Mensen die lijden aan nierziekte in het eindstadium ondergaan vaak dialyse volgens een vast schema. Voor patiënten is dit kunstmatige wassen van het bloed een grote last. Om gifstoffen uit het bloed te verwijderen, grote hoeveelheden dialysewater nodig zijn voor klaring. Tot nu toe is er geen oplossing om dit dialysaat kosteneffectief terug te winnen. Daarom wordt door Fraunhofer-onderzoekers een cryo-zuiveringsmethode ontwikkeld die het water zuivert zonder het te verliezen. Deze aanpak verlaagt niet alleen de kosten, maar maakt zelfs de weg vrij voor een draagbare kunstnier door een mildere langdurige dialysebehandeling met volledige waterautonomie.

zo'n 90, 000 mensen in Duitsland moeten elk jaar drie keer per week vier tot vijf uur dialyse ondergaan, omdat hun nieren niet meer goed functioneren en toxines niet voldoende kunnen afvoeren. Tijdens de behandeling worden schadelijke metabolieten uit het bloed verwijderd door ze via een semipermeabel membraan uit het lichaam te transporteren naar een speciale dialysevloeistof, het dialysaat. De poriën van het membraan zijn zo smal dat alleen gifstoffen tot een bepaalde grootte ze kunnen passeren. Kleine moleculen zoals water, elektrolyten en uremische toxines - ureum, urinezuur en creatinine - transporteren het membraan naar de reinigingsvloeistof, terwijl grote moleculen zoals eiwitten en bloedcellen worden afgestoten. Het volledige bloed wordt ongeveer drie keer per uur gerecirculeerd en geklaard.

Dialysaat kan maar één keer worden gebruikt

Voor een dialysebehandeling, ca. Er is 400 liter dialysaat nodig. Ziekenhuizen en dialysecentra bereiden dit water voor met behulp van omgekeerde osmosesystemen, die veel energie verbruiken en duur zijn. Het is een uitdaging dat dialysaat maar één keer kan worden gebruikt, aangezien het na de bloedzuiveringsbehandeling als afvalwater verdwijnt. Om 90 te behandelen, 000 patiënten per jaar hiervoor is meer dan 5,6 miljoen kubieke meter ultrapuur water nodig. In veel regio's van de wereld wordt niet aan deze eis voldaan. Volgens schattingen, meer dan een miljoen mensen sterven elk jaar door gebrek aan toegang tot dialyse.

"Dialysewater is kostbaar. Duitslands eenjarige dialysewater vult een kubus van 175 m2. Tot nu toe is er geen kosteneffectieve methode geweest om dialysaat terug te winnen, " zegt dr. Rainer Goldau, wetenschapper bij de afdeling Extracorporele Immunomodulatie van het Fraunhofer Instituut voor Celtherapie en Immunologie IZI in Rostock, wiens onderzoekswerk op dit onderwerp is gericht. Het lichaam maakt elke dag ongeveer 25 gram ureum aan. Dit molecuul - dat bijna de moleculaire grootte van water heeft - passeert ook het filtermembraan in het dialysaat. De omgekeerde osmose techniek, gebruikt om drinkwater op te wekken, heeft onvoldoende afwijzingspercentage voor ureum, waardoor het ongeschikt is voor het terugwinnen van dialysewater. Hoewel er uitgebreide enzymatische technieken zijn die in staat zijn om dialysaat te zuiveren zodat het opnieuw kan worden gebruikt bij patiënten, de filters en cartridge die daarvoor nodig zijn, zijn erg duur. Regio's met aanzienlijke behoeftigen in combinatie met waterschaarste kunnen zich dergelijke technieken niet veroorloven.

Dialyse met intrinsiek water van de patiënt

Dr. Goldau onderzoekt daarom een ​​andere variant genaamd cryo-zuivering, die is gebaseerd op de vriesconcentratie die bekend is uit de drankenindustrie. Het doel is om met deze methode meer dan 90% van het water dat aan patiënten wordt onttrokken, terug te winnen. Het idee is om gifstoffen te concentreren tot alleen die twee of drie liter water per dag die toch bij elke dialyse moeten worden geëlimineerd. Patiënten kunnen dit water bijvullen door te drinken. De rest - doorgaans 25 tot 30 liter per dag - wordt geklaard en teruggevoerd naar dialyse. "In onze experimenten is het volume water dat moet worden weggegooid minder dan 10 procent. Deze hoeveelheid is nodig om de gifstoffen te filteren. als het gaat om opconcentratie, is onze techniek bijna net zo effectief als de nieren zelf, " zegt Goldau. Op deze manier, de onderzoeker en zijn team willen een adequate dialyse tot stand brengen die gebruik maakt van de eigen waterbronnen van de patiënt zonder uitdroging. Dure filters en patronen zouden niet langer nodig zijn.

Maar hoe werkt de cryo-zuivering? Het maakt gebruik van het vermogen van ijskristallen om alle eerder opgeloste verontreinigingen uit te sluiten. Ze worden afgestoten naar het oppervlak van het kristal. "De ijskristallen die worden gevormd wanneer water bevriest, hebben het vermogen om tegelijkertijd onzuiverheden te verwijderen. Dit maakt het mogelijk om alle uremische toxines te scheiden, d.w.z. metabolische afvalproducten die het lichaam via de urine moet verwijderen, ", legt Goldau uit. Deze procedure kan worden geïmplementeerd binnen waskolommen die gebruikelijk zijn in de dranken- of chemische industrie. Voor mobiele dialyse, een kleine waskolom is voldoende om 30 tot 40 ml/min dialysaat te produceren. Om vers dialysaat te bereiden, er is slechts een kleine hoeveelheid energie nodig. De elektriciteit kan willekeurig uit het lichtnet worden gehaald, een auto-accu of zonnepanelen. Er wordt een respectievelijke laboratoriumdemonstrator met een chiller gebouwd en voor het proces is een patentaanvraag ingediend. De onderzoekers werken momenteel aan een geautomatiseerde oplossing, voor de ontwikkeling waarvan ze nog steun nodig hebben van industriële partners.

Draagbare nier voor thuisdialyse

"Onze vorm van dialyse kan zelfs worden ontworpen om mobiel te zijn - draagbare hemodialyse zou haalbaar zijn." In de visie van de onderzoeker uit Rostock krijgt de patiënt een vasculaire toegang waarlangs het bloed en het overtollige water worden onttrokken en teruggevoerd. Deze is verbonden met een vest met een dialysefiltermembraan, die wegwerpbare waterkamers bevat met een inhoud van maximaal 4 liter. Elke twee of drie uur verbindt de patiënt het vest met een niet-stationaire basiseenheid, die het afvaldialysaat doorspoelt en vers water bijvult, beide binnen dezelfde periode die een gezond persoon nodig heeft om naar het toilet te gaan.

De huidige dialyse in ziekenhuizen legt een enorme druk op het lichaam en heeft een grote invloed op de kwaliteit van het leven van de patiënt. Volgens onderzoeken, slechts 20 tot 40 procent van de patiënten leeft na tien jaar nog. Met langdurige dialyse die onafhankelijk is van kraanwater en op elk moment thuis of op het werk kan worden uitgevoerd, het morbiditeitscijfer en de kosten van dialyse kunnen worden verlaagd. Bovendien zou het ook beschikbaar zijn voor mensen binnen de droogtegordels wereldwijd. Een ander voordeel is dat dialysecentra en ziekenhuizen hun waterkosten kunnen verlagen. Goldau schat dat zijn proces 90 procent van het water - en dus ook het afvalwater - dat voor dialyse wordt gebruikt, kan besparen. zoals het is in een terugwinningscyclus. "Het meeste water wordt hergebruikt." De natuurkundige verwacht dat het systeem binnen vijf tot zeven jaar na de start van de ontwikkeling marktrijp kan zijn.