Il polmone artificiale si dimostra efficace quanto l'organo vero e proprio / Artificial lung proves to be as efficient as the genuine organ

 Il polmone artificiale si dimostra efficace quanto l'organo vero e proprio / Artificial lung proves to be as efficient as the genuine organ

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Un polmone artificiale costruito negli Stati Uniti ha raggiunto livelli di efficienza simili a quelli di un organo naturale, utilizzando l'aria – e non l'ossigeno puro come richiesto dagli attuali polmoni artificiali – come fonte dell'elemento essenziale.

L'utilizzo sugli esseri umani è ancora lontano, ma per i 200 milioni di persone affette da malattie polmonari in tutto il mondo, il dispositivo rappresenta un passo importante verso la creazione di un polmone artificiale facilmente trasportabile ed impiantabile, secondo Joe Potkay, professore assistente di ricerca in ingegneria elettrica e informatica presso la Case Western Reserve University (CWRU). Potkay è l'autore principale di un articolo che descrive il dispositivo e la ricerca, pubblicato sulla rivista Lab on a Chip.

Secondo la CWRU, gli scienziati hanno costruito il prototipo del dispositivo seguendo la struttura e le dimensioni del polmone naturale. Il polmone artificiale sarebbe riempito con vasi sanguigni in gomma siliconica traspirante che si ramificano fino a raggiungere un diametro inferiore ad un quarto del diametro di un capello umano.

"In base alle prestazioni attuali del dispositivo, stimiamo che un'unità utilizzabile sugli esseri umani avrebbe dimensioni di circa 15 cm x 15 cm x 10 cm di altezza, ovvero circa il volume di un polmone umano", ha affermato Potkay. "Inoltre, il dispositivo potrebbe essere azionato dal cuore e non richiederebbe una pompa meccanica."

Gli attuali sistemi di polmoni artificiali richiedono pesanti bombole di ossigeno, il che ne limita la portabilità. A causa del loro inefficiente scambio di ossigeno, possono essere utilizzati solo su pazienti a riposo e non durante l'attività. Allo stesso modo, la durata di vita del sistema si misura in giorni.

I ricercatori di Cleveland si sono concentrati inizialmente sul miglioramento dell'efficienza e della portabilità.

Hanno prima realizzato uno stampo con dettagli in miniatura e poi vi hanno applicato uno strato di gomma siliconica liquida che si è solidificata formando capillari ed alveoli artificiali, separando infine i canali dell'aria e del sangue con una membrana di diffusione del gas.

Realizzando i componenti in scala identica a quella del polmone naturale, il gruppo è riuscito a creare un rapporto superficie-volume molto elevato ed a ridurre le distanze di diffusione dei gas rispetto alle tecnologie attuali. I test condotti con sangue di maiale dimostrano che l'efficienza dello scambio di ossigeno è da tre a cinque volte superiore, il che consente di utilizzare aria normale anziché ossigeno puro come gas di ventilazione.

Il gruppo di Potkay sta ora collaborando con i ricercatori dei dipartimenti di ingegneria biomedica ed ingegneria chimica della CWRU per sviluppare un rivestimento che impedisca l'ostruzione dei capillari artificiali più stretti e per perfezionare le tecniche costruttive necessarie per realizzare un polmone artificiale resistente e sufficientemente grande da poter essere testato su modelli murini di malattie polmonari.

Entro un decennio, il gruppo prevede di poter utilizzare polmoni artificiali di dimensioni umane in studi clinici.

Prevedono che i pazienti possano utilizzare questi dispositivi mentre i loro polmoni malati guariscono, oppure che possano impiantarne uno come soluzione temporanea in attesa di un trapianto di polmone.

ENGLISH

An artificial lung built in the US has reached efficiencies akin to the genuine organ, using air — not pure oxygen as current man-made lungs require — for the source of the essential element.

Use in humans is still years away, but for the 200 million lung-disease sufferers worldwide the device is a major step toward, creating an easily portable and implantable artificial lung, according to Joe Potkay, a research assistant professor in electrical engineering and computer science at Case Western Reserve University (CWRU). Potkay is the lead author of a paper describing the device and research in the journal Lab on a Chip.

According to CWRU, the scientists built the prototype device by following the natural lung’s design and dimensions. The artificial lung is reportedly filled with breathable silicone rubber versions of blood vessels that branch down to a diameter less than one fourth the diameter of human hair.

‘Based on current device performance, we estimate that a unit that could be used in humans would be about 6in [15cm] by 6in by 4in tall, or about the volume of the human lung,’ said Potkay. ‘In addition, the device could be driven by the heart and would not require a mechanical pump.’

Current artificial lung systems require heavy tanks of oxygen, limiting their portability. Owing to their inefficient oxygen exchange, they can be used only on patients at rest, and not while active. Similarly, the lifetime of the system is measured in days.

The Cleveland researchers focused first on improving efficiency and portability.

They first built a mould with miniature features and then layered on a liquid silicone rubber that solidified into artificial capillaries and alveoli, and separated the air and blood channels with a gas diffusion membrane.

By making the parts on the same scale as the natural lung, the team was able to create a very large surface-area-to-volume ratio and shrink the distances for gas diffusion compared with the current state of the art. Tests using pig blood show that oxygen exchange efficiency is three to five times better, which enables them to use plain air instead of pure oxygen as the ventilating gas.

Potkay’s team is now collaborating with researchers from CWRU’s departments of biomedical engineering and chemical engineering to develop a coating to prevent clogging in the narrow artificial capillaries and on construction techniques needed to build a durable artificial lung large enough to test in rodent models of lung disease.

Within a decade, the group expects to have human-scale artificial lungs in use in clinical trials.

They envision patients would tap into the devices while allowing their own diseased lungs to heal, or implant one as a bridge while awaiting a lung transplant.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/artificial-lung-proves-to-be-as-efficient-as-the-genuine-organ?utm_source=content_recommendation&utm_medium=blueconic