Vědci vyvinuli umělou plíci, která se vejde do batohu

Vědecký tým pod vedením bioinženýra a profesora Williama Federspiela z University of Pittsburgh přes 20 let usilovně pracuje na vývoji užitečného zdravotnického zařízení, které by mohlo velkou měrou usnadnit život nemocným lidem, jejichž plíce není schopna plnit svou základní funkci. Právě tito lidé jsou v současnosti závislí na rozměrných a sofistikovaných přístrojích, které pumpují lidskou krev přes speciální výměník plynů. Tento výměník dokáže lidskou krev dostatečně okysličit a odstranit oxid uhličitý, bez čehož nemohou lidé s plicním onemocněním jinak dále fungovat. Nevýhodou této procedury je naprostá závislost pacientů na rozměrných přístrojích, která si obvykle nárokuje dlouhodobý pobyt na lůžku. Na první pohled začarovaný kruh, z něhož není východiska. Věda nám však opět ukázala, že možné alternativy existují.

Pomyslná ozubená kola před několika lety rozpohybovala prasečí chřipka (nebo také mexická chřipka), kdy se případy pacientů s plicními obtížemi rapidně navýšily. Tato chřipka nese status respiračního onemocnění způsobeného chřipkovým virem A/H1N1, které však nezůstává pouze v horních dýchacích cestách, ale mnohdy zasahuje také plíce. U některých lidí může vyvolat dokonce závažné zdravotní komplikace jako třeba těžký zápal plic, na který mohou postižení jedinci dokonce i zemřít. Mnoho nemocných má navíc vlivem zákeřného onemocnění trvale poškozené plíce. Nejen pro tyto případy se snaží vědci sestrojit jednotku, v tomto případě umělou plíci, která by nemocným lidem mohla zásadní měrou pomoci. Je třeba mít ale stále na paměti, že ani sebelepší high-tech vynález (zatím) nedokáže dokonale zastoupit transplantovanou plíci od lidského dárce.

Ovce dýchají – a co lidé?

Sestrojit správně fungující umělou plíci představuje pro odborníky tuze těžký oříšek. Vývoj tohoto orgánu se totiž ukázal jako mnohem složitější než třeba mechanické srdce, které medicína již dobře zná. „Srdce je jen čerpadlo,“ upozornil vedoucí týmu William Federspiel, „zatímco plíce obsahují neuvěřitelně spletitou síť rozvětvených vzdušných vaků, které umožňují plynům šířit se a vystupovat z krve. Plíce mají obrovskou schopnost výměny plynů a neexistuje žádná technologie vytvořená člověkem, která by se této efektivitě přiblížila.“ Vědecký tým se ale blíží do finále a vyvinul umělou plíci, která představuje jakousi kombinaci pumpy a plynového výměníku v malém a dostatečně lehkém přístroji natolik, aby mohli tento kompaktní zázrak pacienti nosit v batohu nebo pouzdře. Ani umělá plíce však není zcela bezproblémová. Nový přístroj si žádá neustálé propojení s pacientovým krkem pomocí krátké trubičky. „Chceme jen velmi málo trubiček, které vedou mimo tělo,“ vysvětlil vedoucí týmu. A ať už působí umělá plíce jakkoliv bizarně, podle posledních experimentů skutečně funguje. Prozatím byla úspěšně vyzkoušena po dobu pěti dní na čtyřech ovcích, jejichž kardiovaskulární systém je velmi podobný lidem.

Pokud se umělá plíce skutečně osvědčí, mnoho pacientů by se díky této vychytávce mohlo stát mobilnější a soběstačnější. Do budoucna se samozřejmě počítá s použitím umělé plíce mimo nemocniční zařízení, nicméně v prvopočátku bude cílena hlavně pro pacienty čekající na transplantaci plic nebo pro jiné závažné případy. Pacienti by tak díky umělé plíci nemuseli většinu času trávit připoutáni na nemocniční lůžko, ale mohli by se volně pohybovat. Právě pohyb je pro tyto pacienty velmi důležitý, neboť zabrání úbytku svalové hmoty a zvýší šanci na celkové zotavení. O psychické stránce ani nemluvě.

Variant je několik

Existuje, řekněme, pohodlnější varianta umělé plíce, která bude připoutána pevně k tělu pacienta, kdy jednotlivé části budou propojeny s trubicemi vystupující přes hrudník svého nositele. Komfortnější verze je ovšem určena pouze pro pacienty, jejichž srdce je zdravé natolik, aby dokázalo zajistit krevní oběh skrze umělý orgán. Umělá plíce musí být připojena k trubicím, které jsou spojeny přímo se srdcem. Dokonce i tato verze umělých plic byla již testována na ovcích po dobu dvou týdnů. Experiment ale musel být v jednom případě pozastaven, neboť došlo ke zpomalení srdečního tepu. Odborníci však vylučují, že by byly tyto srdeční obtíže způsobeny testovanými plícemi. A jak se zdá, skutečně nešlo o nic zásadního, neboť výzkum i nadále probíhá a konečné výsledky budou známy ještě během letošního roku. Pokud bude experiment úspěšný, klinická testování by mohla začít už do pěti let.

Federspiel tedy dokázal sestrojit dvě varianty zařízení schopných snížit množství oxidu uhličitého cirkulujícího v krevním oběhu pacienta. Žádná z nich se však nedokáže obejít bez rozměrného kyslíkového vaku. I na tom ale vědci pracují a v současné době testují efektivnější prototyp umělých plic, který nepotřebuje nádržky s kyslíkem, neboť si díky použitým technologiím dokáže hladinu kyslíku aktivně zvýšit svépomocí. Tento kompaktnější prototyp je nyní testován na laboratorních potkanech, v jejichž případě zaznamenává působivé výsledky. Tajemství nového modelu spočívá v použití extrémně tenkých kanálů vyrobených z ultratenkých polymerních membrán (šířka této membrány je oproti lidskému vlasu zhruba dvojnásobná), které poskytují větší plochu pro výměnu plynů.

Všechny typy umělých plic mají ovšem jeden zásadní problém. Procházející krev přichází do přímého kontaktu s umělým povrchem, což zvyšuje pravděpodobnost vytváření krevních sraženin. Právě velké riziko krevních sraženin vědcům v dohledné době brání v implementaci umělých plic do těl pacientů. A v případě, že k jejich uplatnění skutečně dojde, budou muset být každých několik měsíců nahrazovány novými (čistými) kusy. Pro snížení krevní srážlivosti je v současné době vyvíjen speciální nátěr, který by v případě úspěchu minimalizoval předepisování antikoagulačních léčiv (snižují srážlivost krve). Nový nátěr hodlají odborníci v brzké době vyzkoušet v rámci měsíčního testování, během něhož se jeho účinnost potvrdí, nebo vyvrátí.

Text: Petr Smejkal

Zajímavosti

Vědci vytvořili přesný model plic, poslouží při testování léčiv

13. listopadu 2016