原標題：人工腎是如何拯救數百萬人生命的？
從一開始，馬特·里舍就認為透析不會顛覆他的生活。他曾在一家軟體公司工作，對一款賽車模擬器進行研究，由於紅斑狼瘡對他的腎臟造成了損傷，他不得不每週進行三次血液透析。
五年過去了，現在33歲的他在做著一份兼職工作。身體還不錯的時候，他喜歡自己嘗試創作新菜，紅斑狼瘡突然發作的日子裡，不斷地透析讓他感到筋疲力盡。“在透析期間，我不能出去社交，就像一個隱士住在華盛頓州西雅圖郊外。”里舍說。
里舍相對來說還算比較幸運，至少他可以得到治療，然而每年有多達700萬人在得不到治療的情況下死亡。但是，作為西雅圖透析中心(CDI)病人諮詢委員會的成員，里舍對於頻繁的透析已經失去了耐心——透析在過去的50年裡基本保持不變。CDI的聯合主任巴蒂·瑞特那說，走進任何一家機構，你都會發現每個接受透析的人床邊都有一臺大機器。
他表示：“如今，透析機雖然配備了LCD螢幕和現代控制系統，但是看看60年代那些機器的照片，它們看起來和如今的機器很相似。雖然病人存活率有所提高，但在接受血液透析這種治療方式的美國患者中，僅有42%的人能多活5年——比許多癌症患者都要短。”
拉特納是一個由內科醫生、生物工程師和企業家組成的國際團隊中的一員，該團隊致力於對腎衰竭的治療進行革命性的變革，設計出行動式的裝置。一些人甚至正在研發可以透過手術植入的人造腎臟，但這個過程的複雜性讓人生畏。
透析模擬不出人類腎臟的全部功能，行動式的透析機將需要小型化的元件，並且不能用到那麼多水，而且行動式裝置中所需的生物材料也將面臨著嚴格的監管，但新一波的融資潮正在扭轉多年來的停滯局面。一個名為KidneyX的合作專案由美國政府和美國腎臟學會牽頭，將對人造腎臟進行研究，計劃在未來五年內籌集2.5億美元。
俄亥俄州克利夫蘭診所的腎臟學家、KidneyX指導委員會主席約翰·塞多爾預測，未來五年內將出現一種便攜得多的透析裝置，並在未來十年推出第一款可穿戴的透析裝置。他表示：“我認為這是一個歷史性的時刻，我們正處於這個領域的一個轉折點。”
瑞士格勞本登州醫院的腎臟學家瓦萊麗·盧剋剋表示，這種創新早該出現了。她說：“自20世紀60年代初以來，透析行業的利潤已達數十億美元。但沒有人願意嘗試創新，直到突然有了研究團隊和研究資金。”
腎臟是複雜而有彈性的器官，每個都有拳頭大小。腎臟每天會過濾大約140升的血液，留下一到兩升水和以尿液形式存在的廢物。每個腎臟都有一個由大約100萬個微小過濾單元組成的網狀結構，這些單元被稱為腎元。進入腎元的血液要經過一簇叫做腎小球的小血管。腎小球的薄壁使廢物、水和其他小分子得以透過，而阻止了蛋白質和血細胞等大分子的透過。過濾後的液體會流入腎小管，身體所需的功能分子被重新吸收到血液中。
但是許多疾病會使腎臟承受壓力，包括糖尿病、肥胖症和高血壓等。患有這些疾病的人群正在不斷擴大，據預測，到2030年，全球將有540萬人接受血液透析或腎臟移植，更多的人將因得不到透析或移植而死亡。
對於血液透析，患者通常需要前往診所，連線一臺重達100多公斤的機器，透過一層半透膜過濾患者的血液，這層半透膜模擬了腎小球的功能，水基透析液可以重新平衡血液成分，將毒素排出體內。如此突然地恢復血液平衡可能會對身體造成衝擊，需要數小時才能恢復。里舍經常乘班車去做透析，在回家的路上通常會睡著。
這種低效的治療也非常昂貴，在美國，每個病人每年要花費9.1萬美元做透析治療。目前的方法不僅要消耗大量的水，還要消耗大量的電力和塑膠等材料。此外，在全球範圍內，獲取資訊的渠道也是參差不齊的。在亞洲，只有不到三分之一的人接受透析，在非洲更少。即使撒哈拉以南非洲的病人開始接受治療，他們也很少能堅持幾個月以上，很大程度上是因為成本太高。
喀麥隆雅溫得總醫院腎病專科醫生格洛麗亞·阿舒坦唐說，即使政府為這些治療買單，患者的家人也需要為化驗、藥物治療和其他費用買單。“我們的大多數患者會中途停止治療，因為他們已經賣掉了所有的房產，孩子們也已經輟學了。”
“他們有一棵搖錢樹，沒有必要做任何創新。”透析裝置公司對這種說法提出了反駁。位於馬薩諸塞州沃爾瑟姆的費森尤斯醫療保健公司布拉德•普弗表示，他的公司正在對透析裝置進行改進，其中包括一種血液透析裝置，採用了一種能夠減少血液凝固的材料，這是目前透析治療的一種潛在的副作用，治療者必須服用藥物才能預防血液凝固。
行動式透析裝置面臨的一個很大的問題是需要大量的水：每4個小時需要消耗120-180升水。顯然沒人能隨身攜帶它，因為它有好幾噸重。現在市面上有一些以便攜為賣點的家用裝置：費森尤斯公司銷售的透析裝置重達34公斤。使透析更方便的首要任務是消除對外部供水的需求。在西雅圖，CDI的研究人員已經開發出一種技術，將使用過的透析液透過一個墨盒，利用光將尿素轉化為氮和二氧化碳，這樣透析液就可以迴圈利用。
這種方法可以在24小時內除去15克尿素，對大多數腎衰竭患者來說足夠了，而且只需要750毫升的溶液。這樣的血液透析裝置可以做成足夠小的，放進一個滾動的箱子裡，重量不會超過9公斤。理想情況下，病人應該每天使用。
在新加坡，醫療科技公司AWAK的研究人員一直在測試一種更輕的裝置，重量不超過3公斤。它是為腹膜透析設計的，這種技術使用一根導管將透析液送進腹腔，腹腔內壁過濾掉血液中的毒素，使毒素和透析液一起排到一個空袋子裡。AWAK裝置依靠一個泵和一個墨盒來吸收使用過的溶液中的毒素，這樣它就可以再迴圈，但每天的治療要持續7到10個小時。
2018年，該公司在新加坡總醫院完成了一項涉及15名成年人的安全實驗，並沒有嚴重的不良事件發生，不過有一些病人感到腹部不適或腹脹。但南加州大學洛杉磯分校負責透析服務的研究人員阿爾希安·加法裡表示，在醫院可控環境下測試的裝置與在日常生活中使用有很大的不同。此外，他還說，透析液的持續再迴圈可能會使脆弱的腹膜拉傷，從而損壞腹膜。
範德比爾特大學的研究人員則專注於開發人造腎臟，希望有一天能透過手術植入病人體內。腎病學家威廉·菲塞爾與加州大學舊金山分校的舒沃·羅伊共同主持了這項研究，該人造腎臟包括兩個關鍵部分：血液過濾系統和注入細胞的再校準模組。過濾器是由具有奈米級孔隙的矽膜製成，可以模擬腎小球的功能；重新校準模組使用到了廢棄的腎小管細胞來重新調整血液成分。對於
里舍和其他病人來說，使用任何便攜裝置都是一種解放，讓病人們隨時隨地都能進行透析。作為一個汽車發燒友，里舍夢想著把行動式的裝置扔在汽車後座上，然後駛向遠方。
原文標題：How artificial kidneys and miniaturized dialysis could save millions of lives
原文地址：http://www-nature-com-s.vpn.whu.edu.cn:8118/articles/d41586-020-00671-8