Naar de content

De ontwikkeling van de draagbare kunstnier

Van kleiner en flexibeler naar echt draagbaar

Nierstichting

Aan het dialyseapparaat is de afgelopen vijftig jaar in essentie weinig veranderd. Vreemd, want op het gebied van technologie is er toch een hoop vooruitgang geboekt. Nierpatiënten hebben daar niet optimaal van mee kunnen profiteren, terwijl de huidige dialysebehandeling verre van ideaal is. De Nierstichting nam het heft in eigen hand en werkt samen met universiteiten en bedrijven aan een draagbare kunstnier.

1 september 2017

Bij gezonde mensen zorgen de nieren voor zuivering van allerlei afvalstoffen uit het bloed. Als de nieren niet meer goed werken, neemt de zuivering af en is een patiënt zichzelf langzaam aan het vergiftigen. Dialyse is een nierfunctievervangende therapie, die noodzakelijk is om patiënten in leven te houden.

Bij dialyse worden vocht, zouten, zuren en afvalstoffen uitgewisseld tussen het bloed en een spoelvloeistof. Die uitwisseling vindt plaats langs een semipermeabel membraan. Dat membraan kan zich buiten het lichaam in een machine bevinden (hemodialyse) of het eigen buikvlies kan dienst doen als membraan (peritoneaaldialyse).

Peritoneaaldialyse is een mooie oplossing, maar werkt vaak tijdelijk. Om de verwijdering van water en zout op gang te houden, worden in spoelvloeistoffen vaak veel suikers (glucose) gebruikt. Deze suikers tasten het buikvlies aan waardoor het na verloop van tijd niet meer geschikt is voor dialyse en patiënten alsnog zijn aangewezen op dialyse via een machine.

Dialyse via het buikvlies is in veel opzichten makkelijker dan dialyse met behulp van een machine. Helaas is dialyse via het buikvlies vaak maar tijdelijk mogelijk.

 Wikimedia Commons, Baxter Czech via CC BY-SA 3.0

Onnatuurlijke situatie

Aan het huidige dialyseapparaat kleven een aantal nadelen. Het is groot, zwaar en verbruikt een hoop water (ongeveer 100 tot 120 liter per cyclus). Thuis dialyseren is dan ook niet makkelijk. Patiënten hebben er een aparte kamer voor nodig en die moet voldoen aan allerlei eisen. Zo moet er een aparte elektriciteitsaansluiting aanwezig zijn voor het dialyseapparaat en een waterzuiveringsinstallatie.

De meeste patiënten kiezen voor dialyse in een dialysecentrum. Zij laten daar drie keer per week, gemiddeld vier uur lang, hun bloed zuiveren. In die twaalf uur probeert de kunstnier na te bootsen waar gezonde nieren de hele week door continu aan kunnen werken. Een erg onnatuurlijke situatie. Het is dan ook geen uitzondering dat patiënten zich na dialyse tijdelijk beroerder voelen dan daarvoor.

Een kamer vol medische apparatuur in een ziekenhuis.

Patiënten verblijven gemiddeld ongeveer twaalf uur per week in een dialysecentrum. Terwijl gezonde nieren continu aan het werk zijn om afvalstoffen te verwijderen. De huidige dialyse is dus eigenlijk een onderbehandeling.

 Wikimedia Commons, Senado Federal via CC BY 2.0

Prototype

Vaker en langer dialyseren kan ervoor zorgen dat de bloedzuivering gelijkmatiger verloopt. De Nierstichting ontwikkelt op dit moment een kleiner dialyseapparaat, dat thuis dialyseren voor patiënten makkelijker moet maken. Programmamanager Jasper Boomker is nauw betrokken bij de ontwikkeling van deze ‘draagbare kunstnier’.

“Het idee van een klein dialyseapparaat is afkomstig van de technologie die NASA ontwikkelde om tijdens ruimtereizen urine te kunnen zuiveren”, vertelt hij. “Deze technologie is al eens gebruikt voor dialyse, maar functioneerde toen niet optimaal waardoor patiënten bijwerkingen kregen, zoals misselijkheid. Ongeveer tien jaar geleden besloten we om dit idee nieuw leven in te blazen.”

In 2014 zijn bedrijven in Singapore en Zwitserland begonnen met de bouw van een eerste versie. Boomker: “In 2018 moet het prototype klaar zijn en een jaar later staan de eerste klinische tests op het programma. Het prototype wordt een apparaat van ongeveer tien kilogram dat je op je nachtkastje kunt zetten. Er is nog maar vijf tot zeven liter spoelvloeistof nodig dat steriel wordt aangeleverd in zakken. In theorie kun je het apparaat in een koffer meenemen en de spoelvloeistof laten bezorgen op de plek waar je bent. Het geeft patiënten dus veel meer vrijheid.”

Grote uitdaging

De belangrijkste innovatie die noodzakelijk was om het dialyseapparaat te verkleinen, was het verminderen van spoelvloeistof. Dat gaat niet zomaar. De spoelvloeistof is immers nodig om afvalstoffen uit het bloed te kunnen verwijderen. Binnen verschillende onderzoeksprojecten is daarom gezocht naar een nieuwe manier om afvalstoffen te kunnen binden.

Ureum was daarbij een grote uitdaging. Karin Gerritsen, nefroloog aan het UMC Utrecht, werkte de laatste jaren aan een systeem om ureum te kunnen verwijderen. “In hoge concentraties is deze stof giftig en kan het de werking van verschillende enzymen verstoren”, zegt zij. “Via een complexe chemische reactie, bestaande uit vier stappen waar verschillende moleculen bij betrokken zijn, slagen we er nu in om ureum te verwijderen. We hebben dialyse-experimenten gedaan met gezonde geiten en dat ziet er allemaal goed uit.”

De belangrijkste innovatie die nodig was om het dialyseapparaat te verkleinen, is het verminderen van de benodigde hoeveelheid spoelvloeistof.

 Nierstichting

Toch is Gerritsen nog niet helemaal tevreden. Om de chemische reactie te kunnen uitvoeren, is een systeem nodig dat meer dan zeven kilogram weegt. Voor een echt draagbare kunstnier is dat nog steeds veel te zwaar. Daarom werkten zij en haar collega Jeroen Kooman, nefroloog aan het Maastricht UMC, binnen de onderzoeksprojecten i-Nephron en Nephron+ aan andere manieren van ureumverwijdering (zie kader).

Ureum direct binden

Nefrologen Gerritsen en Kooman werkten aan twee manieren om ureum direct te kunnen binden:

Een eerste idee is om ureum te oxideren en het daarna weg te vangen met actief kool. Ook deze methode is getest bij geiten en werkt op de korte termijn (ongeveer 24 uur) goed. Daarna beginnen zich ook chlooroxidanten te vormen en die kunnen schadelijk zijn. Het is dus maar de vraag of deze aanpak veilig genoeg is om toe te passen bij mensen.

Een ander idee is om te werken met ureum sorbents, moleculen die ureum direct kunnen binden. Naast ureum kunnen deze moleculen ook binden aan het eiwit albumine dat door nierbuisjes actief wordt uitgescheiden. “Daar kunnen we gebruik van maken”, legt Gerritsen uit. “Een molecuul met ureum dat bindt aan albumine zal in één keer uit het bloed worden verwijderd. Dit lukt nu op heel kleine schaal. De komende jaren moeten we werken aan schaalvergroting.” Wat daarbij vooral van belang is, is dat de sorbents niet te snel verzadigd raken en geen nuttige stoffen (zoals bijvoorbeeld mineralen) uit het bloed verwijderen.

Vaattoegang

Mocht het in de toekomst lukken om ureum op een directere manier te verwijderen, dan kan het dialyseapparaat weer een stuk kleiner worden: ongeveer tweeënhalve kilogram met tweehonderd milliliter aan spoelvloeistof. Dan gaat het echt richting draagbaar. Maar Kooman waarschuwt voor een nieuwe horde die dan genomen moet worden: “De vaatttoegang voor draagbare technieken, daar zijn we echt nog niet ver mee.”

Om te kunnen dialyseren zijn voorlopig nog naalden nodig.

 Wikimedia Commons, Anna Frodesiak via CC0

Op dit moment zijn er twee mogelijkheden om patiënten aan te sluiten op een dialyseapparaat. De eerste is via een katheter in de hals. Voor patiënten is dit een fijne methode, omdat het aansluiten van de katheter makkelijk gaat. Helaas kunnen er stollingsproblemen en infecties optreden waardoor patiënten toch over moeten op een verbinding via de arm. Via de arm wordt ongeveer driehonderd tot vierhonderd milliliter bloed per minuut uit het lichaam getrokken. Het grootste probleem van een draagbaar systeem is dat hierbij naalden nodig zijn. Bij bewegingen van een patiënt zou zo’n naald kunnen losschieten en kan bloed gaan lekken.

Dialyseapparaat zoals het op dit moment is. De ontwikkeling van een draagbare kunstnier is een stapsgewijs proces.

 Nierstichting

Stapsgewijs proces

Hoe het probleem van de vaattoegang opgelost moet worden, is nog vaag. Er zijn initiatieven om de groei van een nieuwe toegang te stimuleren, bijvoorbeeld door tijdelijk een plastic buisje aan te brengen in de huid. Feit blijft dat er voorlopig naalden nodig zullen zijn om te kunnen dialyseren. Kooman: “Het is de wens van veel patiënten om ’s nachts thuis te kunnen dialyseren, maar daar moet het wel veilig genoeg voor zijn. Bij de huidige vorm van thuisdialyse is die veiligheid goed gewaarborgd, omdat een patiënt niet in beweging is. Maar op het moment dat je met een apparaat gaat rondlopen, kan dit problemen geven.”

De ontwikkeling van de draagbare kunstnier is volgens hem een stapsgewijs proces. “Eerst wordt het dialyseapparaat kleiner. Dan komt er een moment dat de patiënt het apparaat mee kan nemen en pas daarna kunnen we echt nadenken over draagbaar op het lichaam.” Boomker onderschrijft die ontwikkeling. “We hebben straks een eerste versie. Met de inkomsten uit licenties voor het gebruik van deze kunstnier willen we in de toekomst nieuwe ontwikkelingen voor verdere verkleining en verbetering bekostigen. Bij iedere versie doen we wat mogelijk is om de kunstnier te perfectioneren.”

ReactiesReageer