Prisbillig og mobil rensning af dialysevand

Mennesker, der lider af nyresygdom i slutstadiet, gennemgår ofte dialyse efter en fast tidsplan. For patienter er denne kunstige vask af blodet en stor byrde. For at fjerne toksiner fra blodet, store mængder dialysevand er påkrævet. Indtil nu har der endnu ikke været nogen løsning for at gendanne dette dialysat omkostningseffektivt. Derfor udvikles en cryo-oprensningsmetode af Fraunhofer-forskere, der renser vandet uden at miste det. Denne fremgangsmåde reducerer ikke kun omkostningerne-den kan endda bane vejen for en bærbar kunstig nyre ved mildere langvarig dialysebehandling ved fuldstændig vandautonomi.

Cirka 90, 000 mennesker i Tyskland hvert år skal gennemgå dialyse tre gange om ugen i fire til fem timer, fordi deres nyrer ikke længere fungerer korrekt og ikke kan fjerne toksiner tilstrækkeligt. Under behandlingen fjernes skadelige metabolitter fra blodet ved at overføre dem uden for kroppen via en semipermeabel membran til en dedikeret dialysevæske kaldet dialysatet. Membranens porer er så smalle, at kun toksiner op til en vis størrelse kan passere dem. Små molekyler som vand, elektrolytter og uræmiske toksiner - urinstof, urinsyre og kreatinin - transporterer membranen ind i rengøringsvæsken, mens store molekyler som proteiner og blodlegemer afvises. Hele blodet recirkuleres og ryddes cirka tre gange i timen.

Dialysat kan kun bruges én gang

Til en dialysebehandling, ca. Der kræves 400 liter dialysat. Hospitaler og dialysecentre forbereder dette vand ved hjælp af systemer til omvendt osmose, som forbruger meget energi og er dyre. Det er udfordrende, at dialysat kun kan bruges én gang, da det forsvinder som spildevand efter blodrensningsbehandlingen. Til behandling af 90, 000 patienter om året kræver dette mere end 5,6 millioner kubikmeter ultrarent vand. I mange regioner i verden er dette krav ikke opfyldt. Ifølge skøn, over en million mennesker dør hvert år ved at mangle adgang til dialyse.

"Dialysevand er værdifuldt. Tysklands etårige dialysevand fylder en terning på 175 m. Indtil nu har der ikke været nogen omkostningseffektiv metode til at genvinde dialysat, "siger Dr. Rainer Goldau, forsker ved Institut for ekstrakorporeal immunmodulering ved Fraunhofer Institute for Cell Therapy and Immunology IZI i Rostock, hvis forskningsarbejde er fokuseret på dette emne. Kroppen producerer cirka 25 gram urinstof hver dag. Dette molekyle - der er af næsten vandmolekylær størrelse - sender også filtermembranen ind i dialysatet. Omvendt osmose teknik, bruges til at producere drikkevand, ikke har en tilstrækkelig afvisningsprocent for urinstof, hvilket gør det uegnet til genvinding af dialysevand. Selvom der er udførlige enzymatiske teknikker, der er i stand til at rydde dialysat, så det kan genbruges på patienter, de filtre og patroner, der kræves til dem, er meget dyre. Regioner med betydelig nødhjælp i kombination med vandmangel har ikke råd til sådanne teknikker.

Dialyse med patientens iboende vand

Dr. Goldau undersøger derfor en anden variant kaldet kryorensning, som er baseret på frysekoncentration kendt fra drikkevareindustrien. Målet er at genvinde mere end 90% af det vand, der udvindes fra patienter ved hjælp af denne metode. Ideen er at opkoncentrere toksiner til kun de to eller tre liter vand om dagen, der alligevel skal elimineres under hver dialyse. Patienter kan genopfylde dette vand ved at drikke. Resten - generelt 25 til 30 liter om dagen - ryddes og føres tilbage til dialyse. "I vores eksperimenter er mængden af ​​vand, der skal kasseres, mindre end 10 procent. Denne mængde er nødvendig for at filtrere toksinerne. Således kan når det kommer til koncentration er vores teknik næsten lige så effektiv som nyrerne selv, "siger Goldau. På denne måde, forskeren og hans team ønsker at etablere en tilstrækkelig dialyse, der bruger patientens egne vandressourcer uden dehydrering. Dyre filtre og patroner ville ikke længere være påkrævet.

Men hvordan fungerer cryo-oprensningen? Det udnytter iskrystallernes evne til at udelukke alle tidligere opløste forureninger. De frastødes til overfladen af ​​krystallen. "Iskrystallerne, der dannes, når vand fryser, har evnen til samtidigt at udvise urenheder. Dette gør det muligt at adskille alle de uremiske toksiner - dvs. metaboliske affaldsprodukter, som kroppen skal fjerne via urinen, "forklarer Goldau. Denne procedure kan implementeres inden for vaskekolonner, der er sædvanlige inden for drikkevare- eller kemiske industrier. Til mobil dialyse, en lille vaskesøjle er tilstrækkelig til at producere 30 til 40 ml/min dialysat. For at tilberede frisk dialysat, kun en lille mængde energi er påkrævet. Elektriciteten kunne vilkårligt trækkes fra lysnettet, et bilbatteri eller solpaneler. En respektive laboratoriedemonstrator med en køler er ved at blive konstrueret, og der er indgivet en patentansøgning til processen. Forskerne arbejder i øjeblikket på en automatiseret løsning, for udviklingen, som de stadig har brug for støtte fra industrielle partnere.

Bærbar nyre til hjemmedialyse

"Vores form for dialyse kan endda designes til at være mobil - bærbar hæmodialyse ville være mulig." I den Rostock-baserede forskers vision får patienten en vaskulær adgang, via hvilken blodet og det overskydende vand ekstraheres og returneres. Dette er forbundet med en vest med en dialysefiltermembran, som indeholder engangsvandskamre på op til 4 liter volumen. Hver anden eller tredje time forbinder patienten vesten til en ikke-stationær baseenhed, som skyller affaldsdialysatet og genopfylder ferskvand, begge inden for samme periode tager det et sundt individ at besøge toilettet.

Nuværende dialyse på hospitaler lægger en enorm belastning på kroppen og påvirker i høj grad kvaliteten af ​​patienternes liv. Ifølge undersøgelser, kun mellem 20 og 40 procent af patienterne lever stadig efter ti år. Med langvarig dialyse, der er ledningsvanduafhængig og kan udføres når som helst hjemme eller på arbejdet, sygeligheden og omkostningerne ved dialyse kunne reduceres. Derudover ville det også være tilgængeligt for mennesker inden for tørkeremmene verden over. En anden fordel er, at dialysecentre og hospitaler kan reducere deres vandomkostninger. Goldau vurderer, at hans proces kan spare 90 procent af det vand - og dermed også spildevandet - der bruges til dialyse, som det er i en genvindingscyklus. "Det meste af vandet genbruges." Fysikeren forventer, at systemet kan være markedsklart inden for omkring fem til syv år fra udviklingsstart.