人工肾是如何拯救数百万人生命的？
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从一开始，马特·里舍就认为透析不会颠覆他的生活。他曾在一家软件公司工作，对一款赛车模拟器进行研究，由于红斑狼疮对他的肾脏造成了损伤，他不得不每周进行三次血液透析。
五年过去了，现在33岁的他在做着一份兼职工作。身体还不错的时候，他喜欢自己尝试创作新菜，红斑狼疮突然发作的日子里，不断地透析让他感到筋疲力尽。“在透析期间，我不能出去社交，就像一个隐士住在华盛顿州西雅图郊外。”里舍说。
里舍相对来说还算比较幸运，至少他可以得到治疗，然而每年有多达700万人在得不到治疗的情况下死亡。但是，作为西雅图透析中心(CDI)病人咨询委员会的成员，里舍对于频繁的透析已经失去了耐心——透析在过去的50年里基本保持不变。CDI的联合主任巴蒂·瑞特那说，走进任何一家机构，你都会发现每个接受透析的人床边都有一台大机器。
他表示：“如今，透析机虽然配备了LCD屏幕和现代控制系统，但是看看60年代那些机器的照片，它们看起来和如今的机器很相似。虽然病人存活率有所提高，但在接受血液透析这种治疗方式的美国患者中，仅有42%的人能多活5年——比许多癌症患者都要短。”
拉特纳是一个由内科医生、生物工程师和企业家组成的国际团队中的一员，该团队致力于对肾衰竭的治疗进行革命性的变革，设计出便携式的设备。一些人甚至正在研发可以通过手术植入的人造肾脏，但这个过程的复杂性让人生畏。
透析模拟不出人类肾脏的全部功能，便携式的透析机将需要小型化的组件，并且不能用到那么多水，而且便携式设备中所需的生物材料也将面临着严格的监管，但新一波的融资潮正在扭转多年来的停滞局面。一个名为KidneyX的合作项目由美国政府和美国肾脏学会牵头，将对人造肾脏进行研究，计划在未来五年内筹集2.5亿美元。
去年，它总共向15个美国研究团队提供了110万美元，这些团队致力于解决透析方面的各个难题，包括可穿戴透析设备和人造肾脏移植。在世界各地，便携式设备的临床试验正在推进，研究人员想要研究出一种低技术的方法，希望能将这种方法能推广到世界上水资源不足以及医疗资源匮乏的地区。与治疗终末期肾病患者的巨额费用相比，所有这些努力都只是沧海一粟。仅在美国，每年治疗终末期肾病患者的费用至少需要350亿美元。
俄亥俄州克利夫兰诊所的肾脏学家、KidneyX指导委员会主席约翰·塞多尔预测，未来五年内将出现一种便携得多的透析设备，并在未来十年推出第一款可穿戴的透析设备。他表示：“我认为这是一个历史性的时刻，我们正处于这个领域的一个转折点。”
瑞士格劳本登州医院的肾脏学家瓦莱丽·卢克克表示，这种创新早该出现了。她说：“自20世纪60年代初以来，透析行业的利润已达数十亿美元。但没有人愿意尝试创新，直到突然有了研究团队和研究资金。”
肾脏是复杂而有弹性的器官，每个都有拳头大小。肾脏每天会过滤大约140升的血液，留下一到两升水和以尿液形式存在的废物。每个肾脏都有一个由大约100万个微小过滤单元组成的网状结构，这些单元被称为肾元。进入肾元的血液要经过一簇叫做肾小球的小血管。肾小球的薄壁使废物、水和其他小分子得以通过，而阻止了蛋白质和血细胞等大分子的通过。过滤后的液体会流入肾小管，身体所需的功能分子被重新吸收到血液中。
但是许多疾病会使肾脏承受压力，包括糖尿病、肥胖症和高血压等。患有这些疾病的人群正在不断扩大，据预测，到2030年，全球将有540万人接受血液透析或肾脏移植，更多的人将因得不到透析或移植而死亡。
对于血液透析，患者通常需要前往诊所，连接一台重达100多公斤的机器，通过一层半透膜过滤患者的血液，这层半透膜模拟了肾小球的功能，水基透析液可以重新平衡血液成分，将毒素排出体内。如此突然地恢复血液平衡可能会对身体造成冲击，需要数小时才能恢复。里舍经常乘班车去做透析，在回家的路上通常会睡着。
这种低效的治疗也非常昂贵，在美国，每个病人每年要花费9.1万美元做透析治疗。目前的方法不仅要消耗大量的水，还要消耗大量的电力和塑料等材料。此外，在全球范围内，获取信息的渠道也是参差不齐的。在亚洲，只有不到三分之一的人接受透析，在非洲更少。即使撒哈拉以南非洲的病人开始接受治疗，他们也很少能坚持几个月以上，很大程度上是因为成本太高。
喀麦隆雅温得总医院肾病专科医生格洛丽亚·阿舒坦唐说，即使政府为这些治疗买单，患者的家人也需要为化验、药物治疗和其他费用买单。“我们的大多数患者会中途停止治疗，因为他们已经卖掉了所有的房产，孩子们也已经辍学了。”
“他们有一棵摇钱树，没有必要做任何创新。”透析设备公司对这种说法提出了反驳。位于马萨诸塞州沃尔瑟姆的费森尤斯医疗保健公司布拉德 普弗表示，他的公司正在对透析设备进行改进，其中包括一种血液透析装置，采用了一种能够减少血液凝固的材料，这是目前透析治疗的一种潜在的副作用，治疗者必须服用药物才能预防血液凝固。
便携式透析设备面临的一个很大的问题是需要大量的水：每4个小时需要消耗120-180升水。显然没人能随身携带它，因为它有好几吨重。现在市面上有一些以便携为卖点的家用设备：费森尤斯公司销售的透析设备重达34公斤。使透析更方便的首要任务是消除对外部供水的需求。在西雅图，CDI的研究人员已经开发出一种技术，将使用过的透析液通过一个墨盒，利用光将尿素转化为氮和二氧化碳，这样透析液就可以循环利用。
这种方法可以在24小时内除去15克尿素，对大多数肾衰竭患者来说足够了，而且只需要750毫升的溶液。这样的血液透析装置可以做成足够小的，放进一个滚动的箱子里，重量不会超过9公斤。理想情况下，病人应该每天使用。
在新加坡，医疗科技公司AWAK的研究人员一直在测试一种更轻的设备，重量不超过3公斤。它是为腹膜透析设计的，这种技术使用一根导管将透析液送进腹腔，腹腔内壁过滤掉血液中的毒素，使毒素和透析液一起排到一个空袋子里。AWAK装置依靠一个泵和一个墨盒来吸收使用过的溶液中的毒素，这样它就可以再循环，但每天的治疗要持续7到10个小时。
2018年，该公司在新加坡总医院完成了一项涉及15名成年人的安全实验，并没有严重的不良事件发生，不过有一些病人感到腹部不适或腹胀。但南加州大学洛杉矶分校负责透析服务的研究人员阿尔希安·加法里表示，在医院可控环境下测试的设备与在日常生活中使用有很大的不同。此外，他还说，透析液的持续再循环可能会使脆弱的腹膜拉伤，从而损坏腹膜。
范德比尔特大学的研究人员则专注于开发人造肾脏，希望有一天能通过手术植入病人体内。肾病学家威廉·菲塞尔与加州大学旧金山分校的舒沃·罗伊共同主持了这项研究，该人造肾脏包括两个关键部分：血液过滤系统和注入细胞的再校准模块。过滤器是由具有纳米级孔隙的硅膜制成，可以模拟肾小球的功能；重新校准模块使用到了废弃的肾小管细胞来重新调整血液成分。对于
里舍和其他病人来说，使用任何便携设备都是一种解放，让病人们随时随地都能进行透析。作为一个汽车发烧友，里舍梦想着把便携式的设备扔在汽车后座上，然后驶向远方。
原文标题：How artificial kidneys and miniaturized dialysis could save millions of lives
原文地址：http://www-nature-com-s.vpn.whu.edu.cn:8118/articles/d41586-020-00671-8
原文作者：Charlotte Huff
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来源：译言网（yeeyan.org）
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