人工肾的进展 可移植、完整肾功能的人工肾脏原型机试验成功，或可终结肾源短缺

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对于终末期肾脏病（ESRD）患者而言，透析和肾移植是不得不考虑的治疗方案。前者对患者日常生活影响较大，后者也会有肾源紧缺和排异反应的困扰。然而，2021年9月，美国加利福尼亚大学旧金山分校（UCSF）的药学院（全球前5）制造出了第一台的有完整肾功能、可移植、无排异反应的人工肾原型机，并因此获得了美国卫生局和美国肾脏病学会下属基金会（KidneyX）的助力。

一、UCSF人工肾

众所周知，肾脏的主要功能是过滤与净化血液，排出血液中的毒素和废物，同时也在调节体液、电解质与血压方面有突出作用。因此，一旦发生肾衰竭，将会给患者的身体带来极大伤害，不仅影响患者生存时间，也极大的影响生活质量。

如何解决这些不便呢？UCSF的工作人员认为通过他们的人工肾可以解决。它有如下4大点优势

1.可移植

可移植意味着人工肾的体积与肾脏体积无太大差异，可与人体腹腔适配。人工肾还配有3个管道，两个管道分别与下腔动脉和静脉链接，使患者血液流入，另外一个管道和膀胱链接，可以使人工肾生成的尿液流入膀胱。

2.完整肾功能

肾脏最重要的2个功能，排除废物和体液调节都被UCSF的人工肾所解决。UCSF人工肾分为2个重要部分，第一部分为血液过滤器，即去除血液中的废物和毒素，生物反应器则可以复制肾脏的其他功能，比如血液中的电解质平衡。

3.无排异反应

UCSF的人工肾由特殊材料制成，不具有免疫原特性，因此接受移植的患者理论上而言无需长期服用免疫抑制剂。

4.无需更换电池

人工肾所需要的电能则依靠血压来提供，无需定期手术更换电池。因此，长期维护的经济和时间成本较低。

二、KidneyX的评价

在之前的实验室试验中，UCSF人工肾的各个单独设备有较好的表现。而为了获得KidnenyX的投资，UCSF的工作小组完成了人工肾的临床前试验，即各设备串联起来进行试验，并顺利完成小型化和流体压力供电（血压供电）。试验表明，该人工肾或可在较短时间内投入临床试验。因此，KidneyX基金奖励了UCSF团队65万美元，并计划继续向UCSF投资，希望早日使人工肾进入临床试验阶段。

三、机遇与困难

美国华盛顿大学透析创新中心的Jonathan Himmelfarb与Buddy Ratner曾在2020年10月在nature reviews nephrology上发表论文，对人工肾的机遇与困难做出了评价。

1.机遇

如今，放眼全球，人工肾的研究主要有4个方面构成：

①可穿戴人工肾；

②可植入人工肾（UCSF）；

③干细胞培养；

④其他动物（如猪）的肾脏进行改造后移植给人类。

目前，可穿戴人工肾也有杰出代表，AWAK。AWAK3.0的重量不足1kg，体积较小，可像要带一样佩戴。与传统腹膜透析相比，AWAK使用了全新的酶转换技术，可以实时净化、分解透析液中毒素以及清除患者体内的水分，并一定程度上维持患者的电解质平衡。这种酶转换技术是在透析液回路中加入尿素酶单元，用酶将尿素转换为氨和二氧化碳，并将氨吸附于磷酸锆上，而二氧化碳则排放于大气之中。目前，AWAK正在美国食品药品管理局（FDA）的主持下进行临床试验。

此外，尿素吸附剂的使用如Mxenes（含钛吸附剂）、电氧化法、光氧化法都在有条不紊的进入临床前试验阶段。然而，Mxenes可能造价过于高昂，可能限制患者的使用。

2.困难

目前，人工肾脏用于临床除了本身的问题外，还需考虑患者的生理环境和生活环境2方面问题。

①生理环境

首先，对于使用血液透析的人工肾而言，必须面对患者的凝血问题。由于动静脉存在不同的凝血机制，因此如何使设备可以适用于人体还需要更多研究。

其次，所有可移植人工肾都需要考虑患者的免疫系统，所选材料最好是不具有免疫原特性的材料。同时，还需要考虑这些材料不能够与机体产生赘生物，或影响患者生理活动。

②生活环境

透析设备通常由工程师设计，可能没有聆听患者的想法。这是十分危险的，因为实际使用者可能是患者及其家属与照料人员。如何使人工肾可以符合患者的期望，是所有人工肾或者说人工器官开发人员必须面对的问题。

比如，患者佩戴或接受人工肾移植后，可否使用厕所、洗澡、外出活动是否有限制？这些问题必须考虑和解决。此外，使用是否简便？如何培训医护人员、陪护人员和患者，这些都是工程师们需要考虑的问题。

参考文献：

1.Levi Gadye. The Kidney Project successfully tests a prototype bioartificial kidney. School of Pharmacy, UCSF. Sep 9, 2021.

2. Himmelfarb J, Ratner B. Wearable artificial kidney: problems, progress and prospects. Nat Rev Nephrol. 2020 Oct;16(10):558-559.

3.AWAK company official website, link: