Śląski Uniwersytet Medyczny współtwórcą amerykańskiego patentu na innowacyjny oksygenator krwi, czyli nowe ECMO

Wynalazek „Blood oxygenator with an organic membrane” stanowi nowoczesne rozwiązanie w zakresie technologii wspomagania oddychania oraz pozaustrojowej wymiany gazowej. Opracowane urządzenie umożliwia efektywną wymianę gazową krwi przy wykorzystaniu organicznej membrany, co może znaleźć zastosowanie m.in. w intensywnej terapii, kardiochirurgii oraz nowoczesnych systemach ECMO. Dotychczasowa metoda terapii jest możliwa do zastosowania tylko w niektórych stanach klinicznych.

- Uzyskanie ochrony patentowej w Stanach Zjednoczonych stanowi istotny krok w procesie umiędzynarodowienia wyników badań naukowych prowadzonych w Śląskim Uniwersytecie Medycznym oraz potwierdza wysoki potencjał wdrożeniowy rozwijanych technologii biomedycznych. Przyznany patent zwiększa możliwości komercjalizacji rozwiązania na rynku międzynarodowym oraz otwiera drogę do dalszej współpracy z partnerami przemysłowymi i medycznymi – mówi współtwórca wynalazku prof. Szymon Skoczyński, kierownik Katedry i Kliniki Chorób Płuc i Gruźlicy Wydziału Nauk Medycznych ŚUM w Zabrzu, specjalista w zakresie chorób układu oddechowego i patofizjologii oddychania.

Wynalazek został zgłoszony w procedurze międzynarodowej PCT pod numerem PCT/IB2021/061015, z zachowaniem pierwszeństwa zgłoszeń dokonanych w Polsce w 2020 roku.

Urządzenie medyczne OXIFlame (Oxygen Increased Flow Advanced Membrane) może rozpocząć nową erę w leczeniu pacjentów z ciężką niewydolnością krążeniowo-oddechową. Twórcy projektu reprezentujący Śląski Uniwersytet Medyczny w Katowicach mają nadzieję, że nadszedł czas na następcę pozaustrojowej membranowej oksygenacji krwi ECMO.

Innowacyjne rozwiązanie OXIFlame zdobyło nagrodę jury w VI Konkursie Start-Up-Med, w kategorii ośrodek medyczny/naukowy. Konkurs był wydarzeniem towarzyszącym IX Kongresowi Wyzwań Zdrowotnych w Katowicach.

Technika pozaustrojowej oksygenacji krwi (ECMO, z ang. extracorporeal membrane oxygenation) polega na utlenowaniu krwi i eliminacji z niej dwutlenku węgla w oksygenatorze, z wykorzystaniem krążenia pozaustrojowego.

Obecne ECMO ma jednak pewne ograniczenia. Przede wszystkim technikę tę stosuje się tylko u chorych, w potencjalnie odwracalnych stanach zagrożenia życia z bardzo ciężką niewydolnością oddechową bądź krążeniową, u których nie udało się uzyskać odpowiedzi na dostępne na oddziałach intensywnej terapii konwencjonalne metody leczenia. ECMO nie leczy serca ani płuc, lecz daje choremu szansę na przeżycie okresu, w którym te narządy są niewydolne. Czyli daje czas lekarzowi na leczenie choroby, która doprowadziła do skrajnej niewydolności krążeniowo-oddechowej.

W wyniku prowadzonych prac powstał OXiFlame - całkowicie nowa koncepcja budowy oksygenatora, która pozwala na funkcjonowanie pracy urządzenia w warunkach utlenowania znacznie bardziej zbliżonych do fizjologicznych, obserwowanych w przyrodzie.

Stworzony projekt urządzenia zbudowany jest z zupełnie innych niż dotąd materiałów. Wykonane od podstaw tworzywa charakteryzują się gładką powierzchnią, zmniejszającą prawdopodobieństwo powstawania skrzeplin. Dodatkowo materiał porowaty jest wypełniany cząstkami antykoagulantu.

Taka innowacja sprawia, że stworzony materiał „żyje”, podobnie jak ściana naczynia krwionośnego i podlega interakcji z przepływającą krwią.

Cząsteczki antykoagulantu, które w czasie funkcjonowania urządzenia są ścinane z jego powierzchni przez przepływającą krew, są zastępowane przez nowe, które dyfundują (wypływają) na powierzchnię z wnętrza materiału chroniąc go przed wykrzepianiem. Zjawisko to, wraz z funkcjonowaniem urządzenia, poprawia przepuszczalność dla gazów, która aktualnie, w obecnie funkcjonującym ECMO pogarsza się wraz z czasem użytkowania.

Dzięki innowacyjnemu podejściu możliwe będzie ograniczenie obserwowanego w obecnie funkcjonującym ECMO stresu oksydacyjnego, który nasila aktywację śródbłonka naczyń, aktywuje układ krzepnięcia oraz przyczynia się do aktywacji leukocytów, ich migracji i uogólnionej reakcji zapalnej. Zjawiska te są odpowiedzialne za aktualnie obserwowane w trakcie terapii ECMO powikłania takie jak: krwawienia lub wykrzepianie. W przypadku zbyt małej podaży antykoagulantu grożą one zatorami tętniczymi, czy udarami mózgu. Innymi częstym powikłaniami stresu oksydacyjnego są: zakażenia, sepsa oraz wstrząs septyczny. Stwarza to konieczność częstej wymiany obecnie funkcjonującego oksygenatora w ECMO (rekomendowane przez producentów to zaledwie 14 dni). Materiał zastosowany w OXiFLAME, dzięki zaproponowanej koncepcji pozwala na uniknięcie tych wad.

Kolejnym etapem inicjatywy podczas pracy nad OXiFLAME było stworzenie całkowicie nowego oksygenatora, działającego na zasadzie fizjologicznego przeciwprądu, zaczerpniętego z prawidłowej budowy histologicznej płuca czy nerki. Pozwala to na znaczące zmniejszenie podaży tlenu do stężeń niższych niż 50 proc. składu mieszanki oddechowej. W efekcie możliwe jest znaczne zredukowanie stresu oksydacyjnego, zredukowanie prawdopodobieństwa wystąpienia powikłań, a przy okazji wydłużenie żywotności urządzenia.

Struktura oksygenetora i zastosowane podwójnego obwodu przepływów przez filtry stworzone z tego samego materiału również pozwalają na usunięcie skrzeplin z systemu bez konieczności wymiany oksygenatora (obecnie jest to problematyczne technicznie i może stwarzać zagrożenie dla pacjenta). Ewentualne mikroskrzepliny nie znajdą się w głównym nurcie krwi, ponieważ ruch wirowy, pozwala na ich skuteczne przemieszczenie.

OXiFlame został po raz pierwszy zaprezentowany na konferencji ELSO-ECMO w Bostonie w 2022 r., gdzie został uznany za najbardziej interesujące doniesienia zjazdowe. Rozwiązanie jest chronione licznymi patentami polskimi.

- Do szybkiego wdrożenia i przetestowania w warunkach laboratoryjnych i klinicznych konieczna jest współpraca z przemysłem biomedycznym, na którą jesteśmy otwarci - wyjaśnia prof. Skoczyński.

Dodaje on, że dzięki wsparciu finansowemu można przyspieszyć prace badawczo-rozwojowe, zwiększyć skalę produkcji oraz rozpocząć testy kliniczne, co przyczyni się do szybszego wprowadzenia OXIFlame na rynek i zapewnienia pacjentom dostępu do nowoczesnej i skutecznej terapii.

- Technologia została opracowana przez interdyscyplinarny zespół naukowców i ekspertów reprezentujących trzy śląskie uczelnie. Wśród twórców wynalazku znaleźli się m.in.: Andrzej Świnarew, Hubert Oksa, Jadwiga Gabor, Mateusz Przybyła, Ewa Trejnowska, Szymon Skoczyński, Grzegorz Brożek, Agnieszka Skoczyńska, Piotr Knapik, Michał Zembala, Tomasz Darocha, Karol Mendrala, Katarzyna Mizia-Stec oraz Arkadiusz Stanula – wyjaśnia Wojciech Borówka, Broker Technologii ŚUM, odpowiedzialny za komercjalizację i transfer technologii OXIFlame.

Źródło: Śląski Uniwersytet Medyczny