Investigadores del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial (MAE) de la Escuela de Ingeniería Herbert Wertheim han desarrollado un nuevo tipo de membrana de hemodiálisis hecha de óxido de grafeno (GO), que es un material monoatómico en capas.Se espera que cambie completamente el tratamiento de la diálisis renal con paciencia.Este avance permite que el dializador con microchip se adhiera a la piel del paciente.Operando bajo presión arterial, eliminará la bomba de sangre y el circuito de sangre extracorpóreo, permitiendo una diálisis segura en la comodidad de su hogar.En comparación con la membrana de polímero existente, la permeabilidad de la membrana es dos órdenes de magnitud mayor, tiene compatibilidad con la sangre y no es tan fácil de escalar como las membranas de polímero.
El profesor Knox T. Millsaps de MAE e investigador principal del proyecto de membrana Saeed Moghaddam y su equipo han desarrollado un nuevo proceso que implica el autoensamblaje y la optimización de las propiedades físicas y químicas de las nanoplaquetas GO.Este proceso solo convierte las 3 capas GO en ensamblajes de nanoláminas altamente organizados, logrando así una permeabilidad y selectividad ultra altas.“Al desarrollar una membrana que es significativamente más permeable que su contraparte biológica, la membrana basal glomerular (GBM) del riñón, hemos demostrado el gran potencial de los nanomateriales, la nanoingeniería y el autoensamblaje molecular”.Mogda dijo el Dr. Mu.
El estudio del desempeño de las membranas en escenarios de hemodiálisis ha arrojado resultados muy alentadores.Los coeficientes de tamizado de la urea y el citocromo-c son 0,5 y 0,4, respectivamente, que son suficientes para la diálisis lenta a largo plazo mientras se retiene más del 99 % de la albúmina;los estudios sobre hemólisis, activación del complemento y coagulación han demostrado que son comparables a los materiales de membrana de diálisis existentes o mejor que el rendimiento de los materiales de membrana de diálisis existentes.Los resultados de este estudio se publicaron en Advanced Materials Interfaces (5 de febrero de 2021) bajo el título "Membrana de óxido de grafeno interconectado de tres capas para hemodializador portátil".
El Dr. Moghaddam dijo: "Hemos demostrado un mosaico ordenado de nanoplaquetas GO autoensamblado único, que avanza en gran medida el esfuerzo de diez años en el desarrollo de membranas basadas en grafeno".Es una plataforma viable que puede mejorar la diálisis nocturna de bajo flujo en el hogar”.El Dr. Moghaddam está trabajando actualmente en el desarrollo de microchips utilizando nuevas membranas GO, lo que acercará la investigación a la realidad de proporcionar dispositivos de hemodiálisis portátiles para pacientes con enfermedad renal.
El editorial de Nature (marzo de 2020) declaró: “La Organización Mundial de la Salud estima que aproximadamente 1,2 millones de personas mueren de insuficiencia renal cada año en todo el mundo [y la incidencia de la enfermedad renal en etapa terminal (ESRD) se debe a la diabetes y la hipertensión]….Diálisis La combinación de las limitaciones prácticas de la tecnología y la asequibilidad también significa que menos de la mitad de las personas que necesitan tratamiento tienen acceso a él”.Los dispositivos portátiles adecuadamente miniaturizados son una solución económica para aumentar las tasas de supervivencia, especialmente en el desarrollo de China.“Nuestra membrana es un componente clave de un sistema portátil en miniatura, que puede reproducir la función de filtración del riñón, mejorando enormemente la comodidad y la asequibilidad en todo el mundo”, dijo el Dr. Moghaddam.
“Los grandes avances en el tratamiento de pacientes con hemodiálisis e insuficiencia renal están limitados por la tecnología de membranas.La tecnología de membranas no ha progresado significativamente en las últimas décadas.El avance fundamental de la tecnología de membranas requiere la mejora de la diálisis renal.Un material altamente permeable y selectivo, como la membrana ultrafina de óxido de grafeno desarrollada aquí, puede cambiar el paradigma.Las membranas permeables ultrafinas no solo pueden fabricar dializadores miniaturizados, sino también dispositivos portátiles y portátiles reales, mejorando así la calidad de vida y el pronóstico del paciente”.James L. McGrath dijo que es profesor de ingeniería biomédica en la Universidad de Rochester y coinventor de una nueva tecnología de membrana de silicio ultradelgada para diversas aplicaciones biológicas (Nature, 2007).
Esta investigación fue financiada por el Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería (NIBIB) bajo los Institutos Nacionales de Salud.El equipo del Dr. Moghaddam incluye al Dr. Richard P. Rode, becario postdoctoral en UF MAE, el Dr. Thomas R. Gaborski (co-investigador principal), Daniel Ornt, MD (co-investigador principal) y Henry C del Departamento de Biomedicina Ingeniería, Instituto de Tecnología de Rochester.Dr. Chung y Hayley N. Miller.
El Dr. Moghaddam es miembro del Grupo de Microsistemas Interdisciplinarios de la UF y dirige el Laboratorio de Sistemas de Energía Nanoestructurada (NESLabs), cuya misión es mejorar el nivel de conocimiento de la nanoingeniería de estructuras porosas funcionales y la física de transmisión a micro/nanoescala.Reúne múltiples disciplinas de la ingeniería y la ciencia para comprender mejor la física de la transmisión a escala micro/nano y desarrollar estructuras y sistemas de próxima generación con mayor rendimiento y eficiencia.
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