Un team collaborativo ha sviluppato un nuovo tipo di filtro per le macchine per la dialisi renale in grado di pulire il sangue in modo più efficiente e migliorare la cura del paziente. Piran Kidambi, assistente professore di ingegneria chimica e biomolecolare, ha guidato il team, che comprendeva William Fissell, professore associato di nefrologia e ipertensione presso il Vanderbilt University Medical Center, Shuvo Roy, professore di bioingegneria presso l'Università della California, San Francisco, e Francesco Fornasiero, scienziato del personale di bioscienze e biotecnologie presso il Lawrence Livermore National Lab.
La malattia renale cronica, una condizione in cui il danno renale si traduce in una scarsa filtrazione del sangue, colpisce circa 697,5 milioni di persone, ovvero il 9% della popolazione mondiale. Il trattamento comprende l'emofiltrazione, l'emodialisi o il trapianto di rene. L'emofiltrazione e l'emodialisi supportano i reni filtrando le tossine e i prodotti di scarto dal sangue.
Il nuovo filtro utilizza nanotubi di carbonio – minuscoli tubi formati da un foglio di atomi di carbonio legati in una struttura a rete esagonale a nido d’ape – che hanno canali molto piccoli e lisci. Questi canali facilitano la rimozione delle tossine e dei rifiuti dal sangue senza lasciare fuoriuscire proteine importanti, il che può rappresentare un problema con i filtri tradizionali.
Nell'articolo "High-Performance Hemofiltration via Molecular Sieving and Ultra-Low Friction in Carbon Nanotube Capillary Membranes", pubblicato sulla rivista Advanced Functional Materials il 27 agosto, Kidambi e i suoi coautori dimostrano che le loro membrane per dialisi costituite da nanotubi di carbonio e polimeri creano un nuovo paradigma per la dialisi.
"Le nostre membrane superano le membrane per dialisi all'avanguardia di oltre un ordine di grandezza e allo stesso tempo consentono una migliore rimozione delle molecole intermedie che potrebbero causare tossicità e altre complicazioni per la salute", ha affermato Kidambi. "Abbiamo dimostrato che il controllo preciso dei diametri dei nanotubi di carbonio non solo ha consentito una rimozione migliore ed efficace delle molecole intermedie, ma la geometria del canale dritto e le pareti scivolose dei nanotubi hanno consentito un flusso notevolmente migliorato."
Il lavoro ha inoltre prodotto approfondimenti fondamentali su come le biomolecole si trasportano nelle costrizioni su scala nanometrica. Come un polipo che può contorcersi per adattarsi agli spazi più piccoli e poi espandersi, Kidami e i suoi coautori hanno scoperto che le biomolecole si infilano nell'ingresso del nanotubo nella membrana, lo attraversano e si espandono nuovamente dall'altra parte. Questa conoscenza può aiutare ricercatori e ingegneri a progettare membrane per separazioni biologiche oltre la dialisi.
L’utilizzo di membrane migliori in dialisi è vantaggioso per la cura del paziente. Kidambi e i suoi colleghi intendono valutare la fattibilità operativa a lungo termine, la compatibilità del sangue e altre domande sul filtro per svilupparlo per la cura dei pazienti. Mirano a promuovere questa tecnologia con i progressi che il laboratorio Kidambi ha apportato al grafene.
"Il nostro obiettivo è quello di rendere disponibili kit per la dialisi più piccoli in modo che possano andare ai pazienti, invece che questi vengano in ospedale e rimangano legati in una macchina per dialisi tre volte alla settimana per quattro ore", ha affermato Peifu Cheng, un ricercatore associato post-dottorato presso l'Università di Los Angeles. Laboratorio Kidambi e primo autore dell'articolo. "Ciò rappresenterebbe un enorme miglioramento nella qualità della vita del paziente. Il nostro obiettivo a lungo termine è passare ai dispositivi impiantabili."
Ulteriori informazioni: Peifu Cheng et al, Emofiltrazione ad alte prestazioni tramite setacciatura molecolare e attrito ultrabasso in membrane capillari di nanotubi di carbonio, Materiali funzionali avanzati (2023). DOI:10.1002/adfm.202304672
Informazioni sul giornale: Materiali funzionali avanzati
Fornito dalla Vanderbilt University
