Uma equipe colaborativa desenvolveu um novo tipo de filtro para máquinas de diálise renal que pode limpar o sangue com mais eficiência e melhorar o atendimento ao paciente. Piran Kidambi, professor assistente de engenharia química e biomolecular, liderou a equipe, que incluía William Fissell, professor associado de nefrologia e hipertensão no Centro Médico da Universidade Vanderbilt, Shuvo Roy, professor de bioengenharia na Universidade da Califórnia, São Francisco, e Francesco Fornasiero, cientista da equipe de biociências e biotecnologia do Laboratório Nacional Lawrence Livermore.



A doença renal crónica, uma condição em que os danos renais resultam numa má filtração do sangue, afecta aproximadamente 697,5 milhões de pessoas – ou 9% da população global. O tratamento inclui hemofiltração, hemodiálise ou transplante renal. A hemofiltração e a hemodiálise apoiam os rins, filtrando toxinas e resíduos do sangue.

O novo filtro usa nanotubos de carbono – pequenos tubos formados por uma folha de átomos de carbono ligados em uma estrutura de malha hexagonal em favo de mel – que possuem canais muito pequenos e suaves. Esses canais facilitam a remoção de toxinas e resíduos do sangue, sem deixar escapar proteínas importantes, o que pode ser um problema com os filtros tradicionais.

No artigo "Hemofiltração de alto desempenho via peneiramento molecular e fricção ultrabaixa em membranas capilares de nanotubos de carbono", publicado na revista Advanced Functional Materials em 27 de agosto, Kidambi e seus coautores demonstram que suas membranas de diálise compostas de nanotubos de carbono e polímeros criam um novo paradigma para a diálise.

“Nossas membranas superam as membranas de diálise de última geração em mais de uma ordem de grandeza, ao mesmo tempo que permitem uma melhor remoção de moléculas intermediárias que podem causar toxicidade e outras complicações de saúde”, disse Kidambi. "Mostramos que o controle preciso dos diâmetros dos nanotubos de carbono não só permitiu a remoção aprimorada e eficaz das moléculas intermediárias, mas a geometria reta do canal, bem como as paredes escorregadias dos nanotubos, permitiram um fluxo significativamente melhorado."

O trabalho também rendeu insights fundamentais sobre como as biomoléculas são transportadas em constrições em nanoescala. Como um polvo que pode se contorcer para caber nos menores espaços e depois se expandir, Kidami e seus coautores descobriram que as biomoléculas se espremem na entrada do nanotubo na membrana, viajam através dele e se expandem novamente do outro lado. Esse conhecimento pode ajudar pesquisadores e engenheiros a projetar membranas para separações biológicas além da diálise.

O uso de membranas melhores na diálise é benéfico para o atendimento ao paciente. Kidambi e seus colegas planejam avaliar a viabilidade operacional a longo prazo, a compatibilidade sanguínea e outras questões sobre o filtro para desenvolvê-lo para atendimento ao paciente. Eles pretendem promover esta tecnologia com os avanços que o laboratório Kidambi fez no grafeno.

“Nosso objetivo é permitir kits menores para diálise para que possam ir aos pacientes, em vez de eles irem ao hospital e ficarem presos a uma máquina de diálise três vezes por semana durante quatro horas”, disse Peifu Cheng, pesquisador associado de pós-doutorado no Laboratório Kidambi e primeiro autor do artigo. "Isso representaria uma enorme melhoria na qualidade de vida do paciente. Nosso objetivo a longo prazo é avançar em direção a dispositivos implantáveis".

Mais informações: Peifu Cheng et al, Hemofiltração de alto desempenho via peneiramento molecular e fricção ultrabaixa em membranas capilares de nanotubos de carbono, Materiais Funcionais Avançados (2023). DOI:10.1002/adfm.202304672
Informações do diário: Materiais Funcionais Avançados

Fornecido pela Universidade Vanderbilt