Prisbillig og mobil rensning af dialysevand

Mennesker, der lider af slutstadiet af nyresygdom, gennemgår ofte dialyse efter en fast tidsplan. For patienter er denne kunstige vask af blodet en stor byrde. For at fjerne toksiner fra blodet, der kræves store mængder dialysevand til clearance. Indtil nu har der endnu ikke været nogen løsning på at genoprette dette dialysat omkostningseffektivt. Derfor udvikles en kryorensningsmetode af Fraunhofer-forskere, der renser vandet uden at miste det. Denne tilgang reducerer ikke kun omkostningerne – den kan endda bane vejen for en kunstig nyre, der kan bæres, ved mildere langtidsdialysebehandling med fuldstændig vandautonomi.

Omkring 90, 000 mennesker i Tyskland skal hvert år 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 giftstoffer op til en vis størrelse kan passere dem. Små molekyler som vand, elektrolytter og uremiske toksiner - urinstof, urinsyre og kreatinin - transporterer membranen ind i rengøringsvæsken, mens store molekyler som proteiner og blodceller afvises. Hele blodet recirkuleres og renses 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 omvendt osmosesystemer, 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 175 m terning. Indtil nu har der ikke været nogen omkostningseffektiv metode til at genvinde dialysat, " siger Dr. Rainer Goldau, videnskabsmand 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 næsten af ​​vandets molekylstørrelse - passerer også filtermembranen ind i dialysatet. Den omvendte osmose teknik, bruges til at producere drikkevand, ikke har en tilstrækkelig afstødningshastighed for urinstof, gør den uegnet til genvinding af dialysevand. Selvom der er komplicerede enzymatiske teknikker, der er i stand til at rense dialysat, så det kan genbruges på patienter, de filtre og patron, der kræves til dem, er meget dyre. Regioner med betydelig trængsel i kombination med vandknaphed har ikke råd til sådanne teknikker.

Dialyse med patientens indre vand

Dr. Goldau undersøger derfor en anden variant kaldet kryo-rensning, som er baseret på frysekoncentration kendt fra drikkevareindustrien. Målet er at genvinde mere end 90 % af det vand, der er udvundet fra patienter ved hjælp af denne metode. Idéen 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 - almindeligvis 25 til 30 liter om dagen - renses og føres tilbage til dialyse. "I vores forsøg er mængden af ​​vand, der skal kasseres, mindre end 10 procent. Denne mængde er nødvendig for at filtrere giftstofferne. når det kommer til opkoncentration, 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. Det ville ikke længere være nødvendigt med dyre filtre og patroner.

Men hvordan fungerer kryorensningen? Det udnytter iskrystallernes evne til at udelukke alle tidligere opløste forureninger. De afvises 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 i vaskesøjler, der er sædvanlige i drikkevare- eller kemisk industri. Til mobil dialyse, en lille vaskesøjle er tilstrækkelig til at producere 30 til 40 ml/min dialysat. For at forberede frisk dialysat, der kræves kun en lille mængde energi. Elektriciteten kunne vilkårligt trækkes fra lysnettet, et bilbatteri eller solpaneler. En respektive laboratoriedemonstrator med en chiller er ved at blive konstrueret, og der er indgivet en patentansøgning for processen. Forskerne arbejder i øjeblikket på en automatiseret løsning, til udviklingen, som de stadig har brug for støtte fra industrielle partnere.

Bærbar nyre til hjemmedialyse

"Vores form for dialyse kan endda være designet til at være mobil - bærbar hæmodialyse ville være mulig." I visionen fra den Rostock-baserede forsker får patienten en vaskulær adgang, hvorigennem blodet og det overskydende vand udvindes og returneres. Denne er forbundet til 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 dialysataffaldet og genopfylder ferskvand, begge inden for samme periode kræver det en sund person 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 er stadig i live efter ti år. Med langvarig dialyse, der er ledningsvandsuafhængig og kan udføres når som helst derhjemme eller på arbejdet, sygeligheden og omkostningerne ved dialyse kunne reduceres. Derudover ville den også være tilgængelig for mennesker inden for tørkeremmene verden over. En anden fordel er, at dialysecentre og hospitaler kan reducere deres vandomkostninger. Goldau vurderer, at hans proces kunne spare 90 procent af vandet - 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 markedsklar inden for omkring fem til syv år fra starten af ​​udviklingen.