ότι πρόσφατα η ομάδα του ήταν σε θέση να δοκιμάσει τη νέα συσκευή στα πρόβατα για πέντε ημέρες χωρίς κανένα πρόβλημα. Τα πρόβατα χρησιμοποιούνται επειδή τα καρδιαγγειακά τους συστήματα είναι παρόμοια με τον άνθρωπο ». Αλλά αυτός και η ομάδα του συνεργάζονται επίσης με μια εταιρεία για την ανάπτυξη ειδικών επιστρώσεων που ελπίζουν ότι θα μειώσουν σημαντικά την πήξη. Αυτό θα επέτρεπε επίσης στους γιατρούς να μειώσουν σημαντικά το επίπεδο των αντιπηκτικών φαρμάκων που θα έπρεπε να κάνουν οι ασθενείς.
Το επόμενο βήμα, λέει, είναι μια δοκιμή σε ζώα διάρκειας 30 ημερών που θα συγκρίνει τα αποτελέσματα των συσκευών τόσο με την επικάλυψη όσο και χωρίς αυτήν. Εκτιμά ότι οι κλινικές δοκιμές στον άνθρωπο θα μπορούσαν να παραμείνουν ακόμη τέσσερα έως πέντε χρόνια.
Αλλά ο Federspiel δεν αποθαρρύνεται από τον εσκεμμένο ρυθμό δημιουργίας μιας συσκευής που λειτουργεί και του ανθρώπινου πνεύμονα. Γνωρίζει πολύ καλά πόσο απαιτητικός μπορεί να είναι αυτός.
"Ένας τεχνητός πνεύμονας πρέπει ακόμα να λειτουργήσει όπως ο ανθρώπινος πνεύμονας", λέει. «Όταν μιλάω για αυτό, το πρώτο πράγμα που λέω είναι ότι ο πνεύμονας είναι ένα απίστευτο όργανο».
