I ricercatori del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale (MAE) della Herbert Wertheim School of Engineering hanno sviluppato un nuovo tipo di membrana per emodialisi in ossido di grafene (GO), che è un materiale stratificato monoatomico.Si prevede di cambiare completamente il trattamento della dialisi renale pazientemente.Questo avanzamento consente al dializzatore a microchip di essere attaccato alla pelle del paziente.Operando sotto pressione arteriosa, eliminerà la pompa sanguigna e il circuito sanguigno extracorporeo, consentendo una dialisi sicura nel comfort di casa tua.Rispetto alla membrana polimerica esistente, la permeabilità della membrana è superiore di due ordini di grandezza, ha compatibilità con il sangue e non è così facile da scalare come le membrane polimeriche.
Il professor Knox T. Millsaps del MAE e ricercatore capo del progetto sulla membrana Saeed Moghaddam e il suo team hanno sviluppato un nuovo processo che coinvolge l'autoassemblaggio e l'ottimizzazione delle proprietà fisiche e chimiche delle nanopiastrine GO.Questo processo trasforma solo i 3 strati GO in assemblaggi di nanosheet altamente organizzati, ottenendo così permeabilità e selettività ultra elevate.«Sviluppando una membrana significativamente più permeabile della sua controparte biologica, la membrana basale glomerulare (GBM) del rene, abbiamo dimostrato il grande potenziale dei nanomateriali, della nanoingegneria e dell'autoassemblaggio molecolare».Mogda ha detto il dottor Mu.
Lo studio delle prestazioni della membrana in scenari di emodialisi ha prodotto risultati molto incoraggianti.I coefficienti di setacciatura dell'urea e del citocromo-c sono rispettivamente 0,5 e 0,4, che sono sufficienti per la dialisi lenta a lungo termine pur conservando oltre il 99% dell'albumina;studi sull'emolisi, l'attivazione del complemento e la coagulazione hanno dimostrato che sono paragonabili ai materiali delle membrane per dialisi esistenti o migliori rispetto alle prestazioni dei materiali delle membrane per dialisi esistenti.I risultati di questo studio sono stati pubblicati su Advanced Materials Interfaces (5 febbraio 2021) con il titolo "Trilayer Interlinked Graphene Oxide Membrane for Wearable Hemodialyzer".
Il dott. Moghaddam ha dichiarato: "Abbiamo dimostrato un mosaico ordinato di nanopiastrine GO autoassemblato unico, che fa avanzare notevolmente lo sforzo decennale nello sviluppo di membrane a base di grafene".È una piattaforma praticabile che può migliorare la dialisi notturna a basso flusso a casa”.Il Dr. Moghaddam sta attualmente lavorando allo sviluppo di microchip utilizzando nuove membrane GO, che avvicineranno la ricerca alla realtà di fornire dispositivi indossabili per l'emodialisi per i pazienti con malattie renali.
L'editoriale di Nature (marzo 2020) affermava: “L'Organizzazione Mondiale della Sanità stima che circa 1,2 milioni di persone muoiono di insufficienza renale ogni anno in tutto il mondo [e l'incidenza della malattia renale allo stadio terminale (ESRD) è dovuta a diabete e ipertensione]….Dialisi La combinazione dei limiti pratici della tecnologia e della convenienza significa anche che meno della metà delle persone bisognose di cure vi ha accesso”.I dispositivi indossabili opportunamente miniaturizzati sono una soluzione economica per aumentare i tassi di sopravvivenza, soprattutto nella Cina in fase di sviluppo."La nostra membrana è un componente chiave di un sistema indossabile in miniatura, che può riprodurre la funzione di filtrazione del rene, migliorando notevolmente il comfort e la convenienza in tutto il mondo", ha affermato il dott. Moghaddam.
“I grandi progressi nel trattamento dei pazienti con emodialisi e insufficienza renale sono limitati dalla tecnologia delle membrane.La tecnologia delle membrane non ha fatto progressi significativi negli ultimi decenni.Il progresso fondamentale della tecnologia delle membrane richiede il miglioramento della dialisi renale.Un materiale altamente permeabile e selettivo, come la membrana ultrasottile di ossido di grafene qui sviluppata, potrebbe cambiare il paradigma.Membrane permeabili ultrasottili possono realizzare non solo dializzatori miniaturizzati, ma anche veri e propri dispositivi portatili e indossabili, migliorando così la qualità della vita e la prognosi del paziente”.James L. McGrath ha affermato di essere un professore di ingegneria biomedica presso l'Università di Rochester e un co-inventore di una nuova tecnologia a membrana di silicio ultrasottile per varie applicazioni biologiche (Nature, 2007).
Questa ricerca è stata finanziata dal National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB) sotto il National Institutes of Health.Il team del Dr. Moghaddam comprende il Dr. Richard P. Rode, borsista post-dottorato presso l'UF MAE, il Dr. Thomas R. Gaborski (co-ricercatore principale), Daniel Ornt, MD (co-ricercatore principale) e Henry C del Dipartimento di Biomedicina Ingegneria, Rochester Institute of Technology.Il dottor Chung e Hayley N. Miller.
Il Dr. Moghaddam è membro dell'UF Interdisciplinary Microsystems Group e guida il Nanostructured Energy Systems Laboratory (NESLabs), la cui missione è migliorare il livello di conoscenza della nanoingegneria delle strutture porose funzionali e della fisica della trasmissione su micro/nanoscala.Riunisce molteplici discipline dell'ingegneria e della scienza per comprendere meglio la fisica della trasmissione su scala micro/nano e sviluppare strutture e sistemi di nuova generazione con prestazioni ed efficienza più elevate.
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