Untuk semua kekuatan mistisnya, hati adalah hal yang sangat sederhana. Itu adalah pompa — darah masuk, darah keluar. Dan itu membuatnya tidak terlalu sulit untuk disalin.
Tetapi paru-paru adalah masalah lain. Tidak ada yang akan menyarankan Anda untuk "Ikuti paru-paru Anda" atau meratapi "paru-paru yang rusak, " yang memalukan. Karena itu adalah salah satu organ yang rumit.
Hanya sedikit orang yang memahami hal ini dan juga William Federspiel, seorang peneliti dan profesor bioteknologi di University of Pittsburgh. Selama 20 tahun terakhir, dia telah bekerja merancang paru-paru buatan. Ini merupakan tantangan, dia mengakui.
"Teknologi untuk pasien yang menderita gagal paru-paru adalah jauh di belakang teknologi untuk orang-orang dengan gagal jantung, " katanya. “Itu datang ke fakta yang sangat sederhana: Cukup mudah untuk merancang pompa kecil yang dapat memompa darah pada laju aliran jantung.
"Tapi paru-paru hanyalah organ luar biasa untuk bertukar gas antara atmosfer dan darah yang mengalir melalui paru-paru Anda. Tidak ada teknologi yang bisa mendekati apa yang bisa dilakukan paru-paru manusia. ”
Berbaring di ransel
Konon, Federspiel dan tim risetnya semakin dekat. Mereka telah menemukan alat yang disebut Hemolung Respiratory Assist System (RAS) yang melakukan apa yang disebut sebagai "dialisis pernapasan, " menghilangkan karbon dioksida dari darah pasien. Ini sedang diproduksi oleh sebuah startup Pittsburgh yang didirikan oleh Federspiel bernama ALung Technologies, dan dapat menjalani pengujian dalam uji klinis AS akhir tahun ini atau awal 2018. Ini telah disetujui untuk digunakan di Eropa, Kanada, dan Australia.
Sekarang mereka bergerak maju pada perangkat yang jauh lebih kecil, yang telah mereka gunakan untuk paten, hanya saja ini dirancang untuk meningkatkan kadar oksigen dalam darah seseorang. Juga, awal tahun ini, para peneliti menerima hibah $ 2, 35 juta dari National Institutes of Health (NIH) untuk mengembangkan versi paru buatan mereka untuk anak-anak.
Sederhananya, penelitian terbaru Federspiel difokuskan pada pemurnian paru-paru mekanik yang berfungsi di luar tubuh, tetapi itu cukup kecil untuk dibawa di dalam ransel atau sarung. Ini akan dihubungkan ke vena cava pasien - vena besar yang membawa darah ke jantung - melalui kanula, atau tabung, dimasukkan ke dalam vena jugularis di tenggorokan. Ia masih perlu menghirup oksigen dari tangki portabel.
Ini, catatan Federspiel, akan memungkinkan orang itu lebih mobile di rumah sakit daripada di tempat tidur. Itu penting, karena jika pasien tidak dapat bergerak, otot mereka menjadi lebih lemah, dan peluang mereka untuk pulih dari infeksi paru-paru yang serius berkurang. Perangkat ini dipandang sangat bermanfaat bagi pasien yang menunggu transplantasi paru-paru, seperti orang dengan fibrosis kistik.
"Kami tidak bermaksud sekarang bahwa mereka akan dapat meninggalkan rumah sakit dengan salah satu dari sistem ini, " katanya, "tetapi setidaknya di dalam rumah sakit, mereka akan bisa bangun dan berjalan-jalan."
Kutukan gumpalan
Ada terobosan terbaru lainnya dalam menciptakan kembali paru-paru manusia. Tahun lalu, para ilmuwan di Los Alamos National Laboratory di New Mexico mengumumkan bahwa mereka telah membuat perangkat mini yang terbuat dari polimer yang berfungsi seperti paru-paru, dan dirancang untuk meniru respons organ terhadap obat, racun, dan unsur lingkungan lainnya untuk tujuan pengujian.
Di Republik Ceko, para ilmuwan di Universitas Teknologi Brno mengatakan mereka telah mengembangkan versi paru-paru 3D-cetak yang dapat mensimulasikan kondisi seperti asma dan masalah paru kronis lainnya, dan yang akan memungkinkan dokter untuk membawa lebih presisi bagaimana mereka mengobati kondisi paru-paru.
Kedua proyek tersebut, bagaimanapun, dimaksudkan untuk membantu para peneliti mempelajari lebih lanjut tentang kondisi dan perawatan, sedangkan penelitian Federspiel — serta pekerjaan serupa yang dilakukan di dekat Pittsburgh di Carnegie Mellon University — lebih diarahkan untuk membantu pasien meningkatkan prognosis jangka panjang mereka. .
Perangkat baru — yang dirancang untuk meningkatkan kadar oksigen dalam darah — harus mendukung aliran darah yang lebih berat daripada mesin yang menurunkan karbon dioksida. Jadi, seperti yang ditunjukkan oleh Federspiel, ia menghadapi tantangan berurusan dengan apa yang sering terjadi pada darah ketika mengalir di atas permukaan buatan manusia — itu menggumpal.
Itu semua ada hubungannya dengan pertukaran gas canggih yang merupakan kunci fungsi paru-paru, dan bagaimana itu ditiru dalam perangkat. "Unit pertukaran gas [di perangkat] terdiri dari sejumlah besar tabung polimer yang sekitar dua kali ketebalan rambut manusia, " jelasnya. "Mereka permeabel terhadap gas, jadi ketika darah mengalir di luar tabung ini, kami menjalankan 100 persen oksigen melalui bagian dalam tabung. Oksigen bergerak ke dalam darah melalui difusi dan karbon dioksida bergerak keluar dari darah ke aliran gas yang mengalir melalui perangkat. "
Masalahnya adalah bahwa darah yang lewat bersentuhan dengan permukaan buatan yang relatif besar, meningkatkan kemungkinan terbentuknya gumpalan. Ini adalah alasan besar mengapa pada saat ini tidak realistis untuk mempertimbangkan menanamkan alat paru-paru seperti ini di dalam tubuh pasien. Mereka mungkin perlu diganti setiap beberapa bulan.
Federspiel mengatakan bahwa baru-baru ini timnya dapat menguji perangkat baru pada domba selama lima hari tanpa masalah. Domba digunakan karena sistem kardiovaskularnya mirip dengan manusia. Tetapi ia dan timnya juga bekerja sama dengan perusahaan untuk mengembangkan lapisan khusus yang mereka harapkan akan sangat mengurangi pembekuan. Itu juga akan memungkinkan dokter untuk secara signifikan menurunkan tingkat obat anti-koagulasi yang perlu dikonsumsi pasien.
Langkah selanjutnya, katanya, adalah uji coba hewan selama 30 hari yang akan membandingkan hasil perangkat dengan lapisan dan tanpa lapisan tersebut. Dia memperkirakan bahwa uji klinis manusia masih bisa empat hingga lima tahun lagi.
Tapi Federspiel tidak terhalang oleh langkah yang disengaja untuk menciptakan perangkat yang berfungsi sebaik paru-paru manusia. Dia sadar betul betapa menuntutnya hal itu.
"Paru-paru buatan masih harus berfungsi seperti paru-paru manusia, " katanya. "Ketika saya berbicara tentang hal ini, hal pertama yang saya katakan adalah paru-paru adalah organ yang luar biasa."
