על כל הכוחות המיסטיים שלו, הלב הוא דבר די פשוט. זו משאבה - דם פנימה, דם החוצה. וזה לא הקשה על ההעתקה כל כך קשה.
אבל הריאות זה עניין אחר. אף אחד לא יעצה לך לעולם "עקוב אחר הריאות שלך" או להכעיס "ריאה שבורה", וזה חבל. כי זה איבר מסובך אחד.
מעטים האנשים שמבינים זאת כמו גם ויליאם פדרספיל, חוקר וניהול הנדסה ביולוגית באוניברסיטת פיטסבורג. במשך 20 שנה בערך הוא עבד על תכנון ריאה מלאכותית. זה היה אתגר, הוא מודה.
"הטכנולוגיה לחולים הסובלים מאי ספיקת ריאות היא הרבה אחרי הטכנולוגיה עבור אנשים עם אי ספיקת לב", הוא אומר. "זה מסתכם בעובדה די פשוטה: די קל לתכנן משאבה קטנה שיכולה להזרים דם בקצב הזרימה של הלב.
"אבל הריאה היא רק איבר מדהים להחלפת גז בין האטמוספירה לדם הזורם דרך הריאות שלך. אין טכנולוגיה שאי פעם הצליחה להתקרב למה שהריאה האנושית יכולה לעשות. "
ריאות בתרמיל
עם זאת, פדרספיל וצוות המחקר שלו מתקרבים יותר. הם כבר המציאו מכשיר בשם מערכת הנשימה של Hemolung Respiratory Respiratory (RAS) שמבצע את מה שמתואר כ"דיאליזה נשימתית ", ומוציא את פחמן דו חמצני מדמו של המטופל. זה מיוצר על ידי חברת סטארט-אפ של פיטסבורג שהוקמה על ידי פדרספיל בשם ALung Technologies ויכולה לעבור בדיקות במחקרים קליניים בארה"ב בסוף השנה או בתחילת 2018. זה כבר אושר לשימוש באירופה, קנדה ואוסטרליה.
כעת הם מתקדמים במכשיר קטן בהרבה, ובגינו הם הגישו בקשה לפטנט, רק זה נועד להעלות את רמות החמצן בדם של אדם. כמו כן, מוקדם יותר השנה קיבלו החוקרים מענק של 2.35 מיליון דולר מהמוסדות הלאומיים לבריאות (NIH) לפיתוח גרסת הריאות המלאכותית שלהם לילדים.
במילים פשוטות, המחקר האחרון של פדרספיל מתמקד בזיקוק ריאה מכנית שמתפקדת מחוץ לגוף, אך היא קטנה דיה בכדי להיסחב בתוך תרמיל או נרתיק. זה היה מחובר לוונא קווה של המטופל - וריד גדול הנושא דם ללב - דרך צינורית או צינור, המוחדרים לווריד המוגלתי בגרון. הוא או היא עדיין יצטרכו לנשום חמצן ממכל נייד.
זה, מציין פדרספיל, יאפשר לאדם להיות נייד יותר בבית החולים במקום להיות מרותק למיטה. זה קריטי, מכיוון שאם חולים לא יכולים לנוע, שריריהם נחלשים והסיכוי שלהם להחלים מדלקת ריאה קשה פוחת. המכשיר נראה מועיל במיוחד עבור חולים הממתינים להשתלת ריאה, כמו אנשים עם סיסטיק פיברוזיס.
"איננו מתכוונים כרגע שהם יוכלו לעזוב את בית החולים עם אחת מהמערכות האלה, " הוא אומר, "אבל לפחות בתוך בית החולים, הם יוכלו לקום ולהסתובב."
קללת הקרישים
לאחרונה היו פריצות דרך נוספות בשחזור הריאות האנושיות. בשנה שעברה הודיעו מדענים במעבדה הלאומית לוס אלמוס בניו מקסיקו כי הם יצרו מכשיר מיניאטורי העשוי מפולימרים שמתפקד כמו ריאה, והוא נועד לחקות את תגובת האיבר לתרופות, רעלים ואלמנטים סביבתיים אחרים למטרות בדיקה.
בצ'כיה, מדענים מאוניברסיטת ברנו אמרו כי פיתחו גרסה מודפסת תלת-ממדית של ריאה שיכולה לדמות מצבים כמו אסטמה ובעיות ריאתיות כרוניות אחרות, וזה יאפשר לרופאים להביא דיוק רב יותר לאיך שהם לטפל במצבי ריאה.
עם זאת, שני הפרויקטים הללו נועדו לעזור לחוקרים ללמוד יותר על מצבים וטיפולים, ואילו המחקר של פדרספיל - כמו גם עבודות דומות שנעשות בסביבה בפיטסבורג באוניברסיטת קרנגי מלון - מיועד יותר לעזור לחולים לשפר את הפרוגנוזה שלהם לטווח הארוך. .
המכשיר החדש - זה שנועד להעלות את רמות החמצן בדם - צריך לתמוך בזרימת דם כבדה יותר מהמכונה שמפחיתה דו תחמוצת הפחמן. לכן, כפי שמציין פדרספיל, הוא עומד בפני האתגר להתמודד עם מה שקורה לעיתים קרובות לדם כשהוא זורם מעל משטח מעשה ידי אדם - הוא נקרש.
הכל קשור לחילופי הגזים המתוחכמים שזה המפתח לתפקוד הריאות, וכיצד הוא מחקה במכשיר. "יחידת חילופי הגז [במכשיר] מורכבת ממספר גדול של צינורות פולימר שהם בערך פי שניים עובי שיער אדם", הוא מסביר. "הם חדורים לגזים, כך שכאשר הדם זורם בחלק החיצוני של הצינורות האלה, אנו מעבירים 100 אחוז חמצן דרך החלק הפנימי של הצינורות. החמצן עובר לדם על ידי דיפוזיה ופחמן דו חמצני יוצא מהדם לזרם הגז הזורם דרך המכשיר. "
הבעיה היא שהדם שעובר דרך בא במגע עם משטח מלאכותי גדול יחסית, מה שמגדיל את הסיכוי שייווצרו קרישים. זו סיבה גדולה לכך שזה לא מציאותי בשלב זה לשקול השתלת מכשירי ריאה כאלה בתוך גופו של המטופל. ככל הנראה יהיה עליהם להחליף כל כמה חודשים.
פדרספיל מספר כי לאחרונה הצליח צוותו לבדוק את המכשיר החדש על הכבשים במשך חמישה ימים ללא שום בעיות. משתמשים בכבשים מכיוון שמערכות הלב וכלי הדם שלהם דומות לבני אדם. אבל הוא וצוותו עובדים גם עם חברה לפיתוח ציפויים מיוחדים שהם מקווים שיפחיתו מאוד את הקרישה. זה גם יאפשר לרופאים להוריד משמעותית את רמת התרופות נגד קרישה שחולים יצטרכו ליטול.
השלב הבא, לדבריו, הוא ניסוי בבעלי חיים בן 30 יום שישווה את תוצאות המכשירים גם עם הציפוי וגם בלעדיו. הוא מעריך כי ניסויים קליניים בבני אדם עדיין יכולים להיות במרחק של ארבע עד חמש שנים.
אבל הפדרספיל לא נרתע מהקצב המכוון של יצירת מכשיר שעובד כמו גם מהריאה האנושית. הוא מודע היטב עד כמה זה יכול להיות תובעני.
"ריאה מלאכותית עדיין צריכה לתפקד כמו הריאה האנושית", הוא אומר. "כשאני מדבר על זה, הדבר הראשון שאני אומר הוא הריאה הוא איבר מדהים."
