每周，全天下有200万人要静坐数小时，把自己连接到一台呼呼作响、指示灯忽闪、用于洗濯血液的透析机。他们也有其他选择：肾脏移植，或是去世亡。
在美国，血液透析是一门400亿美元的买卖，46.8万名终末期肾病患者要依赖它活命。
透析治疗远非完美，但这并没有阻碍该行业的增长。这得益于美国联邦政府逼迫实行的一项医疗保险福利，它担保了所有须要透析的美国人——不管他们年事或财务状况如何——都能得到透析，而且可以通过医保报销。
自从45年前透析被纳入医保以来，它无疑拯救了成千上万人的生命。不过，这种治疗方法在历史上享有的分外报酬也阻碍了创新。
如今，比较起帮助肾病研究、以改进治疗效果并创造新疗法，美国政府对私营透析公司的投入大约是前者的50倍。在这样的资金分配背景下，科学家进展缓慢，难于拿出比透析机更好的办理方案。我们只能看到摆满这些机器的私营公司为大量病情严重的患者供应着死活攸关的做事。
现在，经由20多年的努力，一支由年夜夫和研究职员组成的团队用不了多久，就可以向患者供应一种可植入式人工肾脏。
这是一款仿生设备，它利用了与制造条记本电脑芯片和智好手机芯片相同的技能。
科学家把精心设计的硅纳米孔过滤器堆叠起来，然后把它们跟成长在生物反应器里的活肾细胞组合在一起，将其封装在一个对人体友好的盒子当中，并连接到患者的循环系统和膀胱，不须要体外插管。
这种人工肾脏不仅能使患者阔别折磨人的透析治疗——同普通人比较，接管透析的患者更随意马虎涌现身体疲倦、慢性疼痛以及烦闷症——它还能办理可移植器官严重短缺的问题。（只管近些年的器官捐赠有所增加。）就去年而言，每有1个人接管了肾脏移植，等待名单上对应就有5个人没那么幸运，4,000人不幸去世。
前方仍旧存在着不少监管障碍——人体试验定于明年初开始——但这种生物人工肾脏已经给那些渴望摆脱透析机的患者带去了希望。
被阻碍的创新肾脏可以说是身体的记账员，它卖力对体内好的和坏的东西进行分类，这个过程对付坚持身体化学物质平衡来说至关主要。
但有时，肾脏会涌现故障。
糖尿病、高血压以及某些形式的癌症都会引起肾脏损伤，从而毁坏这种器官的正常运转。这便是为什么年夜夫长期以来一贯在探求各种方法，试图在体外模拟肾脏的功能。
这方面的第一次成功考试测验涌如今二战期间。
1940年春天，一位名叫威廉·科尔夫（Willem Kolff）的荷兰年夜夫从任职的大学逃到了一所乡下医院，等待纳粹结束对荷兰的盘踞。在那里，他用大约45米的肠衣、旋转的木桶和盐水浴制造了一台笨重的装置，用于治疗那些因肾衰竭而生命垂危的患者。
半渗透性的肠衣可以过滤掉小分子的肾脏有毒废物，同时让较大的血细胞和其他分子保持无缺。科尔夫的装置可以抽取患者的血液，让它们通过浸在盐水中的肠衣，过滤掉有毒杂质之后，再输回患者体内。
在某些方面，透析技能自1943年以来已经进步了很多。（比如肠衣已经被淘汰，代之以批量生产的纤维素管。）不过，在70多年的韶光里，它的基本功能没有发生变革。
这并非由于没有太多的东西须要改进。与真正的肾脏比较，设计和制造上的毛病使得透析在对身体“去芜存菁”时，显得非常低效。而且，对付肾脏的其他生物功能，它根本无法复制。然而，任何对该技能进行大幅改进（或者代替它）的努力都被45年前做出的一项未能预见经济影响的政治承诺给阻碍了。
上世纪60年代，当透析技能开始在治疗慢性肾功能衰竭的年夜夫中开始盛行时，大多数患者都无力承受其高达3万美元的价格，而且透析用度也不在医保的报销范围之内。这导致治疗时涌现了定量配给的局势，美国人以为，这就像是一个“去世亡判刑委员会”。
1972年，美国总统理查德·尼克松（Richard Nixon）签署了一份行政令，哀求政府为所有须要透析治疗的人埋单。当时人们以为，如果未能供应这种救命方法，其道德本钱要大于供应这种方法所带来的财政损耗。
然而，政府部门的司帐师们未能预见到美国即将涌现的肥胖大盛行以及随之而来的各种康健问题，他们大大低估了国家未来的需求。
在之后的数十年里，须要做透析的患者人数增长了50倍。目前，美国联邦政府每年用于治疗肾病的开支将近310亿美元，与国立卫生研究院（简称NIH）整年的预算资金相称。NIH今年拿出了5.74亿美元用于肾病研究，以期改进疗效、创造新的治疗方法。相对付美国每年在治疗肾病上的花销，这笔经费只相称于它的1.7%。
不过，舒沃·罗伊（Shuvo Roy）在上世纪90年代末时还对此一无所知，当时，这位来自加州大学旧金山分校药学院的教授正在研究如何把自己的电气工程学知识用于研发医疗东西。
这位刚刚毕业的博士在克利夫兰医学中央找到了一份新事情，他希望找到一些有趣的问题，然后去办理。心脏病学和神经外科看起来便是这样一个令人愉快且资金充裕的领域。于是，他开始从事心脏超声检讨的研究。直到有一天，在事情了几个月后，凯斯西储大学一位名叫威廉·费塞尔（William Fissell）的内科年夜夫找到了罗伊，并问他，“你有没有想过研究肾脏？”
罗伊没有想过。
但费塞尔见告他，肾脏领域的研究陷入了结束，而另一方面，对透析进行技能改革的条件已经成熟。
这些事情听得越多，罗伊就变得越感兴趣。随着他开始熟习透析机及其背后的工程事理，罗伊开始意识到透析技能的局限性以及创新的潜力。
孔径问题便是局限之一。
透析可以非常好地把废物从血液中清理出去，但它也会滤掉那些有用的东西：盐、糖分和氨基酸。这要归咎于聚合物的制造工艺：我们无法复制肾脏天然过滤器“肾元”7纳米的精度。
制造透析膜的过程中，有一道名为“挤制”的程序，它会导致孔径大小不一——大多数都在7纳米旁边，但有些会大得多，有些则会小得多。这意味着，一些有害物质（比如尿素和过量的盐）可能成为漏网之鱼，而一些有益物质（比如必不可少的血糖和氨基酸）则会被过滤掉。
7纳米恰好也是白蛋白的尺寸，这是一种防止血液从血管中渗出、给身体组织供应营养以及在体内传输激素、维生素、药物和其他物质（比如钙）的主要蛋白质。如果血液中流失落了太多的白蛋白，情形就不妙了。此外，对付肾脏的其他天然功能，比如分泌调度血压的激素，透析根本做不到，只有活的细胞才可以。
“我们原来评论辩论的是如何制作一种更好的‘创可贴’。”罗伊说。
但当他和费塞尔理解到活体组织工程技能取得的进步之后，他们的想法开始不再局限于一种更好、更小和更快的过滤器。
“我们当时就想，如果人们可以在老鼠的背上培殖耳朵，为什么我们不能培殖肾脏呢？”
事实证明，有人已经考试测验过了，从某种意义上说算是吧。
颠覆传统早在1997年，当费塞尔和罗伊在凯斯西储大学接管培训时，密歇根大学肾病学家大卫·休姆斯（David Humes）就已在研究如何分离一种见于肾元后真个特定类型肾细胞。休姆斯找到了一种方法，可以从不适宜移植的去世尸肾脏中提取它们，并在实验室中进行培殖。然后，他把那些细胞涂覆在布满中空纤维膜的导管内侧，这些导管类似于当代透析机所利用的筒式滤芯。这样，他就发明了一种可以依赖持续血流在人体之外存活的人工肾脏，而它所能做的不仅仅限于过滤。
试验结果非常鼓舞民气。
在密歇根大学医院进行的临床试验中，它让重症监护室中急性肾功能衰竭患者的去世亡率降落了50%。只不过还有一个问题：要让这个人工肾脏发挥浸染，患者必须一贯连接在占到病房一半空间、由导管和泵组成的装置上。
当罗伊第一次看到休姆斯发明的装置，他急速看出了它的潜力——和局限性。他相信，这项技能能够行得通。只不过对付实际利用的人来说，它太过笨重了。
这个生物人工肾脏是一款紧凑的独立设备，可通过手术植入患者体内，用于治疗终末期肾病。它具备天然肾脏绝大多数的生物功能。
2000年，费塞尔加入休姆斯的团队，开始在密歇根大学从事肾脏学研究。罗伊则留在克利夫兰医学中央，连续研发心脏病领域的医疗东西。
但之后的三年中，险些每个周四的下午，费塞尔都会驱车三个小时来到罗伊的实验室，全体周末都泡在那里，只为办理21世纪一道范例的工程难题：小型化。
他们那时候没有资金，也没有人手。
不过，他们遇上了一个好机遇：硅制造技能的进步。
正是这种进步让各种电子产品的屏幕和电池组不断缩小。
“硅是地球上最完美的人人为料。”罗伊在加州大学旧金山分校真空封闭无尘室的入口处说道，他部下的研究生便是在这里制造过滤器的。如果他们想得到7纳米宽的狭缝，他们每次都能在硅上做出来，偏差率不到1%。
硅质过滤器还有另一个优点。
由于罗伊和费塞尔想打造的是一种小型植入式装置，他们须要确保患者不会产生免疫反应（类似于移植排斥反应）。堆叠起来的硅质过滤器可以充当屏风，把身体的免疫细胞隔离在休姆斯培殖的肾细胞之外，而后者会被嵌入另一侧的微型支架中。唯一能通过它们的只有盐和废水，这些东西会被肾细胞进一步浓缩为尿液，然后导向膀胱。
到2007年时，这三位研究职员已经取得了足够大的进展，他们提出申请，成功从NIH得到了三年300万美元的科研经费。凭借这笔资金，他们在一个动物模型中，对植入式生物人工肾脏的观点进行了验证。
与此同时，他们开始申请第二阶段的经费，这次的金额是1,500万美元，足以让他们完成人体临床试验。
罗伊在实验室
罗伊搬到西部，加入了加州大学旧金山分校，以便跟湾区的半导系统编制造行业保持更近的间隔。费塞尔在克利夫兰医学中央又为这个项目事情了几年，之后他去了范德堡大学。休姆斯则一贯留在密歇根大学，连续研究他的那些细胞。然而，他们的申请没有通过。在缺少经费的情形下，研究事情开始陷入结束。
不过那个时候，他们的肾脏研究项目已经引起了一些人的关注。
来自天下各地的患者都希望它能成功。
随后几年间，这些人开始捐款，一些人寄来5美元的钞票，也有人签出了100万美元的支票。纽约州有一个6岁的小女孩，她的哥哥须要接管透析治疗，在征得母亲赞许后，她在路边摆了一个摊子卖蔬菜，把收入都捐了出来。
大学院校也供应了支持，科学家开始取得更多的进展。
他们利用3D打印对新的原型产品进行了测试，并利用液压流体的打算机模型，对所有部件的组装办法进行了优化。他们开始同医学院的外科年夜夫互助，以找出装置的最佳植入步骤。2015年，NIH再次对这个项目产生了兴趣，未来四年中计划投入600万美元。接着，美国食品药品管理局（FDA）也产生了兴趣。
当年秋日，FDA把这个肾脏研究项目纳入了一项新的加速审批操持，该操持旨在让患者更快地享受到医学创新成果。
罗伊和费塞尔连续对设备进行改进，而休姆斯的实验室每周都会寄来低温冷冻的细胞，为他们的研究供应帮助。与此同时，FDA的官员辅导他们完成了为期两年的临床前测试——大部分测试是在猪身上进行的，结果显示良好。4月，FDA把自家的20位科学家派到加州，为他们的下一步辇儿为供应建议，也便是人体试验阶段。
他们操持从小部分人做起，大概最多招募10位患者参与人体试验，在此过程中，对硅质过滤器材料的安全性进行测试。
血液凝集是最大的担忧，以是他们会通过手术把过滤器植入受试者腹部，为期一个月，以确保不会涌现这种征象。
如果人体试验进展顺利，他们将开展后续研究，确保装置能够以设计好的办法过滤血液。
只有在这统统都完成后，他们才会把过滤器和装置的生物反应器部分（也便是休姆斯培殖的肾细胞）组合起来，进而对人工肾脏的完全功能进行测试。
科学家估量，他们将在2020年通过监管机构的审批，进入临床试验的末了阶段。这听上去或许很快，但他们有一个步骤已经提早完成，即招募患者。已有近9,000人加入了该项目的申请人名单，他们都在等待临床试验获批后被项目选中。
这些患者之以是乐意承受风险，去考试测验“第三种选择”，是由于一方面，肾移植手术对大多数人来说太过昂贵也太难得到机会，另一方面，透析又太过折磨人。
美国国家肾脏基金会首席医疗官、肾脏科年夜夫约瑟夫·瓦萨洛蒂（John Vassalotti）指出，“患者拥有的选择越多越好”，只管他本人对这款设备能否在未来几年内成为现实持疑惑态度。
植入式人工肾脏将能大幅提高患者的生活质量，而且在治疗办法多年未变的情形下，它将成为人们期待已久的创新。
“二战期间，我们曾经认为透析是无法实现的。”瓦萨洛蒂说，“现在，有50万美国人正在接管透析治疗。短短数十年所能取得的进步是惊人的。”
翻译：何无鱼
来源：WIRED
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