轉自新浪科技，版權歸屬原作，感謝新浪分享
原標題：人工腎是如何拯救數百萬人生命的？
從一開始，馬特·裏舍就認爲透析不會顛覆他的生活。他曾在一家軟件公司工作，對一款賽車模擬器進行研究，由于紅斑狼瘡對他的腎髒造成了損傷，他不得不每周進行三次血液透析。
五年過去了，現在33歲的他在做著一份兼職工作。身體還不錯的時候，他喜歡自己嘗試創作新菜，紅斑狼瘡突然發作的日子裏，不斷地透析讓他感到筋疲力盡。“在透析期間，我不能出去社交，就像一個隱士住在華盛頓州西雅圖郊外。”裏舍說。
裏舍相對來說還算比較幸運，至少他可以得到治療，然而每年有多達700萬人在得不到治療的情況下死亡。但是，作爲西雅圖透析中心(CDI)病人咨詢委員會的成員，裏舍對于頻繁的透析已經失去了耐心——透析在過去的50年裏基本保持不變。CDI的聯合主任巴蒂·瑞特那說，走進任何一家機構，你都會發現每個接受透析的人床邊都有一台大機器。
他表示：“如今，透析機雖然配備了LCD屏幕和現代控制系統，但是看看60年代那些機器的照片，它們看起來和如今的機器很相似。雖然病人存活率有所提高，但在接受血液透析這種治療方式的美國患者中，僅有42%的人能多活5年——比許多癌症患者都要短。”
拉特納是一個由內科醫生、生物工程師和企業家組成的國際團隊中的一員，該團隊致力于對腎衰竭的治療進行革命性的變革，設計出便攜式的設備。一些人甚至正在研發可以通過手術植入的人造腎髒，但這個過程的複雜性讓人生畏。
透析模擬不出人類腎髒的全部功能，便攜式的透析機將需要小型化的組件，並且不能用到那麽多水，而且便攜式設備中所需的生物材料也將面臨著嚴格的監管，但新一波的融資潮正在扭轉多年來的停滯局面。一個名爲KidneyX的合作項目由美國政府和美國腎髒學會牽頭，將對人造腎髒進行研究，計劃在未來五年內籌集2.5億美元。
去年，它總共向15個美國研究團隊提供了110萬美元，這些團隊致力于解決透析方面的各個難題，包括可穿戴透析設備和人造腎髒移植。在世界各地，便攜式設備的臨床試驗正在推進，研究人員想要研究出一種低技術的方法，希望能將這種方法能推廣到世界上水資源不足以及醫療資源匮乏的地區。與治療終末期腎病患者的巨額費用相比，所有這些努力都只是滄海一粟。僅在美國，每年治療終末期腎病患者的費用至少需要350億美元。
俄亥俄州克利夫蘭診所的腎髒學家、KidneyX指導委員會主席約翰·塞多爾預測，未來五年內將出現一種便攜得多的透析設備，並在未來十年推出第一款可穿戴的透析設備。他表示：“我認爲這是一個曆史性的時刻，我們正處于這個領域的一個轉折點。”
瑞士格勞本登州醫院的腎髒學家瓦萊麗·盧克克表示，這種創新早該出現了。她說：“自20世紀60年代初以來，透析行業的利潤已達數十億美元。但沒有人願意嘗試創新，直到突然有了研究團隊和研究資金。”
腎髒是複雜而有彈性的器官，每個都有拳頭大小。腎髒每天會過濾大約140升的血液，留下一到兩升水和以尿液形式存在的廢物。每個腎髒都有一個由大約100萬個微小過濾單元組成的網狀結構，這些單元被稱爲腎元。進入腎元的血液要經過一簇叫做腎小球的小血管。腎小球的薄壁使廢物、水和其他小分子得以通過，而阻止了蛋白質和血細胞等大分子的通過。過濾後的液體會流入腎小管，身體所需的功能分子被重新吸收到血液中。
但是許多疾病會使腎髒承受壓力，包括糖尿病、肥胖症和高血壓等。患有這些疾病的人群正在不斷擴大，據預測，到2030年，全球將有540萬人接受血液透析或腎髒移植，更多的人將因得不到透析或移植而死亡。
對于血液透析，患者通常需要前往診所，連接一台重達100多公斤的機器，通過一層半透膜過濾患者的血液，這層半透膜模擬了腎小球的功能，水基透析液可以重新平衡血液成分，將毒素排出體內。如此突然地恢複血液平衡可能會對身體造成沖擊，需要數小時才能恢複。裏舍經常乘班車去做透析，在回家的路上通常會睡著。
這種低效的治療也非常昂貴，在美國，每個病人每年要花費9.1萬美元做透析治療。目前的方法不僅要消耗大量的水，還要消耗大量的電力和塑料等材料。此外，在全球範圍內，獲取信息的渠道也是參差不齊的。在亞洲，只有不到三分之一的人接受透析，在非洲更少。即使撒哈拉以南非洲的病人開始接受治療，他們也很少能堅持幾個月以上，很大程度上是因爲成本太高。
喀麥隆雅溫得總醫院腎病專科醫生格洛麗亞·阿舒坦唐說，即使政府爲這些治療買單，患者的家人也需要爲化驗、藥物治療和其他費用買單。“我們的大多數患者會中途停止治療，因爲他們已經賣掉了所有的房産，孩子們也已經辍學了。”
“他們有一棵搖錢樹，沒有必要做任何創新。”透析設備公司對這種說法提出了反駁。位于馬薩諸塞州沃爾瑟姆的費森尤斯醫療保健公司布拉德•普弗表示，他的公司正在對透析設備進行改進，其中包括一種血液透析裝置，采用了一種能夠減少血液凝固的材料，這是目前透析治療的一種潛在的副作用，治療者必須服用藥物才能預防血液凝固。
便攜式透析設備面臨的一個很大的問題是需要大量的水：每4個小時需要消耗120-180升水。顯然沒人能隨身攜帶它，因爲它有好幾噸重。現在市面上有一些以便攜爲賣點的家用設備：費森尤斯公司銷售的透析設備重達34公斤。使透析更方便的首要任務是消除對外部供水的需求。在西雅圖，CDI的研究人員已經開發出一種技術，將使用過的透析液通過一個墨盒，利用光將尿素轉化爲氮和二氧化碳，這樣透析液就可以循環利用。
這種方法可以在24小時內除去15克尿素，對大多數腎衰竭患者來說足夠了，而且只需要750毫升的溶液。這樣的血液透析裝置可以做成足夠小的，放進一個滾動的箱子裏，重量不會超過9公斤。理想情況下，病人應該每天使用。
在新加坡，醫療科技公司AWAK的研究人員一直在測試一種更輕的設備，重量不超過3公斤。它是爲腹膜透析設計的，這種技術使用一根導管將透析液送進腹腔，腹腔內壁過濾掉血液中的毒素，使毒素和透析液一起排到一個空袋子裏。AWAK裝置依靠一個泵和一個墨盒來吸收使用過的溶液中的毒素，這樣它就可以再循環，但每天的治療要持續7到10個小時。
2018年，該公司在新加坡總醫院完成了一項涉及15名成年人的安全實驗，並沒有嚴重的不良事件發生，不過有一些病人感到腹部不適或腹脹。但南加州大學洛杉矶分校負責透析服務的研究人員阿爾希安·加法裏表示，在醫院可控環境下測試的設備與在日常生活中使用有很大的不同。此外，他還說，透析液的持續再循環可能會使脆弱的腹膜拉傷，從而損壞腹膜。
範德比爾特大學的研究人員則專注于開發人造腎髒，希望有一天能通過手術植入病人體內。腎病學家威廉·菲塞爾與加州大學舊金山分校的舒沃·羅伊共同主持了這項研究，該人造腎髒包括兩個關鍵部分：血液過濾系統和注入細胞的再校准模塊。過濾器是由具有納米級孔隙的硅膜制成，可以模擬腎小球的功能；重新校准模塊使用到了廢棄的腎小管細胞來重新調整血液成分。對于
裏舍和其他病人來說，使用任何便攜設備都是一種解放，讓病人們隨時隨地都能進行透析。作爲一個汽車發燒友，裏舍夢想著把便攜式的設備扔在汽車後座上，然後駛向遠方。
原文標題：How artificial kidneys and miniaturized dialysis could save millions of lives
原文地址：http://www-nature-com-s.vpn.whu.edu.cn:8118/articles/d41586-020-00671-8
原文作者：Charlotte Huff