人工肾的发展历程是怎么样的?

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肾病发展至终末期,肾脏失去绝大部分功能,就是我们通常说的尿毒症。目前对尿毒症患者的治疗,包括透析和肾移植治疗。但是由于肾源紧缺,能配型上并成功移植的患者少之又少;透析治疗,一般每周需要进行2-3次,在一定程度上影响了尿毒症患者的生活质量。因此,人工肾的诞生,为终末期肾病患者的治疗带来了新的思路、新的希望。肾脏科医生和科学家们一直在孜孜不倦地研发更高科技的人工肾,期望改善肾病患者的生存质量。

随着纳米科技、3D打印技术、生物医学技术的进步,我们引颈期盼的人工肾,离我们还有多远呢?

第一代人工肾,离临床最近的人工肾:可穿戴人工肾

目前,距离临床应用最近的是这款可穿戴人工肾。

由西雅图华盛顿大学的肾脏研究所希梅尔法布博士(Dr. Himmelfarb)领头研发,是第一代人工肾的代表之一。

它本质上还是一台血液透析机,但使用了透析液回收利用技术,患者可以在透析过程中带着这个便携式透析仪自由走动,不必像传统透析机一样,患者必须固定在血液透析中心进行。

在之前的悟空问答,肾上线有给大家简单介绍过,目前这项技术是最接近临床应用的人工肾,它还在进一步优化当中,以提高装置的安全性、稳定性、便携性。对于这项技术的上市,我认为很有希望预期在五年内会有比上面看到的设计得更精巧的产品出现。


第二代人工肾:植入式人工肾

第二代生物人工肾融合了纳米技术和3D打印技术,是生物与人造材料的混合体。

与上述介绍的可穿戴人工肾最大的不同,是直接利用人体的动脉-静脉压力差来实现血液在硅芯片上滤过,因此不需要电池驱动,它的体积也比较小,可以实现体内移植。

这款生物人工肾最早的雏形,是大卫·休谟教授(David Humes)制作的一个改良透析装置:在传统透析通路上串联了一个植入了肾小管上皮细胞的透析管,具备了模拟肾小管上皮细胞的重吸收功能。当时只在重症监护室中接受连续血液超滤(CVVH)的病人上使用。在2002年和2005年通过了临床1期和临床IIa期试验,但后续临床试验因为找不到足够的受试患者和研究经费缺乏而搁置。

虽然试验中止,但休谟教授的学生威廉姆·费赛尔博士(William H. Fissell)带着老师的理念坚持了下去,与美国加州大学的生物工程博士罗伊(Shuvo Roy)一起合作,继续研发人工肾,于是有了我们看到的升级版可植入生物人工肾。

硅芯片上,设计了不同的孔道作为滤过膜,血液在芯片上滤过,可以实现不同物质的分离

目前,这款生物人工肾还没进入临床实验阶段。据美国加州大学官方报道称,这个生物人工肾已经收集了足够多的临床前期数据(比如先移植到猪上面,受试的猪没有太大问题),预期在2018年开始做第一期生物安全性的临床试验

临床I期试验只是安全性试验,接下还要做的是临床II期试验来证明这个生物人工肾,至少要达不亚于第一代人工肾的功能(即15ml/hr的肌酐清除率),上市前还要做临床III期试验,对比生物人工肾与常规血透。假设这一路走下来都是顺风顺水的话,保守估计至少需要五年的时间。但我认为这款生物人工肾亟待解决的是优化滤过膜的设计,使它不出现溶血或者血栓,第二个是解决使用寿命的问题,第三是它植入的肾脏上皮细胞离真正的生物功能还有相当的距离。

因此,对于这个人工肾的上市,我持谨慎态度,如果只比较透析功能,可穿戴人工肾已经从临床实验阶段到了工业优化阶段,更受产业资本的青睐。如果比较生物功能,它可能又会被我们接下来要说的纯生物化的人工肾超越。


第三代人工肾:纯生物植入式人工肾

纯生物植入式人工肾,由哈佛大学的Bonventre团队和澳大利亚墨尔本大学的Little团队分别主导的肾脏类器官(Kidney Organoid)研发。他们想做的是直接使用人的干细胞,从培养皿中诱导分化出一个具有肾脏功能的器官

目前,这两个团队分别用不同的方案,把一个人的诱导多能干细胞(iPSc)分化为一个具备肾小管各个节段细胞的管道。比起第二代人工肾只是简单地植入肾小管上皮细胞来说,肾脏类器官是更加拟合肾小管功能的器官,可以更精确地实现重吸收作用。

这两个团队正在攻克的课题是,如何让这个肾脏类器官与毛细血管连通发育为一个具有滤过功能的肾单位。如果能够在肾脏类器官中实现血液滤过,一个微型的肾脏就诞生了。

纯生物人工肾还处在科学研究中,暂时连临床前期都还没有到,我估计大概还需要10-15年的时间才能看见成果。

第四代人工肾:猪器官移植到人

从异种动物中取出器官来移植不再是科幻小说了。哈佛大学的乔治·丘奇(George Church)团队使用新一代基因编辑技术CRISPR,通过改造猪的基因,让猪生产出能跟人相容的器官。

丘奇教授团队中由杨璐菡博士领衔的eGenesis公司已经在云南农业大学的实(yang)验(zhu)室(chang),实现了通过CRISPR激素剪掉猪体内的逆转录病毒。如果不去掉这种病毒,猪肾移植到人身上会引起人类感染新的疾病,所以说,这项进展已经去掉了猪器官移植到人体一个很大的障碍。

另一方面,斯坦福大学的Nakauchi团队使用的是“器官种植”技术,科学地说,如果目标是得到一个胰腺,就把受体的干细胞注入在缺乏胰腺发育基因的供体动物的囊胚里,在供体动物发育成熟后,那么它的胰腺,就是完全由受体的干细胞发育而成。(就好比“借肚养子”)

这种器官种植技术目前已经成功地在小鼠和大鼠之间实现了胰腺移植。

可以畅想,如果这两个团队在一起,把去病毒的改良猪,用CRISPR技术敲除肾脏发育基因,再用人的干细胞实施器官种植,就可以在猪身上得到一个人源性的肾脏。

这项技术亟待解决的是猪和人生物相容性的问题(比如异种免疫、异种感染等),可以预见的是,运用CRISPR技术,我们可以逐步将猪的基因修改为人的基因,来提高猪的人源性器官的生物相容性。如果这种“器官种植"方式成功的话,那不光是人工肾了,估计除了人工脑之外,其他人的器官都可以由猪产生。这种通天的技术,我希望在有生之年能看见。

人工肾已经离我们越来越近。

从近的来说,便携式可穿戴血透已经通过了I期临床试验,进入了产品优化阶段,可能在5年内,我们会看见一款比较简便的产品,让透析患者从透析中心中解放出来。

可植入的人工肾脏最早也可能在2018年进入临床试验,我们期待5-10年间可能会出现第一款产品。

异种生产人的器官这个终极梦想,也在一步步突破障碍,向我们靠近。

颠覆终末期肾衰竭患者治疗方式,指日可待!我们和大家一样期盼着人工肾的研发的早日突破,早日应用于临床。

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