Исследователи из США смоделировали строение легкого, получив устройство, в котором в качестве вентилирующего газа используется не чистый кислород, а обычный воздух. Новое изобретение может означать, что входившие в конструкцию искусственных легких кислородные цилиндры-концентраторы вскоре могут уйти в прошлое, при этом может приблизиться эра имплантируемых устройств.

Джозеф Потке (Joseph Potkay) из Медицинского центра Луи Стокса (Кливленд) создали имитирующую капиллярную сетку легких систему из полидиметилсилоксановых микрокапилляров, которые постоянно разветвляются на все меньшие и меньшие по размеру капилляры – подобное разветвление артерий на меньшие по размеру сосуды и капилляры реализуется в легких.

Исследователи покрыли искусственные каналы газообменной мембраной из полидиметилсилоксана и подавали в систему поток крови и поток воздуха с помощью патрубков ввода/вывода.

Рис. 1. Устройство-искусственные легкие
состоит из небольших микрокапилляров,
размеры которых сравнимы с размерами
кровеносных сосудов легких и мембраны для
обмена кислорода и диоксида углерода.
(Рисунок из Lab Chip, 2011,
DOI: 10.1039/c1lc20020h).

Новое устройство было протестировано на свиной крови. По мере подачи свиной крови в микрокапиллярную систему через устройство ввода жидкости через устройство подачи газа в систему подавали воздух, и, по мере диффузии кислорода через полидиметилсилоксановую мембрану кровь насыщалась кислородом. При этом диоксид углерода, содержащийся в крови, диффундирует через мембрану и покидает систему через воздуховыпускное отверстие.

Было обнаружено, что новое устройство демонстрирует большую эффективность обмена кислорода, чем существующие устройства, в которых применяется чистый кислород. Потке отмечает, что эффективность обмена кислорода в три-пять раз выше, чем у ранее разработанных «искусственных легких» на основе микроскопических каналов, по которым циркулирует кровь и воздух, являясь первой наглядной демонстрацией того, что микрокапиллярные системы могут быть эффективными в плане создания медицинских имплантантов нового типа.

В настоящее время пациенты, страдающие заболеваниями легких, нуждаются во вспомогательной искусственной вентиляции легких, основанной на том, что кровь пациента пропускается через механическую систему, и в обогащается в ней кислородом. Как поясняет Джеффри Боренштейн, эксперт по технологии микросистем и биомедицинских устройств, сложность существующих систем позволяет использовать их только в отделениях интенсивной терапии, а в случае коммерциализации системы Потке появится возможность создания портативных систем, границы применения будут существенно расширены.

В будущем исследователи из Кливленда планируют увеличить совместимость созданной ими системы с кровью, а также изменить ее так, чтобы она могла снабжать кровь человека достаточным для ее нормально-оксигенированного уровня количеством кислорода.