血液透析及血液過濾、血液灌流、血漿分離等醫(yī)學(xué)用途都基于滲析過程。全世界年消耗血液透析器約1.3億支,我國約在1000萬支左右,市值15億元人民幣。國內(nèi)目前有4~5家規(guī)模企業(yè)生產(chǎn)血液透析膜和組器,僅占國內(nèi)市場份額的10%左右。
隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的進(jìn)步,世界各國在輸血方面,越來越多地選擇輸入血液成分,而不再輸入全血的方法,這可以減少患者的過敏反應(yīng),同時能提高血液不同成分的利用效率。在俄羅斯,血液成分輸血的應(yīng)用還處于起步階段, 只占輸血總量的5%,但存在著巨大的市場潛力,因此,研究血液成分過濾分離材料,成為一個新的科研課題。
血液透析及血液過濾、血液灌流、血漿分離等醫(yī)學(xué)用途都基于滲析過程。全世界年消耗血液透析器約1.3億支,我國約在1000萬支左右,市值15億元人民幣。國內(nèi)目前有4~5家規(guī)模企業(yè)生產(chǎn)血液透析膜和組器,僅占國內(nèi)市場份額的10%左右。
瑞士蘇黎世的研究人員正在研發(fā)一種納米磁微粒,以期有朝一日能夠?qū)⒀褐锌赡苡泻Φ某煞謩冸x出來。這一技術(shù)可能用于治療人類的藥物中毒、血液感染和某些癌癥。該工程包括將涂上碳衣的納米顆粒磁化,在其上布滿針對特殊分子的抗體,研究人員想將這些分子----比如易導(dǎo)致炎癥的蛋白質(zhì),如白細(xì)胞介素(interleukins)和一些有害金屬,比如鉛----清除出血液。在血液中加入納米磁粒后,再將血液在透析機(jī)或類似的機(jī)器中流過一遍,研究人員就能將不想要的成分過濾出來了。
“納米磁粒能夠捕獲目標(biāo)成分,在這些磁粒進(jìn)入再循環(huán)之前,用磁力分離器將這些載有有毒物質(zhì)的磁粒累積排入一個貯藏庫,將它們與血液循環(huán)系統(tǒng)相分離。”因格·赫爾曼(Inge Herrmann)解釋道。她是蘇黎世大學(xué)(University of Zurich)的化學(xué)工程師,現(xiàn)在領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)研究。
根據(jù)一項(xiàng)于2011年2月號的《腎臟透析與移植》(Nephrology Dialysis and Transplantation)雜志上發(fā)表的研究結(jié)果,研究人員可以經(jīng)血液過濾裝置一次清除75%的地高辛(digoxin), 這是一種心臟治療藥物,攝入劑量過大會有生命危險。經(jīng)一個半小時的清除過程后,磁??汕宄_(dá)90%的地高辛。
尤其值得注意的是,研究人員必須證實(shí)磁粒本身對人體無毒,并且不會影響血液的凝結(jié)能力。但早期的研究結(jié)果還是大有前途的。在發(fā)表于2011年《納米醫(yī)藥》(Nanomedicine)上的一篇論文中,赫爾曼的團(tuán)隊表明,磁粒不損傷細(xì)胞,也不會增加凝血力,這是安全方面的兩大關(guān)鍵性的里程碑。
在10月的美國麻醉師協(xié)會(A m erican S o ciety o f Anesthesiologists)年會上,赫爾曼展示的數(shù)據(jù)顯示,一部分磁粒被兩種免疫細(xì)胞---單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞所吸收。這證明了一個重要原理,任何未來的應(yīng)用成果都可用于治療嚴(yán)重感染。
現(xiàn)在,赫爾曼和她的同事們正在患膿毒血癥的老鼠中進(jìn)行一項(xiàng)技術(shù)研究。膿毒血癥是一種嚴(yán)重的血液感染,以大量受損的免疫細(xì)胞組合為標(biāo)志。在美國,每年約有100萬人罹患此病。
喬恩·多布森(Jon D obson)是佛羅里達(dá)大學(xué)(University of Florida)的一位生物醫(yī)學(xué)工程師,他說解毒是納米科技中的一項(xiàng)“非常有意思的應(yīng)用”。他自己的團(tuán)隊正在使用磁性納米微粒作為遙控,來操縱細(xì)胞活動,如干細(xì)胞的分化。“用化學(xué)方法,一旦過程開始就很難停下來。有了磁性技術(shù),就可以隨心控制停止開關(guān)了。”
瑞士團(tuán)隊研究出的方法,其潛在用途可能擴(kuò)大至膿毒血癥外地其他疾病,包括白血病,多布森說道。比如,可以設(shè)計使納米磁粒和白血病細(xì)胞配對,再將它們引導(dǎo)排出體外,從而降低病灶轉(zhuǎn)移的風(fēng)險。
歐·湯普森·梅福德(O.Thompson Mefford)是克萊姆森大學(xué)(Clemson University)的一位納米科技專家。他表示,這一成果很吸引人。他指出,人體是高度氧化的環(huán)境,而鐵的氧化會削弱材料的磁性。瑞士團(tuán)隊給磁粒加上一層碳衣,可以防止銹蝕。
俄羅斯梅季什粘膠化纖科學(xué)研究中心等單位,對血液中白細(xì)胞過濾分離材料進(jìn)行了研究。據(jù)悉,血液中需要過濾除去的白細(xì)胞,直徑在7~15微米,少部分顆粒達(dá)20微米,其余血液成分如紅細(xì)胞、血小板等,直徑2~7微米。因此,血液成分濾材應(yīng)具備下列特征:適宜的濾孔尺寸;必要的滲透力;良好的親水性;濾材表面足夠的陰電荷,它有助于白細(xì)胞經(jīng)由相應(yīng)濾孔被濾除;過濾時介質(zhì)不得粘附在濾材上;濾材對血液中的紅細(xì)胞、血小板等機(jī)械性損傷要少。國際上對血液白細(xì)胞濾材一般使用非織造材料,包括針刺法、水刺法、熱熔法、造紙法、靜電紡等,纖維品種有聚酰胺纖維、聚酯纖維、粘膠纖維等,它們都具有一定的陰電荷。
過濾時,過濾狀態(tài)除了與濾孔尺寸有關(guān),還和濾材的膨松度關(guān)系密切。濾材的表面密度、臨界表面滲透力決定著過濾量, 以及血液里的微粒物質(zhì)是否會附著于濾材上,為了保證血液中的微粒通過相應(yīng)的濾孔,所有纖維的表面應(yīng)有不低于負(fù)10毫伏的電位,達(dá)不到要求的濾材要進(jìn)行專門處理。
俄羅斯的白細(xì)胞濾材,有粘膠纖維細(xì)長絲、加硫酸鹽制的漂白纖維素、造紙法制的非織造材料,可以有效使用;但造紙設(shè)備的改裝費(fèi)用高;在通用生產(chǎn)條件下,生產(chǎn)不同的濾材,工效計算復(fù)雜。俄羅斯也有用水刺法生產(chǎn)的非織造濾材。國際相關(guān)領(lǐng)域知名的Pall公司的白細(xì)胞濾材,纖維按3種不同規(guī)格分層排列:20~33微米,7~15微米,3~5微米。濾孔孔徑逐層減小。俄產(chǎn)濾材只有一種規(guī)格。Pall濾材濾孔總?cè)萘?6.4%,低于技術(shù)要求,而俄產(chǎn)濾材在材料表面密度上高于技術(shù)要求很多,兩者都有值得改進(jìn)之處。
血液白細(xì)胞過濾裝置由三部分過濾件組成,第一部分是聚酯纖維(經(jīng)親水改性)單層非織造材料,主要濾除血液中較大物質(zhì)和血凝塊。第二部分是粘膠纖維和聚酯纖維,水剌法(或針剌法)的非織造濾材,過濾分離白細(xì)胞和血液其他成分,第三部分為精濾,使用聚酰胺超細(xì)纖維,直徑2~3微米,靜電紡制成的非織造材料,因?yàn)殪o電紡的纖維分布非常均勻,制造濾材時濾孔大小的調(diào)整比較容易。
俄羅斯梅季什粘膠化纖科學(xué)研究中心,在分析比較俄產(chǎn)與外國產(chǎn)白細(xì)胞濾材的數(shù)據(jù)后,選出了上述過濾裝置的三部分濾材組合。根據(jù)纖維越細(xì),組成的材料表面積越大,濾孔的總?cè)萘恳苍酱蟮脑?,選用聚酰胺超細(xì)纖維,直徑2~3微米,靜電紡制成精濾白細(xì)胞濾材,濾孔平均孔徑6.0微米,最大孔徑7.2微米, 總的孔隙率92%。在俄產(chǎn)血液過濾裝置上,實(shí)驗(yàn)用蒸餾水經(jīng)過單層聚酰胺纖維靜電紡濾材,過濾量為103~105毫升/分,此濾材多層填進(jìn)過濾件后,過濾量為92~96毫升/分。
該中心與莫斯科國家血液替換和醫(yī)用制劑學(xué)院等單位,按俄羅斯國標(biāo),對血液過濾用的粘膠纖維細(xì)長絲非織造濾材,包括白細(xì)胞濾材、血漿濾材、紅細(xì)胞濾材、血小板濾材等進(jìn)行了醫(yī)用產(chǎn)品的化學(xué)安全性檢測,毒物學(xué)檢測,過濾后血液成分變化檢測。據(jù)悉,該研究課題為俄羅斯-白俄羅斯兩國聯(lián)盟規(guī)劃的科研項(xiàng)目之一。