可穿戴、可植入、生物型人工腎能夠提高生活質(zhì)量，延長患者生命。
3個研究小組采取了不同方法制作人工腎，但都有一個相同的目標：讓患有腎衰竭的患者擺脫現(xiàn)在的常規(guī)透析。透析維持著患者的生命，但也令他們非常痛苦。
一般患者每周要去3次診所，連接上透析機，然后躺三四個小時，血液通過機器循環(huán)出身體然后再流回體內(nèi)。透析機代替正常工作的腎臟過濾出有毒的代謝廢物，維持電解質(zhì)平衡，移除多余水分。
除了耽誤時間和行動受限以外，大部分患者還需要仔細控制飲食和液體攝入，以保持兩次透析之間的身體健康。匹茲堡大學醫(yī)學院腎病專家史蒂文?韋斯伯德（Steven Weisbord）表示，患者還得忍受許多副作用。他的研究記錄了一些副作用，如極度疲勞、抑郁、低血壓和肌肉痙攣。“它是患者的救命稻草，”韋斯伯德說，“但（透析）也意味著生活質(zhì)量的大幅降低和一些煩人的癥狀。”
以下3種方法可能產(chǎn)生更好的效果。
佩戴式腎臟
可穿戴人工腎（WAK）看起來很像一條笨重的腰帶。最新的臨床試驗中，患者24小時佩戴WAK進行連續(xù)治療，結(jié)果有好有壞。因為技術(shù)問題，該研究提前終止，但其發(fā)明者表示這些問題都可以修復，而且強調(diào)，這款設(shè)備既為試驗對象提供了有效的治療，也提供了更高質(zhì)量的生活。
使用一般的透析機時，血液流進一個管狀透析器，廢棄微粒穿過一層薄膜進入溶液被帶走。在這條5公斤重的WAK腰帶里，溶液在微型透析器里循環(huán)，然后返回盒中，毒素在盒里被吸收，所以溶液可以被再次循環(huán)利用。
在這場由華盛頓大學和加州大學洛杉磯分校開展的24小時試驗中，這款電池供電可穿戴設(shè)備像一般的透析機一樣有效清除了血液中的毒素。
試驗對象的經(jīng)歷表明，WAK能提高生活質(zhì)量，因為他們可以在治療期間四處行走或者睡覺。而且不同于一般的透析患者，他們還可以想吃什么就吃什么，想喝什么就喝什么。
然而，技術(shù)問題也很嚴重：7位試驗對象遇到了管子纏繞、泵送不穩(wěn)定，以及電池和吸收盒需要替換的問題。最重要的是，在WAK的溶液循環(huán)中發(fā)現(xiàn)了氣泡，如果它們到達心臟或大腦，就非常致命。這款設(shè)備配有氣泡報警和排氣口，但研究人員還是計劃進行重新設(shè)計，以減少氣體產(chǎn)生和提高通氣能力。
WAK不能有任何瑕疵，才能實現(xiàn)研究人員在JCIInsight上發(fā)表的文章中提出的終極目標：“患者和護理人員能夠在家庭環(huán)境中獨立使用和管理WAK來進行治療。”
半機器半生物腎臟
1998年，加州大學舊金山分校和俄亥俄州克利夫蘭醫(yī)學中心的研究人員啟動了“腎臟項目”（KidneyProject），結(jié)合機械部件和生物部件制作一個“生物型人工腎”。
這款可植入設(shè)備的大小與咖啡杯差不多。血液首先流入一個過濾單元，過濾單元通過一層硅膜去除廢棄微粒和其他分子；然后，過濾后的血液會流經(jīng)一個包含活的腎細胞的生物反應(yīng)器單元，將糖分和鹽分送回血液中。生物反應(yīng)盒中的細胞來自不適合移植的捐贈腎臟。
研究人員尚未對整個半機器半生物腎臟樣品進行測試，但就各個單元測試來說，還是很有前景的。其中一項研究在重癥監(jiān)護室急性腎衰竭患者身上測試了生物反應(yīng)器。患者被分為兩組，一組的血液只通過一臺透析器循環(huán)，另一組的血液既流經(jīng)透析器，也流經(jīng)一個體外生物反應(yīng)器單元。實驗對照組的存活率（180天后測量）為39%，而生物反應(yīng)器組的存活率達到67%。
“腎臟項目”正在積極募集資金以實現(xiàn)目標——制成一臺提供“治愈方法而不是治療方法”的商用設(shè)備。去年，美國國立衛(wèi)生研究院向這些研究人員撥款600萬美元，推進臨床試驗。他們希望能在2017年末開始臨床試驗。
植入腎臟
第3位競爭者來自一家年輕的創(chuàng)業(yè)公司，其剛剛獲得了舊金山生物科技企業(yè)加速器IndieBio的投資。Qidni實驗室正在制作一個可完全植入的人工腎，利用納濾系統(tǒng)模仿腎臟器官的功能，到目前為止，甚至能將代謝廢物排入膀胱。公司創(chuàng)始人莫特扎?艾哈邁迪（Morteza Ahmadi）只透露了其硬件系統(tǒng)的基本信息，不過他說樣品在7月份移植到豬體內(nèi)后，工作得很好。
艾哈邁迪自2010年開始研究小型透析系統(tǒng)，當時他還是滑鐵盧大學（位于加拿大渥太華）的一名博士生。就像“腎臟項目”的研究人員一樣，他決心用超薄晶體硅制作一臺血液過濾器。得益于半導體行業(yè)制造技術(shù)的完善和提高，這種孔徑5~20納米的硅膜可以實現(xiàn)量產(chǎn)——這一尺寸足以讓廢棄微粒通過，而不過濾掉血細胞，因為對血細胞來說，這個尺寸太小了。
2013年，在一篇論文中，艾哈邁迪及其同事提到，這種超薄晶體硅很有挑戰(zhàn)性，因為它很容易破裂。而且，由于硅會引起免疫反應(yīng)，所以這種薄膜外面必須鍍一層生物相容材料。艾哈邁迪不愿意說他的設(shè)計團隊是如何解決這些問題的，也沒有說如何給這款可完全植入設(shè)備供電。但是，他表示，這款設(shè)備能夠持續(xù)多年過濾患者的血液，無須進行維護或清洗，因此能夠?qū)崿F(xiàn)他的目標：“我們的想法是永久性地把患者從透析機器中解放出來。”他說。
作者：Eliza Strickland