كلية اصطناعية

الكلى الاصطناعية Artificial kidney، عادة ما ترادف الديال الدموي، لكنها قد تكون أيضاً، وبشكل عام، تشير إلى للعلاجات الكلوية البديلة (مع استبعاد زراعة الكلى) التي تستخدم و/أو في التطوير. يتناول هذا المقال الكلى المهندسة حيوياً/الكلى المصنعة حيوياً التي يتم تصنيعها من الخطوط الخلوية الكلوية/الأنسجة الكلوية.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 التاريخ

عام 1942 بدأ كولف وبرك، عالمان أمريكيان كانا يعملان في الجيش الأمريكي، باستخدام استصفاء الدم في الإنسان في هولندا وبدأ العالم السويدي ألفال في استخدامه في السويد في عام 1947 ومن ثم انتشر استخدام الكلية الصناعية في جميع أنحاء العالم ، كان استصفاء الدم يستخدم أساساً في إنقاذ حياة المرضى المصابين بالفشل الكلوي الحاد، وظل استخدام هذه الطريقة في هذا المرض فحسب حتى عام 1960 عندما ابتكر الطبيب الأمريكي سكريبنر أنبوبة تفلون يتم تركيبها بين شريان ووريد في الساعد ويمكن استعمالها بوصلها بجهاز الكلية الصناعية مئات المرات ، ثم ابتكر سيمينو(جراح أمريكي) عملية يوصل بها شريان في الساعد مع وريد وبعد مدة حوالي ثلاثة أسابيع تتضخم أوردة الساعد لدرجة تسمح باختراقها بالإبرة التي تنقل الدم إلي جهاز الكلية الصناعية وإبرة أخرى توضع في الوريد تسمح بعودة الدم من جهاز الكلية الصناعية ، وهكذا يمكن استعمال الوصلة الشريانية الوريدية لديلزة الدم لآلاف المرات، وبهذا أمكن استخدام طريقة الديلزة لعلاج الفشل الكلوي المزمن.

بدأ استخدام غسيل الكلى أو الديلزة على نطاق ضيق للغاية ـ بعد التمكن من الدخول إلى الدورة الدموية ـ لحوالي عشر سنين من سنة 1960ـ 1969 ولما تبين العالم فاعلية هذه الطريقة الأكيدة في إنقاذ مرضى الفشل الكلوي المزمن من الوفاة واستعادتهم لنشاطهم وحيويتهم وتمكنهم من العودة إلى عملهم بعد أن أصبحوا أعضاء عاملين في المجتمع ـ اشتد الاهتمام بهذه الطريقة الجديدة في جميع أنحاء العالم ودخلت تقنية مستحدثة في عالم الطب ـ وهو علاج مرضى الفشل الكلوي بالديلزة بالكلية الصناعية.

 القصور الكلوي

الكليتان هما عضوان حيويان يقعان علي الجدار الخلفي للتجويف البطني علي جانبي العمود الفقري تحت الحجاب الحاجز. تؤدي الكلى ما يقارب 10 وظائف حيوية، وقد تؤدي الإصابة بالقصور الكلوي إلى التراكم البطيء للفضلات النتروجينية، الأملاح، المياه واختلال التوازن الحمضي الطبيعي في الجسم. حتى الحرب العالمية الثانية، كان قصور الكلى بصفة عامة، يعني وفاة المريض. أثناء الحرب، قُدمت الكثير من الرؤى حول وظائف الكلى والقصور الكلوي المزمن، ومن أبرزها توصيفات بايواترز وبيل الملونة لاعتلال الكلى والتي قاما برسمها من خلال الخبرات السريرية أثناء قصف لندن.

 الكلى الاصطناعية

جهاز الغسيل الكلوي.

الكلى الاصطناعية هي جهاز خارج الجسم يوصل بالدورة الدموية للمريض ويمرر فيه الدم ليقوم بعمل توازن لأملاح الدم والمواد الذائبة في الماء ويعيدها إلى مستواها الأصلي الطبيعي ، ومزود بآلية تسمح بالترشيح المستدق لخروج الماء من الجسم ، أهم مكونات دورة سائل الغسيل هي وحدة تجعله متناسباً على الدوام في تركيزه ودرجة حرارته مع وجود مقياس دقيق لسرعة مرور السائل وضغطه وتركيزه وآلية لوقف مرور السائل إذا اختلت أي من هذه المقاييس ، الجزء الأساسي في جهاز الكلية الصناعية هي المرشح الذي ينبغي حساب قدرته الترشيحية بدقة قبل الاستعمال ، يمرر الدم من جسم المريض بخروجه من شريان يوصل بالمرشح ويعود إلى المريض في وريد بعد ترشيحه ويدفع الدم داخل المرشح مضخة الدم.

الغسيل الكلوي هو علاج يستخدم عند توقف الكلى عن العمل بشكل جيد، حيث تتم إزالة السوائل والفضلات الزائدة من الجسم. يتم خلال غسيل الكلى الدموي ضخ كميات صغيرة من الدم إلى خارج الجسم عبر جهاز يُسمى الكلى الصناعية. يسمى الجهاز المستخدم لتنظيف الدم بالديالة أو الكلى الاصطناعية. أجهزة غسيل الكلى الحديثة تتكون من غلاف أسطواني يضم مجموعة ألياف مجوفة أو أو منبثقة من الپوليمر أو الكوپوليمر، which is usually a proprietary formulation. منطقة الألياف المجوفة المجمعة تكون عادة من 1-2 م². أجريت أبحاث مكثفة من قبل الكثير من المجموعات لتحسين الدم وتنظيفه من الفضلات بدون استخدام جهاز الغسيل، بهدف الحصول على أفضل نتائج لنقل الفضلات من الدم إلى الديالة.

يتم استصفاء الدم من المريض لمدة 12 ساعة أسبوعياً (6 ساعات مرتين في الأسبوع والأفضل 4 ساعات ثلاث مرات في الأسبوع) وبهذه الطريقة يظل على قيد الحياة لسنوات طوال وتختفي أعراض الفشل الكلوي جميعها تقريباً، العيب الأساسي في طريقة العلاج هذه هو ارتفاع تكلفتها بحيث لا يطيقه إلا عدد محدود من المرضى، وإذا لم تتحمل الدولة أو شركات التأمين كافة أو جزء من تكاليف العلاج لن يقدر عليه أحد، عمدت الهيئات والحكومات المختلفة إلا القليل منها في بادئ الأمر إلى انتقاء المرضى الذين يعالجون بالديلزة لارتفاع تكلفتها، ولكن نظراً للضغط الشعبي الكبير ومطالبة الجماهير باستمرار لوجوب إتاحة هذا النوع من العلاج، انتشر في جميع أنحاء العالم.

من أهم مشكلات الغسيل الكلوي:

• عدم تغطية جميع أنحاء الدولة بالتساوي والعدل فبينما تتركز الوحدات في بعض المناطق هناك أماكن أخرى تفتقر إلى وحدات الكلى الصناعية.
• السماح لبعض الوحدات بممارسة الغسيل الكلوي بدون تدريب كاف أو علم كاف يمكنهم من علاج المرضى بصورة مقبولة بحجة أنهم أحرار في القيام بأي خدمة طبية يرون أنها لازمة.
• هناك أربعة مظاهر للفشل الكلوي المزمن لا تتحسن تماماً بالغسيل الكلوي ومنها فقر الدم الشديد، أمراض العظام، التهاب الأعصاب الطرفية، ضغط الدم المرتفع في بعض الأحيان.

يحتاج المريض بفقر الدم إلى نقل كميات من الدم كل حين وآخر مع ما يحمله نقل الدم من مضاعفات أو إلى العلاج بحقن ايثروبويتين وهذه تضيف على المريض تكاليف زائدة عن الحد ، مرض العظم يحتاج في معظم الأحيان إلى تعاطي المريض فيتامين د المعدل وهو أيضا مرتفع الثمن (لبعض الأشخاص) وباقي المظاهر ليس لها علاج محدد ، ترجع هذه المظاهر في الأغلب إلى عدم كفاءة الغسيل، وفي هذه الأحوال يلزم إجراء الديلزة 3 مرات في الأسبوع على الأقل وزيادة مدة الديلزة،واستعمال أجهزة ديلزة كفاءة عالية ، وعلى أي الأحوال تتحسن هذه المظاهر بل وتشفي تماماً إذا تم زراعة كلية مناسبة لمريض الفشل الكلوي .

وتكفي الإشارة في هذا الصدد أنه حتى عام 1960 كانت الوفاة محتمة على المريض بالفشل الكلوي المزمن (كانت نسبة الوفاة 100%) ولكن بعد استحداث الديلزة ، ومساهمة الحكومة بتكاليفها الباهظة ، صار المرضى يعيشون عشر سنوات إضافية في صحة ويحيون حياة مقبولة ، ولكن المستقبل الحقيقي لهؤلاء المرضى المساكين سيتوقف على ما إذا كانت الحكومة ستسمح بزراعة الكلى من المرضى المتوفين حديثاً فيهم كما هو حادث في كثير من بلاد العالم ويستمر النزف لميزانية الدولة إلا إذا انخفض سعر الديلزة وزادت كفاءته حتى يصير كالأنسولين لمريض السكر.

 الاحتياج للكلى الصناعية

يعتمد أكثر من 300.000 أمريكي على غسيل الكلى كعلاج للقصور الكلوي، لكن حسب البيانات الصادرة المعهد الأمريكي لأمراض السكري والجهاز الهضمي والكلى لعام 2005، يوجد 452.000 أمريكي يعانون من أمراض الكلى في المرحلة المتأخرة (ESRD). من بين استقصاءات عشوائية لمجموعات من المرضى في لندن، اونتاريو، تورنتو، وجد أنهم يقومون بالغسيل الكلوي من 2 إلى 3 مرات، وقد يقومون بعدد أكبر من جلسات الغسيل، وفي حالات القيام بالغسيل الكلوي ثلاث مرات أسبوعياً، يتناول المريض علاجات تقليدية أخرى لتحسين النتائج السريرية وفي بعض الحالات، يقوم المريض بالغسيل الكلوي 6 مرات أسبوعياً، حيث تستمر الجلسات طوال الليل، مما يتنزف الموارد في معظم البلدان. وقد دفع هذا، فضلاً عن ندرة المتبرعين بالأعضاء لزراعة الكلى، إلى تطوير المزيد من البحوث لتطوير العلاجات البديلة، ومنها تطوير أجهزة الغسيل الكلوي التي يمكن ارتداؤها أو زرعها بالجسم.

 الكلى المهندسة حيوياً

كلى اصطناعية مهندسة حيوياً، تم تخليقها في مستشفى مساتشوستس العام في 14 أبريل 2013.

حالياً، لم توجد بعد كلى مهندسة حيوياً قابلة للاستخدام. وعلى الرغم من إجراء قدر كبير من الأبحاث، إلا أن هناك الكثير من العوائق التي تحول دون تصنيع الكلى المهندسة حيوياً.

ومع ذلك، الغشاء الذي يحاكي قدرة الكلى على تصفية الدم والذي يقوم بإفراز السموم فيما بعد أثناء إعادة إمتصاص الماء والملح، تمكن العلماء من تصنيعه للكلى الاصطناعية المزروعة أو القابلة للارتداء. تم تطوير الغشاء باستخدام تكنولوجيا الأنظمة الإلكترونية الميكانيكية الدقيقة محدود من حيث قدرته على تخليق كلى اصنطاعية حيوية قابلة للزراعة.

الباحثون في معامل الأنظمة الإلكترونية الميكانيكية الحيوية الدقيقة والتكنولوجيا النانوية في معهد أبحاث لرنر في كلـِڤلاند كلينيك، يركون على تكنولوجيا الغشاء المتقدمة لتطوير علاج زراعة أو ارتداء الكلى الاصطناعية لمرضى الكلى في المراحل المتأخرة. الغيارات الحالية لأجهزة غسيل الكلى ضخمة جداً وتتطلب ضغط فسيولوجي فائق للدورة الدموية، والمسام الموجودة في الأغشية الپوليمرية الحالية تحمل مميزات كبيرة جداً من حيث حجم التوزيع وتفاوته. كما تتميز بزيادة النفاذية الهيدروليكية عن طريق سماحها بوجود المسام ذات الحجم المتوسط للجزء المعزول من الغشاء.Using a batch-fabrication process allows for strict control over pore size distribution and geometry.

في دراسات حديثة، تم استزراع خلايا كلوية بشرية من أعضاء متبرعين الغير مناسبة للزراعة، وقد نمت داخل أغشية المرضى المنقولة لهم. غطت الخلايا المزروعة الممرات وأظهرت خصائص متباينة للخلايا الكلوية البالغة. يعتقد أن الخلايا الكلوية الظهارية الناتجة يمكن زراعتها للمرضى.

في 14 أبريل 2013، تم تخليق أول كلية اصطناعية مهندَسة حيوياً من الخلايا البولية للفئران وتـُزرع قريباً في الإنسان في المستشفى العام بمساتشوستس. قام الباحثون بإزالة الخلايا القديمة من كلية فأر، واحتفظوا بشبكة البروتين والتي تشبه هيكل الكلية البشرية، بما فيها الأوعية الدموية وأوعية الإفرازات. وقام العلماء بترميم الكلية لتصبح صالحة للاستعمال. وتركت الكلية المصنعة في فرن خاص، درجة حرارته تساوي درجة حرارة جسم الفأر، لمدة 12 يوم. عندما جربت الكلية في المختبر، بلغ إفراز البول نسبة 23 في المئة من الإفراز العادي. وحاول العلماء زرع الكلية لفأر، وبعد تثبيتها في الجسم انخفضت فعاليتها إلى 5 في المئة. ولكن كبير الباحثين الدكتور هيرالت أوت قال إن ترميم جزء من وظيفة الكلية يكون كافيا. فالمريض عندما يلجأ إلى تصفية الدم الآلي تشتغل كليته بنسبة 10 إلى 15 في المئة فقط.

 انظر أيضاً

• عضو اصطناعي
• كلى
• غسيل الكلى
• هندسة الأنسجة
• Wearable artificial kidney
• Microelectromechanical Systems
• تقنية نانوية
• ديال دموي

 وصلات خارجية

• Tissue engineering and kidneys - umich.edu.
• BioMEMS & Nanotechnology -lerner.ccf.org/bme/mems/