6월 11, 2024
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6월 11, 2024
신장 프로젝트(Kidney Project)는 신부전증 환자의 삶을 개선하기 위해 이식 가능한 인공 신장을 설계하려는 장기적인 노력입니다.
인공신장
Vanderbilt University의 William H. Fissell 박사는 프로토타입 인공 신장 카트리지를 보유하고 있습니다.
문제
우물이 마르기 전에는 물을 놓치지 않는다는 옛말이 있다. 기분이 좋으면 아플 때 얼마나 기분이 나빴는지 잊어버리기 쉽습니다. 50만 명의 미국인과 전 세계 200만 명의 사람들이 심각한 신장 질환을 앓고 있기 때문에 매일 몸이 아프고 신부전증을 앓고 있는 환자들은 아픈 느낌을 잊을 수 있는 날이 다시는 없을 것임을 알고 있습니다.
신부전에 대한 최선의 치료법은 이식이라는 의학적 절차를 통해 신장을 대체하는 것입니다. 신장 이식 수혜자는 매일 약을 먹어야 하는 부담과 감염 및 암 위험이 증가하는 것 외에는 꽤 정상적인 삶을 영위합니다. 신장 이식은 두 개의 신장 중 하나를 신부전증이 있는 사람에게 기증하는 이타적인 생체 기증자 또는 생존 가족이 사랑하는 사람에게 신장을 기증하기로 결정한 사망한 기증자로부터 이루어집니다. (이 모든 것이 어떻게 작동하는지 알아보려면 United Network for Organ Sharing 웹사이트를 방문하세요.)
이식은 기증 장기의 부족으로 인해 제한됩니다. 2014년에는 신장 이식을 받은 사람보다 신장을 기다리는 사람이 5배나 많았습니다. 다른 모든 사람들은 죽음의 최종성을 받아들이거나 어떤 형태의 투석을 선택합니다. 간단히 말해서, 투석은 소금물 용액을 사용하여 혈액의 노폐물을 청소합니다. 이는 복막투석을 통해 신체 내부에서 발생할 수 있고, 혈액투석을 통해 신체 외부에서 발생할 수 있습니다.
이러한 치료는 매일 또는 일주일에 몇 번씩 이루어집니다. 기껏해야 투석은 건강한 신장 기능의 아주 작은 부분을 대체합니다. 예를 들어, 당신은 무엇을 먹고 싶나요? 스테이크? 감자 칩? 피자? 아마도 당신은 건강에 조금 더 관심이 있는 것 같습니다. 신선한 토마토. 포도. 오렌지? 투석환자는 이들 중 어떤 것도 먹을 수 없습니다. 투석 과정은 투석 시간이 될 때까지 노폐물을 제거할 수 없으며, 식사 사이에 노폐물 수치가 위험할 정도로 높아질 수 있습니다.
The Atlantic 잡지에 일부 재인쇄된 ProPublica의 2010년 기사에서는 미국에서 처방되는 투석의 단점을 설명했습니다. 많은 의사들은 이 기사가 미국의 신장 치료를 대표하지 않는다며 이의를 제기했습니다. 다른 의사들과 환자들은 투석이 항상 최선의 선택은 아니라는 사실을 깨닫기 시작했습니다.
우리 모두는 무엇을 할 수 있나요? 매년 신부전 환자의 수가 점점 늘어나고 있으며, 고통에 대한 부담과 치료 비용도 함께 늘어납니다.
해결책: 이식 가능한 인공 신장
Fissell 박사가 인공 신장 프로토타입을 보유하고 있습니다.
Vanderbilt University의 William H. Fissell 박사는 프로토타입 인공 신장 카트리지를 보유하고 있습니다.
혈액투석으로 환자를 치료하는 것은 우리에게 막대한 비용을 초래하고 우리를 아프게 만듭니다. 이러한 요구에 부응하기 위해 우리는 1998년부터 이식 가능한 인공 신장을 만들기 위해 노력해 왔습니다. 우리의 디자인은 혈액을 정화하기 위한 신체 자체의 전략을 모델로 삼았습니다.
우리가 모방하는 신장의 몇 가지 특징이 있습니다. 첫째, 신장은 대규모 평행 구조입니다. 각 신장에는 거의 비슷한 약 백만 개의 작은 네프론이 있습니다. 신장의 절반을 제거하면 네프론 수가 절반이 되고 기능도 절반이 됩니다. 우리는 원하는 수준의 기능을 달성하기 위해 동일한 계획의 수백 복사본을 구현하여 신장과 마이크로 전자 산업을 모두 모방합니다. 더 많은 기능이 필요하십니까? 더 많은 유닛을 추가하세요!
둘째, 각각의 작은 네프론 하위 단위에는 함께 작동하는 두 부분, 즉 사구체라고 하는 여과 단위와 세뇨관이라고 하는 처리 단위가 있습니다. 필터는 대부분의 신장질환에서 망가지는 부분으로, 필터를 만드는 세포는 실험실에서 잘 자라지 않습니다. 다른 과학자들이 이 접근 방식을 추구하고 있지만 현재로서는 대체 물질을 성장시킬 수 있는 좋은 방법이 없습니다. 대신 실리콘 나노기술을 이용해 인공 필터를 만듭니다. 세뇨관은 여과액의 물질을 분류하고 소금의 양, 칼륨의 양, 물의 양 등 무엇을 보관하고 무엇을 버릴지를 결정합니다. 다행스럽게도 이 세포는 실험실에서 쉽게 성장할 수 있으며 이전에는 인공 신장에도 사용된 적이 있습니다.
기술과 생물학의 결합으로 인해 신부전의 영구적인 해결책을 찾기 위해 펌프, 튜브, 투석 및 면역억제제를 건너뛸 수 있게 되었습니다.
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The Kidney Project is a long-term effort to engineer an implantable artificial kidney to improve the lives of patients with renal failure
The Problem
There’s an old saying that one doesn’t miss the water until the well runs dry. When you are feeling well, its easy to forget how lousy you felt when you were sick. Half a million Americans and two million people worldwide feel sick every single day because they have severe kidney disease, and each patient with kidney failure knows he or she will not ever have a day again when they can forget how it feels to be sick.
Our best treatment for kidney failure is a replacement kidney through a medical procedure called transplantation. Kidney transplant recipients lead pretty normal lives other than a daily burden of pills and increased risk of infections and cancers. Transplant kidneys come from altruistic living donors who donate one of their two kidneys to someone with kidney failure, or from deceased donors whose surviving family decides to make a gift of their loved ones kidneys. (For how this all works, visit the United Network for Organ Sharing web site.)
Transplant is limited by scarcity of donor organs. In 2014, there were five times as many people waiting for a kidney as received a kidney transplant. Everyone else either accepts the finality of death or chooses some form of dialysis. Very briefly, dialysis uses a salt water solution to clean the blood of waste products. This can happen inside the body, using peritoneal dialysis, or outside the body, using hemodialysis.
These treatments happen somewhere between every day and a few times a week. At best, dialysis replaces a tiny fraction of the function of a healthy kidney. For example, what do you like to eat? Steak? Potato chips? Pizza? Maybe you are a little more health conscious. Fresh tomatoes. Grapes. An orange? A dialysis patient cannot eat any of these these. The dialysis procedure cannot get rid of the wastes until it is time for the dialysis session, and during the time between the meal, the levels of waste products can rise high enough to be dangerous.
A 2010 article in ProPublica, reprinted in part in The Atlantic magazine, described the shortcomings of dialysis as it is prescribed in the United States. Many doctors objected to the article, saying it was not representative of kidney care in the US. Other doctors and patients have begun to see that dialysis is not always the best option.
What can we all do? Every year the number of patients with kidney failure grows larger and larger, and the burden of suffering and the dollar cost of care grow right alongside.
The Solution: An Implantable Artificial Kidney
Dr. William H. Fissell of Vanderbilt University holds a prototype artificial kidney cartridge.
Treating patients with hemodialysis is costing us a fortune and leaving us sick. To answer this need, since 1998 we have worked to create an implantable artificial kidney. Our design is modeled on the body’s own strategy for cleaning the blood.
There are a few features of the kidney that we copy. First, the kidney is a massively parallelstructure. Each one of your kidneys has about one million little nephrons all pretty much alike. Remove half a kidney, you have half as many nephrons and half the function. We mimic both the kidney and the microelectronics industry by implementing hundreds of copies of the same plan to achieve the desired level of function. Need more function? Add more units!
Second, each little nephron subunit has two parts that work together: a filtration unit, called the glomerulus, and a processing unit, called the tubule. The filters are the part that are ruined in most kidney diseases, and the cells that make the filters do not grow well in the laboratory. Right now, there’s no good way to grow replacements, although other scientists are pursuing this approach. Instead, we use silicon nanotechnology to make artificial filters instead. The tubule sorts out the substances in the filtrate and decides what to keep and what to discard: how much salt, how much potassium, how much water, and so on. These cells, fortunately, are easy to grow in the laboratory and have even been used in artificial kidneys before.
