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可植入式生物人工肾临床前研究获得里程碑性进展
最佳答案尽管肾移植是世界上最成功，也是做得最多的器官移植手术，但由于可供移植的肾源不足，大多数终末期肾病（肾衰竭）患者只能依赖于频繁、复杂的肾透析来维持生命。
但是，肾透析只能清除血液中毒素，并不能替代肾脏维持水电解质平衡和激素分泌功能。这样，透析患者总体上5年平均生存率并不高，仅有35％左右。
美国肾脏项目是一项旨在开发可植入式生物人工肾脏以替代和消除肾透析的研究，由加州大学旧金山分校和范德比尔特大学领导。
最近，该项目获得重大进展，科学家已经成功地将包含功能性人类肾细胞的原型肾脏生物反应器植入了猪体内，而没有出现重大安全隐患，可以说临床前研究的一个重要里程碑。
这个可植入式人工肾脏仅有一副纸牌大小，主要由两部分组成：
一个部分是一种被称为过滤器的血液过滤系统，可以通过使血液透过精确形状的纳米级孔的硅膜来去除血液中的毒素；
另一个部分是包含人工培养的人肾小管细胞的生物反应器，旨在实现除血液滤过以外的其他肾功能。比如，维持体液水和电解质平衡，维持血压，并产生必需的激素。
可植入式人工肾的研究难题在于，如何解决人肾脏细胞植入后的免疫排异性和损伤问题，以维持其功能，并让患者免于终生免疫排异治疗的痛苦和经济负担；同时，还要解决潜在血栓形成的问题。
为了解决第一个难题，科学家使用具有小于10nm孔的硅纳米膜开发了一个免疫保护室，可以使得其中的人肾上皮细胞免于宿主免疫系统的攻击。
研究人员将这种人工肾手术植入猪体内，通过与猪的颈动脉和颈静脉连接而被灌注。
三天后移出该装置对经过植入生物体内“洗礼”的肾小管上皮细胞进行评估。
结果，这些细胞没有遭遇到明显免疫攻击和损害，仍保持了> 90％有活力。同时，反应这些细胞生理功能的基因表达标志物出现两倍的上调表达，表明植入细胞具有更强大的功能。
另一方面，植入装置也没有形成血栓。
这主要由于为了解决第二个难题，研究人员开发了一种新型生物涂料，或者说是一种生物表面活性物质，可以防止血栓形成，以维持其功能，也允许宿主免于使用抗凝剂的负担。
也就是说，临床前动物实验研究表明，这种可植入式生物人工肾脏植入生物体后，其中的人肾小管上皮细胞不会引发免疫攻击，可以维持活性和功能，同时避免宿主使用抗排异的问题和经济负担；同时，新型生物表面活性物质的使用，也保障其在体内不会形成血栓，宿主也免于使用抗凝药的负担。
现在，研究人员正在试图增加这种人工肾所包含的人肾脏细胞的数量，以期可以允许实现滤过之外其他肾脏功能。
当然，最新的成功仍属于临床前研究阶段，离开发出可以被批准植入人体的临床应用还有非常漫长的路要走。
人工肾是什么工作原理，它有着怎样的发展历程呢？
最佳答案由UCSF医学中心的医学博士Shuvo Roy教授领导的一支由工程师、生物学家和物理学家组成的科学家小组经过20多年的努力，有望在可以向患者提供一种可植入式人工肾脏。这是一款仿生设备，它使用了与制造笔记本电脑芯片和智能手机芯片相同的技术。科学家把精心设计的硅纳米孔过滤器堆叠起来然后把它们跟生长在生物反应器里的活肾细胞组合在一起，将其封装在一个对人体友好的盒子当中，并连接到患者的循环系统和膀胱，不需要体外插管。人工生物肾脏是一种精密的可以进行手术植入并能用来单独治疗尿毒症的装置。它拥有人类真实肾脏的绝大部分生物功能。
这一设备的关键是硅纳米级的微芯片技术和活体肾脏细胞的培育技术该装置不需要专门的动力源它的动力来自于病人的心脏——在血管中血液流动产生的自然压力——来推动血液通过过滤器。除此之外该技术还具有新颖的分子涂层，可以保护硅膜并使其与血液兼容。首先硅纳米级的微芯片血液过滤器模块负责处理传入的血液，生成含有溶解毒素、糖和盐等成分的超滤液其次，由人工培育的肾细胞生物反应器负责处理超滤液并将糖和盐送回血液。在这个过程中水分也被重新吸收回到体内，超滤液浓缩成尿液，通过膀胱排泄体外。
析间歇期血中尿毒素很高，透析后清除尿毒素很快，一高一低，病人不易适应。对于尿毒症病人血液透析能活多久，目前没有特别的定论，与每个人的自身体质和病史有关。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。
“人工肾”是怎样来的？
最佳答案我们知道，人体靠肾脏排出代谢产生的废物（如尿素、肌酐等）、多余的水分和盐类，从而保持体内水和电解质的平衡。如果肾脏功能衰竭，发生尿毒症，体内多余的水、代谢废物就不能排出，就会出现全身水肿、恶心、呕吐、电解质紊乱、高血压等一系列症状，最终可导致死亡。为了挽救这类患者的生命，科学家们寻找了许多办法。70年代以来研制的人工肾，就是一种代替肾脏功能的装置，主要用于治疗肾功能衰竭和尿毒症，是目前临床上应用较广、疗效显著的一种人工器官。
第一部人工肾，是1913年埃博等人在狗身上实验使用的。1943年，经过改进后首次用于临床，开创了用人工肾治疗肾功能衰竭患者的先例。我国研究人工肾已有二十多年的历史，上海研制并生产的粘胶空心纤维人工肾，标志着我国人工肾已向小型化、高效化迈进了一步。
人工肾的样子像一台机器，有平板型人工肾、蟠管型人工肾和空心纤维人工肾。它们的基本结构包括血液净化器、液体供给系统和自动监视装置三部分。人工肾的核心部分是血液净化器，根据工作原理的不同可以分为透析型、滤过型和吸附型。人工肾的工作就是把血液引出体外，利用透析、过滤、吸附、膜分离等原理，排出体内过剩的含氮化合物、新陈代谢的产物和药物，以便调节体内的水和电解质平衡，然后再把净化的血液引回体内。一般肾功能衰竭的病人，每周用人工肾透析2～3次，每次4～6小时，就可以维持生命，甚至可以正常生活和工作。据统计性肾功能衰竭患者采用人工肾治疗后，死亡率由75％降到7％以下，可见疗效极佳。
人工肾不仅可用于肾功能衰竭的病人，还可用于许多疾病的急救，如急性肝功能衰竭、心力衰竭、急性肺水肿、巴比妥类药物中毒、某些自身免疫性疾病等。
人工肾的研制发展很快，各国都在研究更接近人体生理状态的人工肾。如1973年，日本生产一种由万支直径200毫微米的细空心纤维组成的人工肾；1985年，日本大阪市立大学医学部研制一种新型人工肾，只靠患者本身的血压即可驱动。1986年，日本利用血液滤过器过滤的液体进入肠管，用活体的肠管代替肾小球的重吸收作用。同年，日本报道了一种患者可随身携带的便携式人工肾，是采用尿素吸附剂的透析液再生式人工肾，它与活性碳、离子交换树脂等组合在一起，透析作用很好。
埃及著名肾病专家阿布拉斯研制成的小型人工肾，大小和人的肾脏一样，患者不必住院，不必外接电线和导管，可随身携带，不影响活动，许多患者试用后效果满意。
现在，科学家们正加强人工肾技术的应用和开发，加强人工肾新材料的研究，加强透析液用水的精制，由电子计算机进行数据采集和自动控制的大型人工肾中心的建立，以及新的植入式人工肾的设计和使用等。
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