AVANCES EN EL DESARROLLO DEL RIÑÓN ARTIFICIAL

AVANCES EN EL DESARROLLO DEL RIÑÓN ARTIFICIAL

AVANCES EN EL DESARROLLO DEL RIÑÓN ARTIFICIAL, GRACIAS A LA COLABORACIÓN DE LOS BECARIOS DE NIBIB QUANTUM

La simulación por computadora aborda el problema de la coagulación de la sangre

Artículo ID: 689259   Lanzamiento: 8-feb-2018 1:05 p.m. EST

Fuente Sala de prensa: Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería

Crédito: Cortesía de Shuvo Roy, UCSF.

Diseño esquemático para un dispositivo de riñón artificial implantable, que usa vasos ilíacos para el flujo sanguíneo arterial y el retorno venoso, con drenaje de ultrafiltrato en la vejiga.

CITACIONES

EB014315; EB012487; EB021214; Revista de biomecánica

CANALES

Enfermedad Renal , Local – Maryland , Local – DC Metro , Todas las Noticias de la RevistaNoticias Financiadas por la Subvención

PALABRAS CLAVE

Newswise: Crear un riñón implantable artificial sería un avance épico en la medicina y podría abordar la escasez crónica de riñones de donantes necesarios para el trasplante. Los investigadores han estado en esta búsqueda durante los últimos 15 años y siguen encontrando un problema extremadamente complicado: cómo mantener la sangre fluyendo sin problemas a través del dispositivo artificial sin coagulación. En tales dispositivos, como las plaquetas sanguíneas responden a las fuerzas mecánicas, tienen una tendencia natural a coagularse, causando un mal funcionamiento del dispositivo.

Para superar este problema, los destinatarios de Quantum Awards del Instituto Nacional de Bioingeniería e Imágenes Biomédicas (NIBIB) combinaron una rara experiencia en el desarrollo artificial de los riñones y en la simulación computarizada del flujo sanguíneo, en un estudio en el número de avance del 16 de enero de 2018. de la Revista de Biomecánica.

Si bien la diálisis ahorra miles, si no millones, de vidas cada año, no es una solución ideal para la enfermedad renal. En lugar de la filtración continua de sangre, que mantiene la química de la sangre dentro de un rango saludable, la diálisis produce una sangre ultra limpiada y sin nutrientes, que gradualmente se vuelve más tóxica hasta el siguiente tratamiento de diálisis.

Un riñón artificial proporcionaría el beneficio de una filtración sanguínea continua. Reduciría las enfermedades renales y aumentaría la calidad de vida de los pacientes. Si bien los investigadores han progresado en los modelos portátiles, para hacer que el dispositivo sea implantable, impulsado por la propia sangre del cuerpo, el problema de la coagulación tendría que resolverse.

Lo que hacen los riñones

Los riñones extraen toxinas de la sangre y mantienen el equilibrio de líquidos en el cuerpo mediante la excreción de la orina. También producen hormonas para regular la presión arterial, promover la producción de glóbulos rojos y favorecer la salud ósea.

Cuando los riñones fallan-

La enfermedad renal puede causar la falla de los riñones y la acumulación de toxinas en la sangre. La insuficiencia renal afecta a más de 660,000 personas por año en los Estados Unidos y contribuye a 89,000 muertes.

Algunas personas con insuficiencia renal tienen la suerte de recibir un riñón de donante trasplantado. De las 100,000 personas cada año en la lista de espera para trasplantes, solo 18,000 reciben un donante renal. Una medida provisional para los pacientes bajo estas condiciones potencialmente mortales es la diálisis, una forma de procesar la sangre a través de un sistema de filtración externo.

“Como los desarrolladores de esta tecnología saben muy bien, es especialmente frustrante lidiar con los coágulos de sangre, que pueden taponar el dispositivo, inutilizarlo y causar peligros en otras partes del cuerpo donde el flujo sanguíneo podría verse comprometido”. dijo Rosemarie Hunziker, directora del programa NIBIB en ingeniería tisular y medicina regenerativa. “Un coágulo que migra al corazón podría causar un ataque al corazón; podría causar un accidente cerebrovascular si viajara al cerebro “.

El riñón artificial implantable, un dispositivo de bioingeniería que combina un filtro de silicio de alta eficiencia y un biorreactor de células del túbulo renal, ha sido un proyecto a largo plazo para los coautores del estudio Shuvo Roy, Ph.D., Universidad de California, San Francisco (UCSF) profesor de bioingeniería y ciencias terapéuticas, y William H. Fissell, IV, MD, profesor asociado de medicina de la Universidad de Vanderbilt.

El dispositivo experimental está diseñado para acomodar hasta un litro de sangre por minuto, filtrándolo a través de una serie de membranas de silicio. El fluido filtrado contiene toxinas, agua, electrolitos y azúcares. El fluido luego se somete a una segunda etapa de procesamiento en un biorreactor de células cultivadas en laboratorio del tipo que normalmente recubre los túbulos del riñón. Estas células reabsorben la mayoría de los azúcares, sales y agua en el torrente sanguíneo. El resto se convierte en orina que se dirige a la vejiga y fuera del cuerpo.

Gran parte de la tecnología para implementar este complejo proceso existe, parte de la cual fue desarrollada por Roy y Fissell con fondos previos del programa NIBIB Quantum Award. Uno de los desafíos restantes es que los investigadores integren las diversas innovaciones en un dispositivo funcional, compacto y, por lo tanto, implantable.

En el trabajo recientemente publicado, el equipo de UCSF-Vanderbilt colaboró ​​con el coautor Danny Bluestein, Ph.D., profesor de ingeniería biomédica en la Universidad Estatal de Nueva York, Stony Brook, quien también es beneficiario del Premio Quantum. En 2010, NIBIB otorgó al laboratorio de Bluestein una beca para estudiar la tromboresistencia: la prevención de la coagulación en la sangre circulante. El grupo de Bluestein utilizó esta técnica para estudiar los dispositivos de implantes cardiovasculares, como las válvulas cardíacas artificiales, así como el dispositivo utilizado en la cirugía cuando se pasa temporalmente por la circulación del corazón.

Roy y Fissell se enteró por primera vez sobre la metodología de Bluestein, llamada emulación de trombogenicidad del dispositivo (DTE), en una reunión de 2014 en NIBIB para los concesionarios de Quantum Award. La metodología Bluestein DTE cuantifica los patrones de flujo y los factores de estrés que se desarrollan durante el flujo sanguíneo. Durante la descripción de Bluestein del DTE, Roy y Fissell vieron de inmediato el potencial de aplicar sus teorías a su diseño de riñón artificial. Una simulación computarizada adecuada podría demorar años o incluso décadas en el proceso de diseño del riñón artificial y producir un dispositivo con un perfil de seguridad bien analizado y probado para la activación plaquetaria y la posterior formación de coágulos.

“Las plaquetas se activan e inician la coagulación de la sangre en respuesta a la gravedad de las fuerzas de estrés, así como a la cantidad de tiempo que las plaquetas están circulando a través del dispositivo”, dijo Bluestein. La metodología de simulación de Bluestein -primero desarrollada para predecir numéricamente la acumulación de estrés en plaquetas dentro de dispositivos que apoyan la circulación en pacientes con insuficiencia cardíaca- se adaptó fácilmente a los aspectos de dinámica de fluidos del riñón artificial.

Los investigadores generaron resultados de simulación y optimización para dos diseños de dispositivos que canalizan la sangre a través del sistema de filtro de riñón artificial. A través de la simulación, calcularon que una plaqueta individual puede fluir a través del riñón artificial hasta 1,000 veces, acumulando estrés y aumentando la tendencia a coagularse con cada pasada. Un diseño distribuye sangre a través de canales paralelos que pasan a través de múltiples capas de membranas filtrantes. El otro canaliza sangre hacia adelante y hacia atrás a través de una única ruta serpentina.

Los resultados de la simulación se inclinaron a favor del sistema de flujo paralelo, particularmente con respecto a la condición de las plaquetas sanguíneas después de la circulación repetida dentro de los sistemas de filtración. Sin embargo, ambos diseños cumplieron con los criterios predeterminados de los investigadores para el flujo uniforme de sangre a través de los dispositivos y la acumulación de fuerzas de tensión de corte en las plaquetas contra las paredes de los canales de flujo del dispositivo. Por lo tanto, los investigadores planean probar ambos diseños de implantes en experimentos prospectivos en cerdos. Diseños adicionales podrían ser probados en el futuro.

“Estoy feliz de que hayan decidido adoptar nuestra metodología, por lo que su eficacia podría demostrarse en un tipo de dispositivo muy diferente”, dijo Bluestein. “La coagulación de la sangre es el principal problema clínico que puede ocurrir debido a las tensiones inducidas por el flujo que existen en todos estos dispositivos”.

El enfoque de simulación ha acelerado el proyecto al ahorrar en la experimentación con animales y ofrece una alternativa viable para examinar los pros y los contras de los diferentes dispositivos que entran en contacto con la sangre. “Hacer eso en estudios con animales lleva mucho tiempo, es costoso, y en algún momento uno nunca sabe si funcionará, porque la sangre de los animales no es lo mismo que la sangre humana”, dijo Roy. “Terminamos aprovechando el extenso conjunto de trabajo realizado por el Dr. Bluestein y sus colegas y aplicamos metodologías en dinámica de fluidos computacional para ayudarnos a analizar nuestros diseños”.

¿El dispositivo tendrá todas las funciones de un riñón nativo? “No”, dijo Roy. “Pero el objetivo es que realice las funciones que son críticas, y que sea un dispositivo que, una vez implantado, permitirá que un paciente coma y beba libremente, tenga movilidad, una mejor salud en general y, a diferencia de un trasplante, no requiera inmunosupresores drogas “.

Leer Artículo Completo: Fuente: https://newswise.com/articles/artificial-kidney-development-advances,-thanks-to-collaboration-by-nibib-quantum-grantees-

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1 Comentario

  • victor Contestado el 26 marzo, 2018 05:50

    Soy paciente de Hemodialisis y estoy dispuesto a servir para ser transplantado con el rinon artificial y aportar al bienestar de los futuros pacientes renales cronicos

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