Архив номеров
Медицинская Техника / Медицинская техника №1, 2021 / с. 1-4

Пазл для имплантируемой искусственной почки

В.А. Беспалов, С.В. Селищев


Аннотация

По современным представлениям имплантируемая искусственная почка является актуальной общемировой целью развития гражданского сектора продукции полупроводниковой микроэлектроники. Это сложная цель, для достижения которой, с одной стороны, нужно оценивать ее как единое целое, а с другой стороны – оценивать по частям, фрагментам, собирая междисциплинарный научно-технический пазл.
В 2019 году был создан международный консорциум по созданию имплантируемых искусственных почек – Kidney Implant Development Network Worldwide (KIDNEW) (https://www.imec-int.com/en/kidnew). Ключевым участником этого консорциума является расположенная в Бельгии некоммерческая организация – Межуниверситетский центр исследований и разработок в области микроэлектроники IMEC (Interuniversity Micro Electronics Center), основанный в 1984 году и являющийся в данной области одним из мировым лидеров. IMEC развивает сотрудничество с Россией, в том числе с МИЭТ.
В обзоре представлены результаты междисциплинарных научно-технических исследований, направленных на разработку искусственных объектов, имитирующих свойства природной антропоморфной почки, на базе конвергенции фундаментальных знаний физиологии и полупроводниковой микроэлектроники, закономерностей функционирования мочевыделительной системы и искусственных трехмерных, мультимасштабных микрофлюидных сетей с целью продвижения на пути создания искусственной имплантируемой почки.
Обсуждаются возможные пути международной кооперации.


Вернуться к содержанию

Сведения об авторах

Владимир Александрович Беспалов, д-р техн. наук, профессор, ректор, НИУ «Московский институт электронной техники»,
Сергей Васильевич Селищев, д-р физ.-мат. наук, профессор, директор, Институт биомедицинских систем, НИУ «Московский институт электронной техники», г. Москва, г. Зеленоград,

Список литературы

1. Ash S.R., Groth T., Wieringa F.P. Summary of the 2020 IFAO- ASAIO Session on implantable artificial kidney // ASAIO Journal. 2020. Vol. 66. № 10. PP. e126-e127.
2. EDITORIAL. End chronic kidney disease neglect // Nature. 2020. Vol. 579. P. 173.
3. Huff C. How artificial kidneys and miniaturized dialysis could save millions of lives // Nature. 2020. Vol. 579. PP. 186-188.
4. Томилина Н.А., Бикбов Б.Т. Состояние заместительной терапии при хронической почечной недостаточности в России в 1998-2011 гг. (по данным регистра Российского диализного общества) // Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2015. Т. ХVII. C. 35-58.
5. Executive Order 13879 of July 10, 2019 «Advancing American Kidney Health» // Trump D. Federal Register. Vol. 84. № 135. Monday, July 15, 2019 / https://www.whitehouse.gov/ presidential-actions/executive-order-advancing-american- kidney-health/.
6. Wieringa F.P., Sheldon M. The Kidney Health Initiative innovation roadmap for renal replacement therapies: Building the yellow brick road, while updating the map // Artificial Organs. 2020. Vol. 44. PP. 111-122.
7. Dang B.V., Taylor R.A., Charlton A.J. et al. Towards portable artificial kidneys: The role of advanced microfluidics and membrane technologies in implantable systems // IEEE Reviews in Biomedical Engineering. 2020. Vol. 13. PP. 261-279.
8. History of the IEEE / https://www.ieee.org/about/ieee- history.html.
9. Berkner L.V. IRE – The first 50 years // Proceedings of the IRE. 1962. Iss. 5. PP. 559-560.
10. Lusted L.B. Bio-medical electronics – 2012 A.D. // Proceedings of the IRE. 1962. Iss. 5. PP. 636-637.
11. Waugh H.V., Addlesee A.J. The feasibility of an artificial implantable kidney // Proceedings of the 19th Ann. Int. Conf. IEEE EMBS. 1997. Vol. 6. PP. 2568-2571.
12. Lindberg D.A.B. Bio-medical electronics – Update // Proceedings of the IEEE. 2000. Vol. 88. № 4. PP. 590-592.
13. Кабанова С.А., Богопольский П.М. Пересадка почки: история, итоги и перспективы (к 50-летию первой успешной пересадки почки в России) // Трансплантология. 2015. № 2. С. 49-58.
14. Himmelfarb J., Ratner B. Wearable artificial kidney: Problems, progress and prospects // Nature Reviews Nephrology. 2020. Vol. 16. PP. 558-559.
15. Van Geldera M.K., Jonga J.A.W., Folkertsma L. et al. Urea removal strategies for dialysate regeneration in a wearable artificial kidney // Biomaterials. 2020. Vol. 234. Article 119735.
16. Вандер А. Физиология почек / 5-е изд., пер. с англ. – СПб.: Издательство «Питер», 2000. 256 с.
17. Hestekin J.A., Hestekin C.N., Morrison G.A., Paracha S.A. Dialysate free artificial kidney device / Patent WO 201 9/067007 AI.
18. Fissel W.H., Roy S. The implantable artificial kidney // Seminars in Dialysis. 2009. Vol. 22. № 6. PP. 665-670.
19. Galletti P.M., Colton C.K., Lysaght M.J. Artificial Kidney // The Biomedical Engineering Handbook: Second Edition. – Ed. Joseph D. Bronzino, Boca Raton: CRC Press LLC, 2000.
20. Gautier S.V., Shevchenko A.O., Itkin G.P. et al. Artificial heart in Russia: Past, present, and future // Artificial Organs. 2020. Vol. 00. PP. 1-4.
21. Flaherty M.P., Moses J.W., Westenfeld R. et al. Impella support and acute kidney injury during high-risk percutaneous coronary intervention: The Global cVAD Renal Protection Study // Catheter Cardiovasc. Interv. 2019. PP. 1-11.
22. Vora A.N., Schuyler J.W., DeVore A.D. et al. First-in-human experience with Aortix intraaortic pump // Catheter Cardiovasc. Interv. 2019. Vol. 93. PP. 428-433.
23. Lawson J.H., Niklason L.E., Roy-Chaudhury P. Challenges and novel therapies for vascular accsess in haemodialysis // Nature reviews nephrology. 2020. Vol. 16. PP. 586-602.
24. Loree II H.M., Agyapong G., Favreau E.G. et al. In vitro study of medical device to enhance arteriovenous fistula eligibility and maturation // ASAIO Journal. 2015. Vol. 61. № 4. PP. 480-486.
25. Estimated Glomerular Filtration Rate (eGFR) / National Kidney Foundation.
26. Wang T., Liang Z., Oi Z. et al. 3D nm-Thin biomimetic membrane for ultimate molecular separation // Materials horizons. 2020. Iss. 9.
27. Zanetti F. Kidney-on-a-chip / In book: Organ-on-a-chip. – Academic Press, 2020. Chapter 7. PP. 233-253.
28. Naderi A., Bhattachhariee N., Folch A. Digital manufacturing for microfluidics // Ann. Rev. Biomed. Eng. 2019. Vol. 21. PP. 325-364.
29. Wragg N.M., Burke L., Wilson S.L. A critical review of current progress in 3D kidney biomanufacturing: Advances, challenges, and recommendations // Ren. Replace Ther. 2019. Vol. 5:18.
30. Nishinakamura R. Human kidney organoids: Progress and remaining challenges // Nat. Rev. Nephrol. 2019. Vol. 15. PP. 613-624.
31. Garreta E., Kamm R.D., Chuva de Sousa Lopes S.M. et al. Rethinking organoid technology through bioengineering // Nat. Mater. 2020.
32. Louw R.H., Rubin D.M., Glasser D. et al. Thermodynamic consideration in renal separation processes // Theoretical Biology and Medical Modelling. 2017. Vol. 14. № 2.
33. Khan S.R., Pavuluri S.K., Cummins G. et al. Wireless power transfer techniques for implantable medical devices: A review // Sensors. 2020. Vol. 20. 3487.
34. Rustogi P., Judi J.W. Electrical isolation performance of microgasket technology for implant packing / IEEE 70th Electronic Components and Technology Conference (ECTC). Orlando, FL, USA, 2020. PP. 1601-1607.
35. Watanable Ai., Miki N. Connecting mechanism for artificial blood vessels with high biocompatibility // Micromachines. 2019. Vol. 10. 429.
36. Wieringa F.P., Sheldon M., Ash S.R. et al. Moving ahead on the Kidney Health Initiative innovation roadmap, a transatlantic progress update // Artificial Organs. 2020. Vol. 44. № 4. PP. 1125-1134.
37. Bazaev N.A., Zhilo N.M., Grinvald V.M. et al. Wearable dialysis: Current state and perspectives // Wearable Technologies. Croatia. 2018. Chapter 5. PP. 91-106.
38. Telyshev D., Denisov M., Pugovkin A. et al. The progress in the novel pediatric rotary blood pump sputnik development // Artif. Organs. 2018. Vol. 42. PP. 423-443.
39. Danilov A.A., Aubakirov R.R., Mindubaev E.A. et al. An algorithm for the computer aided design of coil couple for a misalignment tolerant biomedical inductive powering unit // IEEE Access. 2019. № 7. PP. 70755-70769.
40. Savelyev M.S., Gerasimenko A.Y., Vasilevsky P.N. et al. Spectral analysis combined with nonlinear optical measurement of laser printed biopolymer composites comprising chitosan/SWCNT / / Analytical Biochemistry. 2020. Vol. 598. Article 113710. PP. 1-8.