Para más de 3 millones de personas en todo el mundo, la insuficiencia renal es un diagnóstico que altera la vida, si no es que amenaza la vida. Mientras que alrededor del 17 por ciento de las personas en los EE. UU. Con enfermedad renal en etapa terminal ahora reciben trasplantes, elel tiempo promedio de espera es de 3 a 5 años. Y gran parte de ese tiempo se consume planificando, recibiendo y recuperándose del tratamiento. Estas personas pasan varias horas varias veces por semana conectadas a una máquina de diálisis que limpia las toxinas de la sangre.aliviando la carga de trabajo en sus riñones.
La diálisis puede reemplazar temporalmente la función del riñón mientras los pacientes esperan un trasplante. Pero también puede imponer bastantes limitaciones en la calidad de su vida, unir eficazmente a los pacientes a una máquina de diálisis y probablemente a un centro médico.imponer una sentencia que algunas personas eligen retrasar o renunciar al procedimiento y arriesgarse mientras esperan un trasplante de riñón.
Durante más de tres décadas, los ingenieros y médicos biomédicos han estado trabajando para lograr una versión más portátil de la máquina de diálisis que restaure algo de normalidad para los pacientes de diálisis. Pero el gran problema que se interpone en el camino para reducir su tamaño es el gran volumen deagua requerida para limpiar la sangre de un producto de desecho particularmente persistente llamado urea.
La urea es un compuesto orgánico producido en el hígado que ayuda a transportar nitrógeno del cuerpo como un producto de desecho en la orina. Pero cuando los riñones comienzan a fallar, la urea puede acumularse, alcanzando niveles que son tóxicos si no se elimina del sistemaPara eliminar la urea, la máquina de diálisis empuja litros de agua a través del sistema para eliminar el compuesto soluble en agua antes de devolver la sangre limpia a la circulación.
Entonces, la clave para reducir el tamaño de la diálisis es eliminar la urea de alguna otra manera. De esa manera podría ser un filtro delgado hecho de un tipo único de material delgado de pocos átomos llamado MXene, según una investigación de un grupo internacional de científicos, médicose ingenieros, dirigidos por Yury Gogotsi de la Universidad de Drexel, PhD, Universidad Distinguida y profesor de Bach en la Facultad de Ingeniería de Drexel, en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales.
En un artículo publicado recientemente en ACS Nano , investigadores de Drexel, la Universidad de California en Los Ángeles, la Universidad de Brighton en Inglaterra, la Universidad de Medicina de Guangxi y la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong en China, y la Universidad Internacional de Symbiosis en India, informaron que los materiales MXene podrían ser candidatos para eliminar la ureade sangre en aplicaciones de riñón artificial ponible.
"Este es un desarrollo emocionante para la tecnología biomédica", dijo Gogotsi. "Este material ha demostrado una mejor capacidad para adsorber moléculas de urea del plasma sanguíneo en comparación con otros sorbentes conocidos. Esto significa que algún día podría hacer realidad el riñón portátil", mejorando la calidad de vida de muchas personas ".
Los materiales MXene se componen de capas finas nanométricas cuya composición química y espaciado se pueden adaptar para hacerlos filtros increíblemente selectivos. Los materiales MXene se han utilizado para atrapar la radiación electromagnética, transmitir ondas de radio y mejorar el flujo de electricidad.En el artículo, el grupo explica cómo también se pueden diseñar para filtrar las moléculas de urea.
"Similar a las arcillas, la estructura en capas de MXenes se puede intercalar y desintercalar con agua y moléculas orgánicas, como hidrazina, urea y colorantes catiónicos", escriben. "Esto sugiere que la estructura de MXene podría ajustarse para absorberseurea mediante la optimización de la composición química y la distancia interlaminar del material ". Además de esta colección física, la disposición química de las capas también crea una atracción molecular a las partículas de urea, según los investigadores.
En conjunto, estas propiedades de los MXenes, que pueden optimizarse mediante investigaciones adicionales, podrían convertirlos en el material ideal para aliviar la carga de trabajo de filtración de urea del riñón.
Observando solo tres de los 30 tipos de materiales MXene que ya están disponibles, el estudio muestra que pueden eliminar el 99 por ciento de la urea de una solución acuosa de urea y el 94 por ciento del dializado.
"La eliminación de la urea ha sido un problema muy difícil porque la molécula es pequeña y los sorbentes convencionales, como el carbón activado, no la absorben en cantidades suficientes", dijo Gogotsi. "Hemos estado estudiando el uso de carbonos porosos para la sangreLa limpieza con nuestros colegas de la Universidad de Brighton durante más de una década, pero la única molécula que no pudimos eliminar de la sangre con carbono fue la urea. Cuando sintetizamos MXene por primera vez y comenzamos a probar sus propiedades, descubrimos que la urea podía intercalarse en él, lo cualfue el descubrimiento importante que finalmente llevó a este trabajo, reconociendo el potencial de MXenes para su uso en riñones artificiales portátiles ".
Los dispositivos portátiles de diálisis, que han estado en desarrollo durante décadas, todavía no pueden cumplir la tarea de eliminar la urea lo suficientemente bien. También usan una enzima para descomponer la urea en el agua que absorbe la urea en diálisis, llamada dializado, en dióxido de carbonoy amoníaco. El dióxido de carbono debe ventilarse cuidadosamente para evitar que las burbujas entren en el sistema circulatorio. Y el amoníaco debe ser absorbido por un filtro especial antes de que alcance niveles tóxicos. Todo esto agrega peso a un dispositivo que se asemeja a un cinturón de herramientas grandey debe usarse continuamente durante todo el día.
Los autores, entre ellos Victor Gura, MD, del Centro Médico Cedars Sinai y la Escuela de Medicina David Geffen de la UCLA, que desarrollaron la primera tecnología de riñón artificial portátil, señalan que la diálisis más frecuente y prolongada se ha asociado con mejores resultados."En humanos sanos, la sangre se filtra continuamente por los riñones, es decir, 168 horas a la semana, manteniendo una homeostasis perfecta de electrolitos, equilibrio ácido-base y equilibrio de fluidos", escriben. "Como tal, imitar la filtración sin parar puede ser una buena opción.objetivo para lograr una mejor salud y calidad de vida en pacientes con enfermedad renal en etapa terminal, lo que lleva al concepto de riñón artificial portátil ".
Si bien todavía hay un largo camino de refinamiento y pruebas por delante de la tecnología, la posibilidad de modificar e integrar materiales MXene podría eliminar algunos de sus obstáculos más desalentadores. El siguiente paso para los investigadores es descubrir qué tipo de MXene eslo mejor para filtrar la urea y continuar las pruebas que demuestran que es seguro de usar en aplicaciones médicas.
"Este descubrimiento aparentemente pequeño, de que algunos materiales nuevos pueden eliminar la urea de la sangre, en realidad podría tener un impacto bastante significativo en la calidad de vida de las personas con insuficiencia renal", dijo Sergey Mikhalovsky, PhD, coautor delLa Facultad de Farmacia y Ciencias Biomoleculares de la Universidad de Brighton, que actualmente es codirector de una empresa de consultoría de nanomateriales llamada ANAMAD. "Brinda a los pacientes una alternativa a la diálisis en la clínica y la oportunidad de mantener una rutina más normal mientras esperan un trasplante de riñón., finalmente salvará vidas "
Esta investigación fue financiada por el Departamento de Energía de los EE. UU. Y el Consejo Británico y la Iniciativa de Innovación Global del Reino Unido.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Drexel . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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