Pesquisadores do Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial (MAE) da Escola de Engenharia Herbert Wertheim desenvolveram um novo tipo de membrana para hemodiálise feita de óxido de grafeno (GO), que é um material monoatômico em camadas.Espera-se que mude completamente o tratamento da diálise renal pacientemente.Esse avanço permite que o dialisador com microchip seja conectado à pele do paciente.Operando sob pressão arterial, eliminará a bomba de sangue e o circuito de sangue extracorpóreo, permitindo uma diálise segura no conforto da sua casa.Em comparação com a membrana de polímero existente, a permeabilidade da membrana é duas ordens de grandeza maior, tem compatibilidade sanguínea e não é tão fácil de dimensionar quanto as membranas de polímero.
O professor Knox T. Millsaps do MAE e pesquisador principal do projeto de membrana Saeed Moghaddam e sua equipe desenvolveram um novo processo envolvendo automontagem e otimização das propriedades físicas e químicas das nanoplaquetas GO.Este processo apenas transforma as camadas 3 GO em montagens de nanofolhas altamente organizadas, alcançando assim permeabilidade e seletividade ultra-altas.“Ao desenvolver uma membrana que é significativamente mais permeável do que sua contraparte biológica, a membrana basal glomerular (GBM) do rim, demonstramos o grande potencial de nanomateriais, nanoengenharia e automontagem molecular”.Mogda Dr. Mu disse.
O estudo do desempenho da membrana em cenários de hemodiálise tem produzido resultados muito animadores.Os coeficientes de peneiramento da uréia e do citocromo-c são 0,5 e 0,4, respectivamente, suficientes para diálise lenta de longa duração, retendo mais de 99% de albumina;estudos sobre hemólise, ativação do complemento e coagulação mostraram que eles são comparáveis ​​aos materiais de membrana de diálise existentes ou melhor do que o desempenho dos materiais de membrana de diálise existentes.Os resultados deste estudo foram publicados na Advanced Materials Interfaces (5 de fevereiro de 2021) sob o título “Trilayer Interlinked Graphene Oxide Membrane for Wearable Hemodialyzer”.
O Dr. Moghaddam disse: “Demonstramos um mosaico ordenado de nanoplaquetas GO auto-montado exclusivo, que avança muito o esforço de dez anos no desenvolvimento de membranas baseadas em grafeno”.É uma plataforma viável que pode melhorar a diálise noturna de baixo fluxo em casa”.O Dr. Moghaddam está atualmente trabalhando no desenvolvimento de microchips usando novas membranas GO, que aproximarão a pesquisa da realidade do fornecimento de dispositivos portáteis de hemodiálise para pacientes com doenças renais.
O editorial da Nature (março de 2020) declarou: “A Organização Mundial da Saúde estima que aproximadamente 1,2 milhão de pessoas morrem de insuficiência renal a cada ano em todo o mundo [e a incidência de doença renal terminal (ESRD) é devida a diabetes e hipertensão]….Diálise A combinação de limitações práticas de tecnologia e acessibilidade também significa que menos da metade das pessoas que precisam de tratamento têm acesso a ele.”Dispositivos vestíveis adequadamente miniaturizados são uma solução econômica para aumentar as taxas de sobrevivência, especialmente na China em desenvolvimento.“Nossa membrana é um componente chave de um sistema portátil em miniatura, que pode reproduzir a função de filtração do rim, melhorando consideravelmente o conforto e a acessibilidade em todo o mundo”, disse o Dr. Moghaddam.
“Grandes avanços no tratamento de pacientes com hemodiálise e insuficiência renal são limitados pela tecnologia de membrana.A tecnologia de membrana não fez progressos significativos nas últimas décadas.O avanço fundamental da tecnologia de membrana requer a melhoria da diálise renal.Materiais altamente permeáveis ​​e seletivos, como a membrana ultrafina de óxido de grafeno aqui desenvolvida, podem mudar o paradigma.Membranas permeáveis ​​ultrafinas podem não apenas realizar dialisadores miniaturizados, mas também dispositivos reais portáteis e vestíveis, melhorando assim a qualidade de vida e o prognóstico do paciente”.James L. McGrath disse que é professor de engenharia biomédica na Universidade de Rochester e co-inventor de uma nova tecnologia de membrana de silício ultrafina para várias aplicações biológicas (Nature, 2007).
Esta pesquisa foi financiada pelo Instituto Nacional de Imagem Biomédica e Bioengenharia (NIBIB) no âmbito do National Institutes of Health.A equipe do Dr. Moghaddam inclui o Dr. Richard P. Rode, pós-doutorado na UF MAE, Dr. Thomas R. Gaborski (co-investigador principal), Daniel Ornt, MD (co-investigador principal) e Henry C do Departamento de Biomedicina Engenharia, Instituto de Tecnologia de Rochester.Dr. Chung e Hayley N. Miller.
Dr. Moghaddam é membro do UF Interdisciplinary Microsystems Group e lidera o Nanostructured Energy Systems Laboratory (NESLabs), cuja missão é melhorar o nível de conhecimento da nanoengenharia de estruturas porosas funcionais e física de transmissão em micro/nanoescala.Ele reúne várias disciplinas de engenharia e ciência para entender melhor a física da transmissão em micro/nanoescala e desenvolver estruturas e sistemas de próxima geração com maior desempenho e eficiência.
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