Naukowcy z trzech śląskich uczelni stworzyli urządzenie do utlenowania krwi z membraną z organicznego materiału, czyli nowe ECMO. Może znaleźć zastosowanie m.in. w intensywnej terapii czy kardiochirurgii do wspomagania oddychania oraz pozaustrojowej wymiany gazowej. Rozwiązanie uzyskało właśnie amerykański patent.
W sytuacji zagrożenia życia, gdy płuca pacjenta przestają działać, można zastosować technikę (ang. Extra Corporeal Membrane Oxygenation, ECMO). Polega ona, mówiąc najogólniej, na sztucznym dostarczaniu tlenu do organizmu i odprowadzaniu dwutlenku węgla w momencie, gdy ciało człowieka nie jest w stanie samoczynnie wykonać tej czynności. W takich przypadkach trzeba zastosować urządzenie służące pozaustrojowemu utlenowaniu krwi. To układ składający się ze specjalnych pomp i oksygenatora.
Jest to jednak technika mocno inwazyjna i jednocześnie obarczona wysokim ryzykiem, dlatego stosuje się ją w ostateczności, gdy zawiodą inne metody ratowania życia pacjenta z niewydolnością oddechową lub krążeniową. Może być także stosowana w przypadku skomplikowanych operacji kardiochirurgicznych wymagających zewnętrznego utlenowania krwi.
Jednym z problemów dotyczących tego typu rozwiązań były zastosowane w oksygenatorach membrany, wykonane najczęściej z polipropylenu lub poliuretanu, które nierzadko doprowadzały do powstawania reakcji zapalnej. W wyniku tego procesu na powierzchni materiału pojawiały się skrzepliny krwi zatykające pory membrany, co z kolei wymagało zwiększenia stężenia tlenu dla utrzymania odpowiedniego poziomu saturacji krwi. Efektem był nasilający się stres oksydacyjny powodujący jeszcze większe wykrzepianie krwi, w wyniku czego coraz bardziej zatykana membrana przestawała w końcu pełnić swoją funkcję.
Naukowcy z Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach, Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach oraz Akademii Wychowania Fizycznego im. Jerzego Kukuczki w Katowicach zmodyfikowali strukturę membrany stosowanej w oksygenatorach. Inspiracją były materiały stosowane już powszechnie w odzieży sportowej czy sprzęcie outdoorowym. Efektem są organiczne membrany wykonane z różnych materiałów o porowatej strukturze, które przepuszczają jedynie cząstki o określonej wielkości i są zaprojektowane z myślą o zastosowaniach medycznych.
Nasze autorskie rozwiązania mają również właściwości przeciwzapalne i przeciwkrzepliwe. Już na poziomie produkcji membrany możemy „wtłaczać” w jej pory określone farmaceutyki. Jeśli zatem podczas procesu utlenowania krwi pojawią się skrzepliny zatykające pory membrany, wówczas dojdzie do uwolnienia przeciwzapalnego i przeciwzakrzepowego czynnika. Z jednej strony skrzeplina będzie się stopniowo rozpuszczać. Z drugiej – pory wypełnione pierwotnie lekiem zostaną odblokowane i mogą dalej przepuszczać gazy, takie jak tlen czy dwutlenek węgla. Dzięki temu oksygenator działa dłużej, co bezpośrednio zwiększa szanse przeżycia pacjenta – wyjaśnia dr hab. Andrzej Swinarew z Uniwersytetu Śląskiego.
W wyniku prowadzonych prac powstał OXiFlame (Oxygen Increased Flow Advanced Membrane) – to urządzenie, która może działać w warunkach utlenowania znacznie bardziej zbliżonych do fizjologicznych, obserwowanych w przyrodzie. Stworzony projekt powstał z tworzyw charakteryzujących się gładką powierzchnią, zmniejszającą prawdopodobieństwo powstawania skrzeplin. Dodatkowo materiał porowaty jest wypełniany cząstkami antykoagulantu. Taka innowacja sprawia, że stworzony materiał „żyje”, podobnie jak ściana naczynia krwionośnego i podlega interakcji z przepływającą krwią. Cząsteczki antykoagulantu, które w czasie funkcjonowania urządzenia są ścinane z jego powierzchni przez przepływającą krew, są zastępowane przez nowe, które dyfundują (wypływają) na powierzchnię z wnętrza materiału chroniąc go przed wykrzepianiem. Zjawisko to, wraz z funkcjonowaniem urządzenia, poprawia przepuszczalność dla gazów, która aktualnie, w obecnie funkcjonującym ECMO pogarsza się wraz z czasem użytkowania, prowadząc do powikłań takich jak krwawienia lub wykrzepianie. W przypadku zbyt małej podaży antykoagulantu grożą one zatorami tętniczymi czy udarami mózgu.
Nowy oksygenator działa na zasadzie fizjologicznego przeciwprądu, zaczerpniętego z prawidłowej budowy histologicznej płuca czy nerki. Pozwala to na znaczące zmniejszenie podaży tlenu do stężeń niższych niż 50 proc. składu mieszanki oddechowej. W efekcie możliwe jest znaczne zredukowanie stresu oksydacyjnego, zredukowanie prawdopodobieństwa wystąpienia powikłań, a przy okazji wydłużenie żywotności urządzenia.
Struktura oksygenetora i zastosowane podwójnego obwodu przepływów przez filtry stworzone z tego samego materiału również pozwalają na usunięcie skrzeplin z systemu bez konieczności wymiany oksygenatora (obecnie jest to problematyczne technicznie i może stwarzać zagrożenie dla pacjenta). Ewentualne mikroskrzepliny nie znajdą się w głównym nurcie krwi, ponieważ ruch wirowy, pozwala na ich skuteczne przemieszczenie.
Stworzone przez nas urządzenie medyczne może rozpocząć nową erę w leczeniu pacjentów z ciężką niewydolnością krążeniowo-oddechową – przekonują autorzy rozwiązania.
Jest ono chronione patentami polskimi, a ostatnio uzyskało także patent amerykański przyznany przez United States Patent and Trademark Office (USPTO).
MK, źródło: UŚ, SUM