Технология производства микросхем помогла создать «искусственное легкое»

Инженеры из Лаборатории Дрэйпера (США) разработали новый метод газообмена для испытывающих острую легочную недостаточность. Потенциально он позволит избежать альтернативных инвазивных техник, таких как принудительная вентиляция легких. Кратко об устройстве новинки

блог Technology Review.

Дэвид О'Доуд (David O’Dowd), возглавляющий соответствующую программу Лаборатории, утверждает, что новая система оксигенации крови максимально близка к той, что использует человеческий организм в своих легких. Она состоит из пластинок бионейтрального полимера, на которых расположены микроканальцы малого сечения, по размерам близкие к кровеносным сосудам в легких. На входе в устройство кровь двигает по сравнительно крупным каналам, затем они разветвляются и в каждой точке разветвления кровь попадет на новую пластинку с микроканальцами все меньшего диаметра. Сходным образом разветвляются и кровеносные сосуды в легких, обеспечивая тем самым максимальную площадь газообмена. 

Для создания столь мелких канальцев ученые использовали технологию травления по маске – метод сходный с тем, что используется при производстве микросхем. Именно благодаря ему стало возможным быстрое изготовления сложных трехмерных ответвлений искусственных «сосудов». Пластины полимера расположены в очень компактной «стопке», которую теоретически пациент может даже носить с собой:

В настоящее время демонстрационное устройство, основанное на микрофлуидике, достигло производительности лишь в 100 миллилитров бычьей крови в минуту. Однако, подчеркивают разработчики, в настоящее время идет переход от демонстратора технологий уменьшенного размера к полноразмерной версии, которая будет иметь производительность в несколько литров в минуту. Она, по словам создателей, позволит полностью решить задачу газообмена для людей с острой дыхательной недостаточностью.

В настоящее время большинство пациентов с дыхательной недостаточностью получают кислород и избавляются от углекислого газа с помощью принудительной вентиляции легких специальной газовой смесью. Однако высокое содержание в ней кислорода повреждает ткани легкого, инициируя клеточную смерть в результате окислительного стресса. Кроме того, для многих больных, включая новорожденных детей, метод искусственной вентиляции не подходит. В таких случаях используют аппараты экстракорпоральной мембранной оксигенации. При этом во внешний оксигенатор подается венозная кровь, на мембранном газообменнике очищаемая от углекислого газа и насыщаемая кислородом. Однако кровь в условиях оксигенатора находится не в узких канальцах, и часто повергается площадному контакту с воздухом, что ведет к ее свертыванию. Чтобы избежать этого, пациентам дают препараты снижения свертываемости. Но у последних есть ряд неприятных побочных эффектов. В частности, после них кровь легко может попасть в мозг (кровоизлияния) или желудок, что для и без того ослабленного организма может быть смертельно опасно.

По оценкам разработчиков, новая система настолько безопаснее мембранной оксигенации, что не потребует использования препаратов снижения сворачиваемости (в опытах с бычьей кровью это уже продемонстрировано), и потенциально может заменить даже инвазивную принудительную вентиляцию легких.