Искусственное легкое

Загрязнение воздуха является одной из основных причин рака лёгких и болезней дыхательных путей. По данным международной организации здравоохранения, от этих недугов, вместе взятых, умирает каждый восьмой человек в мире.

Вскоре исследователи будут иметь возможность приняться за разработку новых методов лечения подобных заболеваний, используя ради этой цели искусственное лёгкое, созданное в натуральную величину в израильском технологическом институте Технион, расположенном в городе Хайфа. Это первое средство, которое позволит проводить диагностику в реальном времени и разобраться, каким образом крохотные частицы двигаются и ведут себя в самых глубоких участках человеческих лёгких – альвеолярных тканях. Запатентованное изобретение, вероятно, наделит нас необходимым пониманием рисков для здоровья, связанных с загрязнённым воздухом. Это, в свою очередь, позволит создать более действенные лекарства для болезней дыхательных путей.

Вдыхаемые частицы, именуемые аэрозолями, – это крохотные тельца, существующие в атмосфере естественным образом. Их источником может также послужить индустриальная зона или автомагистраль. Несмотря на то, что их размер достигает лишь пары микронов – сотая часть песчинки, когда их вдыхают, эти частицы могут оказаться помехой для правильной функциональности тела, включая расположенных в мозгу нейронов. В чрезвычайных случаях они могут послужить причиной развития рака лёгких.  

«Это первый инструмент для диагностики, позволяющий совершить количественную оценку и отслеживание динамики передвижения аэрозолей в столь мелком масштабе, – заявил ведущий исследователь, профессор Джозу Шницман с факультета биомедицинской инженерии. – Это позволяет нам непосредственно следить в живом времени за перемещением и траекториями движения, переносимых воздухом частиц в альвеолах».

Мониторинг движения аэрозолей в дыхательной системе и особенно то, каким образом они распределяются в альвеолярных тканях, уже долгое время являлся серьёзным вызовом для исследователей. В некоторой степени это связано с их крошечным размером и зависимостью их движения от воздушных потоков, силы притяжения и других внешних факторов. Ещё одна причина, усложняющая процесс отображения перемещения аэрозолей, коренится в сложной структуре альвеолярной ткани. Она содержит сотни миллионов крошечных мешочков воздуха, взаимосвязанных плотной текстурой узких каналов. По этой причине невозможно изучать движение частиц в живом организме, а потому, учёным приходилось ограничиваться экспериментами над животными или компьютерными симуляциями.

Стены искусственного лёгкого предоставляют реалистичную симуляцию человеческого лёгкого. Они сжимаются и расширяются наподобие настоящей дыхательной системы. Это позволяет понять поведение как вредных вдыхаемых частиц, например, поллютантов, так и полезных, прописанных как лекарственные средства для лечения альвеолы. Данная модель также позволит сократить объем опытов, проводимых над животными, в последующих экспериментах.

Согласно мнению создателя и дизайнера этих лёгких, доктора Рами Фишера, а также факультета биомедицинской инженерии Техниона: «Данная модель состоит из технологии аналогичной используемой во время производства компьютерных чипов. Она включает в себя разветвлённую сеть крошечных воздушных каналов, достигающих в ширину не более одной десятой миллиметра, с симулирующими альвеолы кратерами».  

Подобные модели не только позволят ускорить темп исследований загрязнений и оказываемого ими на лёгкие воздействия, но сможет также проложить дорогу для проектирования в будущем искусственных органов.

В недавнем времени результаты данного исследования были опубликованы в научных журналах.