الفشل الكلوي

الكليتان عضوان حيويان مقترنان يقعان خلف التجويف البطني على مستوى الجزء السفلي من القفص الصدري. وتقومان بالعديد من الوظائف الفسيولوجية بيد أنهما قد تتعرضان للتلف بسهولة. ينجم الفشل الكلوي عن التراكم البطيء للفضلات النتروجينية والأملاح والمياه واختلال توازن الأس الهيدروجيني الطبيعي في الجسم. وكان الفشل الكلوي يعنى الموت لمصابيه حتى وقت الحرب العالمية الثانية. إلا أنه قد تم التوصل إلى العديد من الرؤى بشأن وظائف الكلى والفشل الكلوي الحاد خلال الحرب، ومن بين تلك الرؤي الأوصاف التي قدمها بايووترز وبايل لاعتلال الكلية الصباغي والتي استنتجاها من خلال التجارب السريرية التي أجروها أثناء حروب لندن الخاطفة (بليتس). Cite journal author Bywaters EGL, Beall D Crush injuries with impairment of renal function. journal British Medical Journal pages 427–32 year 1941 volume 1 doi 10.1136/bmj.1.4185.427 pmid 20783577 issue 4185 pmc 2161734

الكلية الاصطناعية

Kunstnier تصغير مديال مستخدم في الديال الدموي


يشير الديال الدموي إلى طريقة تخليص الدم من الفضلات مثل الكرياتينين والبولينا بالإضافة إلى المياه الزائدة في الجسم وذلك في حالة الفشل الكلوي. ويُعرف ذلك الجهاز الذي يستخدم لتنقية دم المريض باسم المديال، كما يُشار إليه بالكلية الاصطناعية. ويتكون المديال الحديث عادةً من حاوية صلبة أسطوانية الشكل تحيط بقالب من الألياف المجوفة، أو قد تكون مشكلة من البوليمر أو البوليمر المشترك، والذي عادة ما يكون بتركيبة خاصة. وتتراوح المساحة المُجمعة للألياف المجوفة من متر مربع إلى مترين مربعين تقريبًا. وأجرت العديد من المجموعات أبحاثًا مكثفة من أجل تحسين تدفق الدم والديالة (المادة التي تعبر الغشاء أثناء عملية الديال) في المديال، وذلك لنقل الفضلات من الدم إلى الديالة بشكل فعال.

الحاجة إلى كلية اصطناعية حيوية

يعتمد أكثر من 300000 أمريكي على الديال الدموي كطريقة للعلاج من الفشل الكلوي، ووفقًا للبيانات الواردة من نظام بيانات أمراض الكلى بالولايات المتحدة في عام 2005، فإن هناك مايقرب من 452000 أمريكي يعانون من داء كلوي في المرحلة النهائية. Cite journal author Fissell WH, Humes HD, Fleischman AJ, Roy S Dialysis and Nanotechnology Now, 10 years, or Never? journal Blood Purification issue 1 pages 12–17 year doi 10.1159/000096391 volume 25 pmid 17170531 وقد أفادت دراسات قامت بها مجموعات من العلماء في لندن وأونتاريو وتورونتو أن زيادة مدة العلاج بالديال أو الغسيل الكلوي إلى ضعفين أو ثلاثة أضعاف مدة الديال أو الغسيل الكلوي التقليدي الذي يتم ثلاث مرات أسبوعيًا، وتكراره لعدد أكبر من المرات، قد يرتبط بتحسن النتائج السريرية Cite journal author Lindsay RM, Leitch R, Heidenham AP, Kortas C. The London daily/nocturnal H odialysis study Study design, morbidity, and mortality results. journal Am J Kidney Dis. volume 42 Supp 1 pages S5–S12 year 2003 doi 10.1016/S0272-6386(03)00531-6 إلا أن تطبيق نظام الغسيل الكلوي الذي يستغرق الليل كاملًا لمدة ست مرات أسبوعيًا سوف يقضي على الموارد الموجودة في معظم البلدان. وقد شجع ذلك، فضلاً عن نُدرة المتبرعين بالأعضاء في عمليات زرع الكلى، العلماء على البحث لتطوير علاجات بديلة منها تطوير جهاز يمكن ارتداؤه أو زرعه. Cite journal author Fissell W, Manley S, Westover A, Humes HD, Fleischman AJ, Roy S Differentiated Growth of Human Renal Tubule Cells on Thin-Film and Nanostructured Materials journal ASAIO Journal issue 3 pages 221–227 year doi 10.1097/01.mat.0000205228.30516.9c volume 52 pmid 16760708

الكلى الخاضعة للهندسة الحيوية

لا يوجد حاليًا أي كلى خضعت للهندسة الحيوية. وعلى الرغم من الأبحاث الكثيرة التي تُجرى إلا أنه لازالت هناك العديد من العوائق التي تحول دون إنتاج الكلى الخاضعة للهندسة الحيوية. cite journal author Saito A, Aung T, Sekiguchi K, Sato Y, Vu D, Inagaki M, Kanai G, Tanaka R, Suzuki H, Kakuta T Present status and perspectives of bioartificial kidneys journal J Artif Organs volume 9 issue 3 pages 130–5 year pmid 16998696 doi 10.1007/s10047-006-0336-1 cite journal author Saito A, Aung T, Sekiguchi K, Sato Y Present status and perspective of the development of a bioartificial kidney for chronic renal failure patients journal Ther Apher Dial volume 10 issue 4 pages 342–7 year pmid 16911187 doi 10.1111/j.1744-9987. .00387.x cite journal author Wang P, Takezawa T Reconstruction of renal glomerular tissue using collagen vitrigel scaffold journal J Biosci Bioeng volume 99 issue 6 pages 529–40 year 2005 pmid 16233828 doi 10.1263/jbb.99.529

بيد أن صناعة غشاء يُشبه غشاء الكلية الطبيعية ويحاكي قدرته على تنقية الدم وتخليصه من السموم مع إعادة امتصاص المياه والأملاح تتيح إمكانية إنتاج كلية اصطناعية يمكن ارتداؤها أو زرعها. وتظل صناعة هذا الغشاء باستعمال نظم كهروميكانيكية دقيقة خطوة مُقيَّدة في عملية إنتاج الكلية الاصطناعية الحيوية التي يمكن زرعها.



وقد ركزت مختبرات النظم الكهروميكانيكية الحيوية الدقيقة والمختبرات التي تستخدم تقنية النانو للكلى في معهد أبحاث ليرنر التابع لكليفلاند كلينك على تقديم تقنية للأغشية لتطوير علاج قابل للزراعة في الجسم أو يمكن ارتداؤه في حالات الإصابة بالداء الكلوي في المرحلة النهائية. وذلك لأن خرطوشات الغسيل الكلوي الموجودة حاليًا كبيرة جدًا وتتطلب ضغطًا فسيولوجيًا خارقًا للدورة الدموية، كما أن المسام الموجودة في أغشية البوليمر الحالية تتسم باتساع مسافات التوزيع وبمعالم غير منتظمة. إلا أن صنع غشاء مسامي نانوني من السيليكون يتسم بتوزيع المسام على مسافات ضيقة يُحسن قدرة الغشاء على التمييز بين الجزيئات المُنقاة وتلك المحتبسة. كما أنه يزيد من النفاذية الهيدروليكية (المائية) وذلك بالسماح للمسام دقيقة الحجم بالاقتراب من القطع المطلوب بالغشاء. وتتيح عملية التصنيع على دفعات التحكم التام في توزيع أحجام المسام وهندستها. cite journal author Fissell W, Fleischman AJ, Roy S, Humes HD Development of continuous implantable renal replac ent past and future journal Translational Research volume 150 issue 6 pages 327–336 year doi 10.1016/j.trsl. .06.001 pmid 18022594





وفي الدراسات الأخيرة تم أخذ خلايا كلى بشرية من أعضاء تم التبرع بها ولكن لم تصلح للزراعة، وتم تنميتها في تلك الأغشية. وغطت الخلايا المزروعة الأغشية ويبدو أنها تحتفظ بخصائص خلايا الكلية الناضجة. ويدل النمو المتمايز


لخلايا الكلى الظاهرية باستخدام النظم الكهروميكانيكية الدقيقة على إمكانية التوصل إلى تصنيع جهاز مصغر مناسب للزرع.



تعتبر الكلية الاصطناعية في أغلب الأحيان مرادفًا للديال الدموي، وقد تشير بصورة أعم إلى علاجات إحلال الكُلى (فيما عدا زرع الكلى ) المستخدمة و/أو الخاضعة للتطوير. تتناول هذه المقالة الهندسة الحيوية للـ كلى /الكلى الاصطناعية الحيوية التي تنمو من الخطوط الخلوية الكلوية/النسيج الكلوي.