Untuk semua kuasa mistiknya, hati adalah satu perkara yang mudah. Ia adalah darah pam, darah keluar. Dan itu menjadikannya tidak sukar untuk disalin.
Tetapi paru-paru adalah perkara lain. Tiada siapa yang akan menasihati anda untuk "Ikut paru-paru anda" atau meratapi "paru-paru patah, " yang memalukan. Kerana ia adalah satu organ rumit.
Beberapa orang memahami ini serta William Federspiel, penyelidik bioengineering dan profesor di University of Pittsburgh. Selama 20 tahun yang lalu, beliau telah berusaha untuk merancang paru-paru tiruan. Sudah menjadi cabaran, dia mengakui.
"Teknologi untuk pesakit yang mengalami kegagalan paru-paru adalah cara di belakang teknologi untuk orang yang mengalami kegagalan jantung, " katanya. "Ia datang kepada fakta yang agak mudah: Ia cukup mudah untuk mereka bentuk sebuah pam kecil yang boleh mengepam darah pada kadar aliran yang dilakukan jantung.
"Tetapi paru-paru hanyalah organ luar biasa untuk bertukar-tukar gas di antara atmosfera dan darah yang mengalir melalui paru-paru anda. Tidak ada teknologi yang pernah dapat mendekati apa yang dapat dilakukan oleh paru-paru manusia. "
Paru dalam ransel
Yang berkata, Federspiel dan pasukan penyelidikannya semakin dekat. Mereka telah mencipta peranti yang dikenali sebagai Sistem Pembantu Pernafasan Hemolung (RAS) yang melakukan apa yang digambarkan sebagai "dialisis pernafasan, " mengeluarkan karbon dioksida dari darah pesakit. Ia dihasilkan oleh Pittsburgh startup Federspiel yang diasaskan dikenali sebagai ALung Technologies, dan boleh menjalani ujian dalam ujian klinikal AS lewat tahun ini atau awal 2018. Ia telah diluluskan untuk digunakan di Eropah, Kanada dan Australia.
Sekarang mereka bergerak maju ke atas peranti yang lebih kecil, yang mana mereka telah memohon paten, hanya satu ini direka untuk meningkatkan tahap oksigen dalam darah seseorang. Juga, pada awal tahun ini, para penyelidik menerima geran $ 2.35 juta daripada Institut Kesihatan Nasional (NIH) untuk membangunkan versi paru-paru buatan mereka untuk kanak-kanak.
Secara ringkasnya, penyelidikan terkini Federspiel difokuskan pada penapisan paru-paru mekanikal yang berfungsi di luar badan, tetapi itu cukup kecil untuk dibawa ke dalam ransel atau sarung tangan. Ia akan dihubungkan dengan vena cava pesakit-vena besar yang membawa darah ke jantung-melalui kanula, atau tiub, dimasukkan ke dalam urat jugular di tekak. Dia masih perlu menghirup oksigen dari tangki mudah alih.
Ini, nota Federspiel, akan membolehkan orang itu lebih mudah alih di hospital dan bukannya terhad kepada katil. Itulah kritikal, kerana jika pesakit tidak dapat bergerak, otot mereka semakin lemah, dan peluang mereka pulih dari jangkitan paru-paru yang serius akan berkurang. Peranti ini amat berguna untuk pesakit yang menunggu pemindahan paru-paru, seperti orang dengan fibrosis sista.
"Kami tidak berhasrat sekarang bahawa mereka akan dapat meninggalkan hospital dengan salah satu daripada sistem ini, " katanya, "tetapi sekurang-kurangnya di hospital, mereka dapat bangkit dan berjalan."
Sumpahan beku
Terdapat penemuan baru-baru ini dalam mencipta semula paru-paru manusia. Tahun lepas, para saintis di Makmal Kebangsaan Los Alamos di New Mexico mengumumkan bahawa mereka telah mencipta peranti kecil yang diperbuat daripada polimer yang berfungsi seperti paru-paru, dan direka untuk meniru tindak balas organ terhadap ubat, toksin dan elemen alam sekitar yang lain untuk tujuan ujian.
Di Republik Czech, para saintis di Universiti Teknologi Brno mengatakan bahawa mereka telah membangun versi paru-paru 3D yang dapat meniru keadaan seperti asma dan masalah paru-paru kronik yang lain, dan ini akan membolehkan para doktor membawa lebih tepat kepada bagaimana mereka merawat keadaan paru-paru.
Kedua-dua projek itu, bagaimanapun, bertujuan untuk membantu para penyelidik mempelajari lebih lanjut mengenai keadaan dan rawatan, sedangkan penyelidikan Federspiel-serta kerja sama yang dilakukan di Pittsburgh di Carnegie Mellon University-ditujukan lebih kepada membantu pesakit memperbaiki prognosis jangka panjang mereka .
Peranti baru-yang direka untuk meningkatkan paras oksigen darah-harus menyokong aliran darah yang lebih berat daripada mesin yang menurunkan karbon dioksida. Oleh itu, seperti yang ditunjukkan Federspiel, ia menghadapi cabaran untuk menangani apa yang kerap berlaku kepada darah apabila ia mengalir ke permukaan permukaan buatan manusia.
Ia semua berkaitan dengan pertukaran gas canggih yang penting untuk fungsi paru-paru, dan bagaimana ia meniru dalam peranti. "Unit pertukaran gas [dalam peranti] terdiri daripada sebilangan besar tiub polimer yang kira-kira dua kali ketebalan rambut manusia, " jelasnya. "Mereka telap untuk gas, jadi apabila darah mengalir di luar tiub-tiub ini, kita menjalankan 100 peratus oksigen melalui bahagian dalam tiub. Oksigen bergerak ke dalam darah oleh penyebaran dan karbon dioksida bergerak keluar dari darah ke aliran gas yang mengalir melalui peranti. "
Masalahnya adalah bahawa darah yang melewati datang bersentuhan dengan permukaan buatan yang relatif besar, meningkatkan peluang bahawa pembekuan akan terbentuk. Ini adalah sebab utama mengapa tidak realistik pada masa ini untuk mempertimbangkan implan peranti paru-paru seperti ini di dalam tubuh pesakit. Mereka mungkin perlu diganti setiap beberapa bulan.
Federspiel mengatakan bahawa baru-baru ini pasukannya dapat menguji peranti baru pada domba selama lima hari tanpa sebarang masalah. Kambing digunakan kerana sistem kardiovaskular mereka sama dengan manusia. Tetapi dia dan pasukannya juga bekerjasama dengan sebuah syarikat untuk mengembangkan pelapis khas yang mereka harapkan akan mengurangkan pembekuan. Itu juga akan membolehkan para doktor mengurangkan tahap ubat-ubatan anti-koagulasi pesakit perlu diambil.
Langkah seterusnya, katanya, adalah percubaan haiwan selama 30 hari yang akan membandingkan hasil peranti dengan salutan dan tanpa itu. Dia menganggarkan bahawa ujian klinikal manusia masih boleh menjadi empat hingga lima tahun lagi.
Tetapi Federspiel tidak terhalang oleh kadar yang sengaja mewujudkan peranti yang berfungsi serta paru-paru manusia. Dia sedar betapa menuntutnya.
"Paru-paru buatan masih berfungsi seperti paru-paru manusia, " katanya. "Apabila saya memberi ceramah mengenai perkara ini, perkara pertama yang saya katakan ialah paru-paru adalah organ luar biasa."
