随时随地能透析的时代已来临？带你一览“人工肾”最新进展

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专家分析前沿进展。

长久以来，需要定期赶往医院透析而导致日常活动受限，困扰着许多透析患者。近年来可穿戴便携式血液透析装置的概念提出，着实让人惊叹“肾病患者行动自如的时代已经到来。”如今可穿戴便携式血透装置的发展如何？且听华盛顿大学Jonathan Himmelfarb教授在本年度美国肾脏病学会（ASN）上的前沿分享。

图1.分享主题

透析的近百年历史
自上世纪40年代荷兰医生Willem Kolff发明了第一台透析装置以来，透析这一治疗模式已经将近走过了百年，透析装置迭代至今也获得了显著的进展，如今完成一次血液透析（HD）治疗需要血管通路、透析通路以及透析机的多方配合（图2）。
约90%的患者接受3次/周、4小时/次的透析治疗，不仅需要面临针刺疼痛、凝血、感染、透析后极度疲劳、透析时感染新冠风险增加、启动透析后短预期寿命等棘手问题，医保系统同样也面临着消耗昂贵、建造透析中心难度大、人员配备要求高、运输成本高以及其他不环保的弊病。

图2.血透机与血透过程示意图
就连透析机的发明者本人也坦言，对于晚期肾脏病患者而言，康复简直是一纸空谈。用人造器官的方式让这些患者活着并不难，如何让他们的生活质量更高才是困扰所有从业者将近百年的心头难题。

可穿戴便携式人工肾的未来已来
可穿戴便携式人工肾初次面世可以追溯到上世纪七十年代，患者需要提着一台机器进行日常活动，确切地说，他们提在手上的是“肾”（图3）[1]，但是这一设备仍然需要患者透析十余升来维持机体平衡，因此并不是完全意义上的可穿戴设备，也并不如想象中一般便携，但这已是那个年代的先驱。

图3.1975年前后面世的便携式人工肾
如今，美国联邦机构合作通过肾脏健康倡议（KHI）和肾脏创新加速计划（Kidney X）激励来自全球医、护、患、企等多方进行创新。肾脏替代治疗的未来并不遥远，通向未来的关键解决方案着眼于血液过滤、电解质稳态、容量调节、毒素清除或减少分泌、滤液放排等技术环节，包括但不限于：

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  具有尺寸选择、无凝血或无污垢过滤器的连续血液过滤解决方案
  
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  连续流体和体积调节评估和自动化解决方案
  
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  尿毒症状态的生物学解决方案（如KHI肾脏替代治疗创新方法技术路线图）以减少透析频率或实质性延迟透析
  
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  尺寸优化及小型化设备解决方案
  
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  细胞和机械组件集成解决方案
  
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  增强再生技术可扩展性及功能潜力的解决方案
  
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  异种移植或嵌合的解决方案
  
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  用于诊断、容量管理和细胞使用的传感器，或用于增强患者功能和安全性的实时监测和反馈解决方案
  
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  血管通路和引流结构小型化和低流量系统解决方案（与人工肾良好配合）
  
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  其他上未提及的突破性解决方案
  

这就意味着，我们需要把每次使用300L高质量水才能解决问题的透析，变得和肾脏每天只用1-2L液体一样高效，其间难度显而易见。
上世纪70年代“再生透析液”的概念一经推出就很快占领了市场（即REDY透析器，图4），这种技术将使用过的透析液去除溶质和毒素后进行纯化和重构，然后通过透析器送回处理，可以将当时每次透析的用水量从约500L降至约6L。
后来由于早期技术不成熟以及所用材料生产成本昂贵而被淘汰，而如今可穿戴便携式人工肾的开发使得“再生透析液”的概念再次翻红，也使得人们再一次开始关注吸附剂。

图4.REDY（可再生透析液）透析器
2012年1月，美国食品药品监督管理局（FDA）宣布针对终末期肾病开展创新设备试点计划，其中可穿戴人工肾（WAK）已在这之后开始在西雅图进行试验（图5）。

图5.2014年在西雅图安全试验的可穿戴人工肾
据此团队2016年公布的数据来看，可穿戴人工肾治疗耐受性良好，可有效清除尿毒症溶质，维持电解质和液体稳态，证明重新设计、克服技术问题后，可穿戴人工肾可作为新型替代透析技术进行开发（图6、7）[2]。

图6.可穿戴人工肾的电解质稳态表现

图7.可穿戴人工肾的治疗表现
除此以外，欧洲研究团队开发了名为“Next Kidney”的新型吸附式透析设备，仅重约10kg，每次治疗约需要4.5L透析液，每周需进行6次为期2小时的治疗，其不需要额外的地面装置支持，临床试验和关键性试验预计在2023年展开。

总结
前文提到，可穿戴便携式人工肾的核心技术难题是提高过滤技术的效率，而吸附剂的再次翻红有望成为关键。
中美研究团队研发了一种名为MXene的二维碳化钛材料，实验表明其可以在透析液中快速且选择性地去除尿素，去除效率高达94%，该材料对凝血、溶血和血小板活化没有影响，表明MXene可安全用于血液接触的相关治疗[3]。
此外，也有研究使用电氧化手段[4]、光电催化手段（图8）[5]等新兴技术探索毒素清除这一关键课题，其中Himmelfarb教授团队使用尿素光氧化途径可在24小时模型机上达到每日清除15g尿素的成绩。

图8.一种采用光电效应催化清除尿素的装置示意图
不过，Himmelfarb教授中肯地提到：我们有责任为患者描绘更美好的未来希望，但不能过度承诺能够实际实现的目标。可穿戴便携式肾脏替代设备的未来已来？你的看法是什么？
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参考文献：
[1]Stephens R L, Jacobsen S C, Atkin-thor E, et al. Portable/wearable artificial kidney (WAK)-initial evaluation[J]. Proceedings of the European Dialysis and Transplant Association. European Dialysis and Transplant Association, 1976, 12: 511-518.
[2]Gura V, Rivara M B, Bieber S, et al. A wearable artificial kidney for patients with end-stage renal disease[J]. JCI insight, 2016, 1(8).
[3]Meng F, Seredych M, Chen C, et al. MXene sorbents for removal of urea from dialysate: A step toward the wearable artificial kidney[J]. ACS nano, 2018, 12(10): 10518-10528.
[4]van Gelder M K, Vollenbroek J C, Lentferink B H, et al. Safety of electrooxidation for urea removal in a wearable artificial kidney is compromised by formation of glucose degradation products[J]. Artificial organs, 2021, 45(11): 1422-1428.
[5]Shao G, Zang Y, Hinds B J. TiO2 nanowires based system for urea photodecomposition and dialysate regeneration[J]. ACS Applied Nano Materials, 2019, 2(10): 6116-6123.
本文首发：医学界肾病频道
本文作者：桂枝
责任编辑：cindy
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来源：https://www.163.com/dy/article/HLMIGUOC0542RI7Z.html
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