日前，來(lái)自范德堡大學(xué)（Vanderbilt University）醫(yī)療中心的腎病專家William H. Fissell IV副教授及其團(tuán)隊(duì)使用3D打印技術(shù)開(kāi)發(fā)出了一種可植入的人工腎臟，從而為那些腎功能出現(xiàn)問(wèn)題必需依靠透析、甚至需要腎移植才能夠活下來(lái)的患者們帶來(lái)了新的希望。研究人員們稱該設(shè)備有望在一年之內(nèi)進(jìn)行人體實(shí)驗(yàn)。

腎臟可謂是人體內(nèi)最為“辛苦”的器官之一了，它日夜不停地為人體清潔血液和處理廢物。這兩個(gè)形狀像蠶豆、拳頭大小的器官每天會(huì)過(guò)濾150公升的血液并產(chǎn)生1-2公升的尿液。可以想見(jiàn)，這個(gè)器官一旦失效，將直接危及人的生命。而器官移植則是治療腎衰竭最好的治療方案。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅在美國(guó)，就有超過(guò)46萬(wàn)人患有晚期腎病，排隊(duì)等待腎移植手術(shù)的患者名單人數(shù)超過(guò)10萬(wàn)人，但是2015年僅有17108人接受了腎移植手術(shù)。每一天，就有13人還沒(méi)有等到腎移植供體就已經(jīng)死去。

如今Fissell教授及其團(tuán)隊(duì)的發(fā)明有可能結(jié)束這一讓人悲哀而無(wú)奈的場(chǎng)景。他說(shuō)：“我們正在打造一個(gè)可以模擬腎臟功能的生物混合裝置，該裝置能夠清除足夠的人體廢物、鹽和水，使病人無(wú)需再做透析。”

科學(xué)家們的目標(biāo)是使這一裝置足夠小——目前它就像蘇打水罐那么大——以便于將其置入患者的身體。這個(gè)植入式人工腎包括微芯片過(guò)濾器和活的腎細(xì)胞，而且將由病人自己的心臟來(lái)提供動(dòng)力。

據(jù)了解，該微芯片采用了與微電子行業(yè)在電腦上使用的硅納米技術(shù)。Fissell教授表示，這種芯片價(jià)格便宜、精確，很適合制作過(guò)濾器，每個(gè)裝置都使用了大約15個(gè)微芯片。

在每個(gè)芯片過(guò)濾器上都包含著許多孔，每個(gè)孔都作為一個(gè)支架支撐著一個(gè)活體腎細(xì)胞的膜，該裝置就是依靠這些腎細(xì)胞來(lái)模擬腎臟的自然功能。研究團(tuán)隊(duì)對(duì)該過(guò)濾器上的每個(gè)孔都有相應(yīng)的功能設(shè)計(jì)。

Fissell教授說(shuō)，幸運(yùn)的是，這些細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中生長(zhǎng)良好。他們可以創(chuàng)建出一個(gè)腎細(xì)胞膜來(lái)找出那些代謝后停留在血液中的化合物，并將其作為廢物轉(zhuǎn)移到尿液中。通過(guò)這種方式，Fissell教授補(bǔ)充說(shuō)：“我們可以利用大自然經(jīng)過(guò)6000萬(wàn)年進(jìn)化的成果，在人工腎臟的內(nèi)部創(chuàng)造一個(gè)活細(xì)胞組成的生物反應(yīng)器。”

尤為重要的是，該裝置不需要專門的動(dòng)力源，它的動(dòng)力來(lái)自于病人的心臟——在血管中血液流動(dòng)產(chǎn)生的自然壓力——來(lái)推動(dòng)血液通過(guò)過(guò)濾器。

然而，這一特點(diǎn)也提出了一個(gè)挑戰(zhàn)：如何微調(diào)流體動(dòng)力學(xué)，使血液流經(jīng)該裝置不會(huì)產(chǎn)生凝塊。Amanda Buck博士是一位對(duì)流體力學(xué)感興趣的生物醫(yī)學(xué)工程師，他在該項(xiàng)目中負(fù)責(zé)這一塊。

Buck博士使用計(jì)算機(jī)模型來(lái)改進(jìn)設(shè)備內(nèi)部通道的形狀以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的血流。然后，在3D打印技術(shù)的幫助下，研究團(tuán)隊(duì)得以一個(gè)原型，并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，看它是如何順利地讓血液通過(guò)它。

Fssell教授說(shuō)，由于這是一種生物混合裝置，不會(huì)激發(fā)人體的免疫反應(yīng)，因此不太可能會(huì)發(fā)生器官移植中常見(jiàn)的排斥反應(yīng)。

Fssell教授稱，這個(gè)腎項(xiàng)目從十幾年前就開(kāi)始了。在2003年，它就獲得了來(lái)自美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院（NIH）的第一筆研究撥款。而在近期。NIH又撥付了一筆600萬(wàn)美元、為期4年的研究補(bǔ)助金給予Fissell教授和他的研究伙伴及長(zhǎng)期合作者——來(lái)自加州大學(xué)舊金山分校的huvo Roy。

該團(tuán)隊(duì)希望能夠到2017年底之前進(jìn)行硅過(guò)濾器試驗(yàn)。Fissell教授說(shuō)他有一長(zhǎng)串的患者渴望參與這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。在2012年，美國(guó)食品和藥物管理局（FDA）通過(guò)了該項(xiàng)目的快速審批通道申請(qǐng)。