Pittsburgh Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, komplike bir organ gibi iş gören yeni bir cihaz geliştiriyorlar.
Bütün hayati önemine rağmen, kalp oldukça basit çalışan bir organdır. Tek hareketi kan pompalamaktır. Bu nedenle kalbi taklit eden bir cihazı tasarlamak pek de zor değil. Fakat akciğerler bambaşka bir konu. Çünkü çok karmaşık bir organ.
Pittsburgh Üniversitesi Biyomühendislik Fakültesi’nden Prof. Dr. William Federspiel bu karmaşıklığı görüp anlayabilen bir kaç kişiden biri. Yaklaşık son yirmi yıldır yapay akciğer üzerinde çalışmakta ve bunun zor bir iş olduğunu kabul ediyor.
Akciğer yetmezliği yaşayan insanların yararlanabileceği teknolojinin seviyesi, kalp yetmezliği sorunu olan insanlara sunulan teknolojik imkanlardan çok geride. Federspiel, oldukça basit bir gerçeğe işaret ediyor; “kanı kalbin hızında vücuda yayabilen küçük bir pompa tasarlamak oldukça kolay. Fakat akciğer kendi içine yayılan havadaki gazı süzerek ayrıştırabilen çok karmaşık bir yapıya sahip.”
Sırt Çantasına Sığabilen Akciğer Geliyor
Federspiel ve ekibi şu anda sırt çantasına sığabilecek büyüklükte mobil bir akciğer tasarlıyorlar ve hedeflerine çok yakınlar. Araştırma ekibi, karbondioksiti kandan ayrıştırabilen ve “solunum diyalizi” olarak tanımlanan Hemolung Respiratory Assist System (RAS) adını verdikleri bir cihazı çoktan icat etti.
Pittisburgh’da Federspiel’in kurduğu ALung Technologies tarafından cihazın üretimine başlandı ve 2018 başından itibaren de Amerika’da klinik testleri devam etmekte. Avrupa, Kanada ve Avustralya tarafından ise bu teknoloji çoktan onaylanmış durumda.
Şu anda ise patent başvurusunda bulundukları cihazın çok daha küçük versiyonu üzerinde çalışıyorlar. Bu küçük versiyon, sahibinin kanındaki oksijen oranını yükseltmek için tasarlandı. Ayrıca 2017’nin başlarında araştırmacılar, çocuklar için yapay akciğer versiyonunu geliştirmek amacıyla Ulusal Sağlık Enstitüsü’nden (National Institutes of Health/NIH) 2.35 milyon dolarlık hibe aldılar.
Fakat Federspiel’in en son çalışması, bir sırt çantasında ya da bir kılfta taşınabilecek kadar küçük ve vücudun dışında çalışarak arıtma yapabilen mekanik bir akciğer geliştirme üzerine odaklı. Cihaz, hastanın boynundaki şah damarının içine entegre edilerek, hastanın ana toplar damar sistemine bir sonda ya da tüple bağlanabilecek. Fakat hastanın halen taşınabilir bir tanktan oksijen almaya ihtiyacı olacak.
Federspiel, en azından hastaların yatağa bağlı kalmadan hastane içerisinde dolaşabilir duruma gelmelerini sağlamayı hedefliyor. Bu önemli bir adım çünkü hastalar devamlı yattıkları ve hareket edemedikleri için kasları gittikçe zayıflyor ve dolayısıyla ciddi bir akciğer enfeksiyonundan tam anlamıyla iyileşerek ayağa kalkma şansları da azalıyor. Bu nedenle söz konusu cihaz, kistik fibroz rahatsızlığından dolayı akciğer nakli bekleyen hastalar için önemli ölçüde fayda sağlayacak.
Federspiel, “Şu anda bu sistemlerimizden biriyle hastaların hastaneden çıkıp günlük yaşamlarına herkes gibi devam edebilmelerini beklemiyoruz; fakat en azından hastane içinde ayağa kalkıp dolaşabilecekler” açıklamasında bulundu.
Peki ya Pıhtılaşma Riski?
Geçen sene New Mexico Los Alamos Ulusal Laboratuvarı’nda bilim insanları tıpkı akciğer gibi işlev gören, polimerden yapılmış bir cihaz geliştirdiler. Bu cihaz, akciğerin ilaçlara, toksinlere eve diğer çevresel etmenlere gösterdiği tepkiyi bire bir taklit edebiliyor.
Çek Cumhuriyeti’nde bulunan Brno Teknoloji Üniversitesi’ndeki biliminsanları ise, astım ve kronik akciğer problemleri gibi durumlarda uyarı verebilen, akciğerin 3 boyutlu bir versiyonunu geliştirdiklerini iddia ettiler. Bu ilerleme ise doktorlara, akciğer rahatsızlıklarını nasıl tedavi edebilecekleri konusunda daha fazla kesinlik sağlayacak.
Bütün bu gelişmeler, araştırmacıların akciğer rahatsızlıkları ve tedavileri konusunda daha fazla veri elde etmelerine yardımcı oluyor.
Federspiel’in araştırmasının yanı sıra, Pittsburgh Carneige Mellon Üniversitesi’nde benzer bir çalışma yürütülüyor. Bu giyilebilir cihaz da hastalara uzun vadede rahatsızlıklarının seyrini takip edebilme imkanı sağlıyor.
Kandaki oksijen miktarını artıran tasarım, karbondioksit oranını düşüren bir makinadan daha fazla oranda kan akışını desteklemek zorunda. Federspiel’in de işaret ettiği gibi, bu cihaz malesef insan yapımı bir yüzeyde akan kanda sık sık meydana gelen bir sıkıntıyla karşı karşıya: Pıhtılaşma.
Konu tamamen akciğer fonksiyonunun temelini oluşturan gelişmiş gaz değiş tokuşu ve cihazın içinde bunun nasıl taklit edileceği ile alakalı. Cihazda gaz değişimini sağlayan ünite, insan saç telinin iki katı kalınlığındaki pek çok sayıda polimer tüpten oluşuyor. Bu tüpler gazı geçirebilen özelliğe sahip ve kanın tüplerin dışından akışı esnasında tüplerin içinden %100 oksijen geçiriliyor. Oksijen difüzyon yoluyla kana karışıyor karbon dioksit de cihazın içerisindeki gaz akımının içerisine girerek kandan dışarı atılıyor.
Sorun şu ki yapay yüzeyle temasa geçen kanın zamanla artan oranda pıhtılaşma riski var. İşte tam da bu nedenle yapay akciğer cihazını hastanın vücudunun içine yerleştirmek gerçekçi bir hareket değil. Pıhtılaşma riskinden dolayı cihazlar her birkaç ayda bir yenisiyle değiştirilmek zorunda.
Federspiel ve ekibi, yakın zamanda yeni cihazı koyunlar üzerinde beş gün boyunca denediler. Deneyde koyunlar kullanıldı çünkü bu hayvanların kardiyovasküler sistemleri insanlarınkine çok benziyor. Bunun yanı sıra, Federspiel ve ekibi pıhtılaşmanın azalmasına yardımcı olacak özel bir kaplama geliştirebilmek için bir şirketle çalışmaya başladı. Bu aynı zamanda hastaların alması gereken, kandaki çökmeyi engelleyici ilaçların doktorlar tarafından daha düşük dozlarda verilmesini sağlayacak.
Çalışmalar Umut Verici
Bir sonraki adım ise hem kaplamalı hem de kaplamasız şekilde 30 gün boyunca hayvansal deneylerin yapılması ve iki deneyin sonuçlarının birbiriyle kıyaslanması. Federspiel, insanlar üzerinde yapılacak deneylerin daha ileriki aşamalarda gerçekleştirileceğinin altını çiziyor.
Fakat ekip, gerçek bir insan akciğeri gibi çalışabilen ve sorunsuz bir cihazın geliştirilmesinin ne kadar çetrefilli bir iş olduğunun da farkında. Yaptığı bir açıklamada ise Federspiel, her yaptığı konuşmada yapay akciğerin naklinin gerçekleşebilmesi için, cihazın ancak birebir gerçek bir insan akciğeri gibi çalışması gerektiğini, ve akciğerin inanılmaz bir organ olduğunu da vurguluyor.
Kaynak: Smithsonian
