人工腎臓編集
血液透析とは、血液中のクレアチニンや尿素などの老廃物を除去する方法です。 血液透析は、腎臓の機能が低下したときに、血液中のクレアチニンや尿素などの老廃物、および遊離水を除去する方法です。 患者さんの血液を浄化するための機械装置はダイアライザーと呼ばれ、人工腎臓としても知られています。 最近のダイアライザーは、独自に開発したポリマーやコポリマーから鋳造または押出された中空糸を円筒形の硬いケーシングで囲んだ構造になっている。 中空糸の面積は通常1～2平方メートルである。
植込み型人工腎臓
植込み型人工腎臓は、バンダービルト大学メディカルセンターの腎臓専門医William H. Fissell IV, MDとカリフォルニア大学サンフランシスコ校のShuvo Roy教授が共同で開発している第2のプロジェクトです。 フィッセル氏らは、10年以上前から移植可能な人工腎臓の研究に取り組んできましたが、最近、2015年11月に600万ドルの助成金を受け、さらに研究開発を続けています。 このプロジェクトの目標は、患者が透析治療を必要としないように十分な老廃物を除去することで、健康な腎臓の機能を真似ることができるバイオハイブリッドデバイスを作ることです。 このデバイスの成功の鍵は、シリコンナノテクノロジーと、多孔質で天然のフィルターとして機能するマイクロチップの使用にあります。 フィセルと彼のチームは、（フィルターの）各孔が特定の機能やタスクを果たすように設計しました。 また、このマイクロチップは、腎臓の自然な機能を模倣することを目的として、生きた腎臓細胞がフィルターの上や周りに住み着き、成長するためのプラットフォームとしても機能します。 このバイオハイブリッドデバイスは、体の免疫反応の影響を受けないため、患者の体に拒絶されることなく保護されます。 また、このデバイスは、患者の体内に収まるように小型化され、患者の自然な血流に合わせて動作するように設計されます。
ウェアラブル人工腎臓
ウェアラブル人工腎臓とは、末期の腎臓病患者が毎日、あるいは継続的に使用することができるウェアラブルな透析装置である。 ウェアラブル人工腎臓（WAK）はまだ発売されていませんが、研究チームはそのような装置の開発を進めています。 目標は、通常の腎臓の機能を模倣したポータブルデバイスを開発することです。 この装置があれば、患者は1日24時間治療を受けることができます。 小型のポンプが開発されたことで、効果的なウェアラブル血液透析装置への期待が現実のものとなりました。 すでに一部の患者さんは、歩行可能な連続腹膜透析を受けています。 しかし、腹膜透析は、大量の透析液を保存・廃棄しなければならないため、一部の透析患者にしか普及していません。 健康な人の腎臓は1日24時間、1週間168時間血液をろ過しているのに対し、末期腎不全の人の透析治療計画は1週間に約12時間となっています。 この治療は、末期腎不全患者の生活の質を低下させるだけでなく、死亡率も高くします。 そのため、ESRD患者が通常の生活を維持しながら継続的に透析を受けることができる24時間体制の装置が必要とされています。 FDAは、Blood Purification Technologies Inc.が設計したウェアラブル人工腎臓の米国における最初のヒト臨床試験を承認しました。 WAKのプロトタイプは、9ボルトの電池で駆動する10ポンドの装置で、カテーテルを介して患者に接続され、使用する透析液は500mL以下となるはずです。 WAKは、9ボルトの電池で作動する10ポンドの装置で、カテーテルを介して患者に接続され、500mL以下の透析液を使用するように設計されています。
ウェアラブル人工腎臓の実験
ウェアラブル人工腎臓（WAK）は、腎不全患者のために長年にわたって改良が続けられてきました。 WAKを使いこなすために、いくつかの実験が行われました。 これらのWAKの実験では、同じような目標が達成されようとしています。
ある実験では、8人の被験者がWAKを4〜8時間装着しました。 WAKを装着することで、いくつかの結果が得られました。 例えば、WAKの水分除去が限外濾過ポンプによって正しく制御されていることが実験の成果の一つです。 もう一つの結果は、WAKに接続された針が外れてしまったことです。 この時、WAKはそれを認識し、血液の送り出しを停止したのである。 血液が止まると、大量の血液を失うことなく針を刺し直すことができた。 他の研究が進むにつれ、限外濾過ポンプの使用がWAKに最適なポンプではないという意見が出てきました。 例えば、今回の実験で使用した限外ろ過ポンプに必要なセンサーがなくても、蠕動（ぜんどう）ポンプを使用すれば、血液の流量を知ることができるという研究結果が出ています。
WAKに関する多くの研究を行った結果、いくつかの疑問が解決されました。 例えば、WAKは9ボルトのバッテリーで機能するため、コンセントがなくても動作することがわかりました。 しかし、研究者の間では、9ボルトの電池を使うことはWAKにとって十分な効果がないという意見があります。なぜなら、WAKは十分な時間電力を供給できず、間接的に、常に電池を交換しなければならず、WAKの価格が低くなってしまうからです。 そのため、他のエネルギー源を検討しています。例えば、燃料電池、アクティブなソースからのエネルギーのワイヤレス伝送、環境からのエネルギーの採取などが、WAKを長時間駆動するためのより良い方法ではないかと考えています。 WAKに関するいくつかの疑問は解決されましたが、まだ多くの研究課題が残されています。
植込み型腎補助装置（IRAD）
現在、バイオエンジニアリングされた腎臓は存在しません。
しかし、血液をろ過し、毒素を排泄し、水分と塩分を再吸収する腎臓の機能を模倣した膜を製造することができれば、着用可能または移植可能な人工腎臓が可能になります。
クリーブランド・クリニックのラーナー研究所にあるバイオMEMS研究所と腎ナノテクノロジー研究所では、末期腎不全のための埋め込み型または着用型の治療法を開発するために、膜技術の発展に力を注いできました。 現在の透析カートリッジは大きすぎて、血液を循環させるために超生理的な圧力を必要とします。また、現在のポリマー膜の細孔はサイズ分布が広すぎて、不規則な特徴を持っています。 孔径分布の狭いシリコンナノポーラス膜を製造することで、ろ過された分子と保持された分子を識別する能力が向上します。 また、平均細孔径を膜の望ましいカットオフに近づけることで、透水性も向上する。
研究では、移植に適さない臓器から採取したヒトの腎臓細胞を、この膜の上で培養しました。 培養された細胞は膜を覆い、大人の腎臓細胞の特徴を残しているようです。
UCSFが中心となって進めている、透析患者のための埋め込み型人工腎臓の開発プロジェクトが、米国食品医薬品局（FDA）において、よりタイムリーで協力的な審査を受ける最初のプロジェクトの1つに選ばれました。
FDAは2012年4月9日、「Innovation Pathway 2.0」と呼ばれる規制承認プログラムのパイロットとして、3つの腎臓デバイスプロジェクトを選んだと発表しました。
FDAは2012年4月9日、画期的な医療機器技術をより早く、より効率的に患者に届けることを目的とした「Innovation Pathway 2.0」と呼ばれる薬事承認プログラムを試験的に実施する3つの腎疾患プロジェクトを発表しました。
FDAの取り組みは、開発プロセスの初期段階で連邦政府機関と機器開発者が緊密に連絡を取り合い、科学的・規制的なハードルとなりうるものを特定して対処し、プロジェクト承認のためのロードマップを作成することです。 その目的は、FDAの審査にかかる時間とコストを削減し、安全性を維持しながら、プロジェクトの全体的な成功確率を高めることにあります。
腎臓プロジェクトは、埋め込み型の独立したバイオ人工腎臓の開発と試験に焦点を当てた国家的な研究イニシアチブです。
腎臓プロジェクトは、移植された独立型のバイオアーティフィシャル・キドニー（人工腎臓）の開発とテストに焦点を当てた国家的な研究イニシアチブです。