Kunstnier in een ko er

Wie lijdt aan een nierfalen of nierziekte moet drie keer per week naar het ziekenhuis om bloed te laten schoonspoelen door een dialyseapparaat. Een oplossing is een transplantatie, maar daarvoor zijn er te weinig donornieren. Een draagbare ‘kunstnier’ zou verlichting geven.

De Nierstichting hee een visie opgesteld, met als toekomstbeeld dat de patiënt niet meer driemaal per week naar het ziekenhuis hoe te komen voor dialyse. Deze behandeling verwijdert lang niet alle gifsto en uit het bloed en het lichaam krijgt pieken aan gifsto en te verduren door de periodieke bloedzuivering. Daardoor hebben patiënten een hoog ster ecijfer en een lage kwaliteit van leven.

Een draagbaar dialyseapparaat dat thuis vaker te gebruiken is, is makkelijker en beter voor het lichaam. Hiervoor hee de stichting NextKidney mede-opgericht. Dat bedrijf ontwikkelt een compacter apparaat dat in een ko er moet passen, zodat de patiënt het thuis kan houden of er zelfs mee op reis kan.

Nieuwe membranen

Dimitrios Stamatialis, hoogleraar (bio)arti cial organs aan de Universiteit Twente, werkt aan betere membranen en lters voor dialyse. Een paar jaar terug bedachten Stamatialis en collega’s een verbeterde opzet voor de behandeling met een nieuw membraan, mixed matrix membrane, dat meer gifsto en uit het bloed ltert door het combineren van ltering en adsorptie (zie foto). De nieuwe membranen zijn uitvoerig getest in het lab en gaan binnenkort preklinische tests in.

Per dialysesessie is meer dan 130 liter water nodig voor de spoelvloeistof die de gifsto en uit het bloed afvoert. ‘We hebben inmiddels een membraan ontworpen dat geschikt is voor het regenereren van de spoelvloeistof. Dat is nodig voor een draagbaar dialyseapparaat. In het ziekenhuis wordt de spoelvloeistof gewoon afgevoerd, maar bij een draagbaar apparaat kan dat niet. Om dit verder te ontwikkelen richten we nu een spino op.’

Niercellen

Parallel loopt een subsidieaanvraag samen met partners voor de ontwikkeling van een bioarti cial kidney device voor buiten het lichaam, dat kunstmatige membranen combineert met niercellen en dat samen met de huidige dialyse kan worden gebruikt. Nog verder in de toekomst is er een apparaatje denkbaar dat in het lichaam wordt geïmplanteerd. ‘Dit levert meer uitdagingen op. Dat moet jarenlang goed functioneren, want het is er niet even uit te halen om te repareren’, zegt Stamatialis. Voordat men dit mag toepassen in patiënten, moeten de werking en de veiligheid uit en te na zijn bewezen.

Dit type onderzoek kost tijd en is duur. ‘Er zijn helaas niet zoveel subsidies voor nieronderzoek.’ Ook onderzoek naar nieraandoeningen en nieuwe therapieën kan meer nanciële ondersteuning gebruiken, vooral op Europees niveau.

‘Dialyse is geen therapie te noemen, maar een manier om te overleven’, zegt Stamatialis. ‘We hebben nieuwe technologie nodig, die voor patiënten echt het verschil kan maken.’

Mini-dialysetestunits voor het zuiveren van bloed aan de Universiteit Twente. Boven: de mixed matrix membrane van de UTwente. Onder: de huidige commerciele versie. FOTO : UTWENTE / MEDTECH

Het hulpstuk ontwikkeld door de TU/e om de vroeggeborene in vloeistof van de moeder naar de kunstbaarmoeder over te brengen.

Betere levensondersteuning voor extreem vroeggeborenen

Couveuse 2.0

Om het zeer prille leven in een meer natuurlijke omgeving nog even verder te laten groeien, werken onderzoekers samen met specialisten en de industrie aan de TU Eindhoven aan een kunstbaarmoeder en aan de UTwente aan een kunstplacenta.

Van de ruim zevenhonderd kinderen die jaarlijks in Nederland extreem vroeg worden geboren, overlijdt ongeveer de hel . De prematuren hebben maar 24 tot 28 weken in de baarmoeder doorgebracht in plaats van de gebruikelijke veertig weken. Wereldwijd gaat het om twee miljoen baby’s die bij vroeggeboorte overlijden, meestal door longfalen, met soms bijkomende nierproblemen. ‘Vooral de mechanische beademing in de standaardcouveuse is verre van optimaal. Die kan de onvolgroeide longblaasjes beschadigen of er komt te weinig zuurstof in het bloed met kans op hersenschade’, zegt Frans van de Vosse, hoogleraar cardiovasculaire biomechanica van de TU Eindhoven. Van degene die het wel overleven, hee tweederde blijvende gezondheidsproblemen.

Om de kwaliteit van leven van deze prematuren te verhogen werkt de TU/e binnen een Europees consortium aan een kunstbaarmoeder die de natuurlijke omgeving nabootst. In 2024 moet een technisch werkend prototype klaar zijn. ‘We noemen het geen kunstbaarmoeder meer, maar perinatal life support (PLS), levensondersteuning rondom de geboorte’, zegt PLS-projectleider Van de Vosse. ‘Over het woord kunstbaarmoeder wordt al snel te veel gefantaseerd: stop een eicel in een potje en wacht tot er een kind uitkomt. Dat is niet wat we willen en ook niet wat we kunnen.’

Onder water

De PLS is net als de natuurlijke baarmoeder gevuld met vloeistof. De uitwisseling van zuurstof, voeding en afvalsto en gaat via de navelstreng die met een kunstplacenta is verbonden. De kunst is om bij de overgang van de natuurlijke baarmoeder naar de kunstmatige vervanger te voorkomen dat de ademre ex op gang komt en de longetjes zich met lucht vullen. ‘Dat lukt alleen als het kindje in een vloeistofomgeving blij en amper in de gaten hee wat er gebeurt.’ Daarvoor hebben de TU-onderzoekers van industrial design een hulpstuk ontwikkeld om de baby bij geboorte, vaginaal of via een keizersnee, over te brengen in een zak met synthetisch vruchtwater die daarna in de couveuse past. ‘De watercouveuse moet zowel technisch perfect functioneren, als prettig zijn voor de ouders. Daarover wordt door ontwerpers in samenspraak met ouders en artsen goed nagedacht.’

Navelstreng

Het andere cruciale moment is het aansluiten van de navelstreng op een kunstplacenta. Dat moet in enkele minuten gebeuren. ‘Op zich is dat een technisch probleem. In de navelstreng zitten drie bloedvaten, twee slagaders en een ader, die zodra arts de navelstreng doorknipt samentrekken’, zegt Van de Vosse. ‘Dat is een mooie eigenschap om geen bloed te verliezen, maar in dit geval onwenselijk. We moeten voordat dit gebeurt een canule (buisje) aanbrengen om de aderen open te houden en de navelstreng op de kunstplacenta aan te sluiten. Daarvoor ontwikkelen we nu een handig apparaat.’

Een van zijn promovendi is in Toronto bezig om samen met onderzoekers de experimenten die zij jaren geleden met lammetjes in een watercouveuse hebben gedaan, te herhalen met biggetjes en te testen of hun kunstplacenta (oxygenator) en het in Eindhoven ontwikkelde simulatiemodel – een soort digital twin – voldoen. Om alvast de weg naar de kliniek voor te bereiden en artsen te trainen zijn er oefenpoppen op ware grootte van de vroeggeborene ontworpen. Daarin zitten een bloedsomloop, actuatoren die zorgen voor beweging en sensoren om van alles te meten. ‘Daarmee kunnen we ook weer ons simulatiemodel trainen dat als een clinical decision support-systeem kan dienen.’

Kunstplacenta

Jutta Arens, hoogleraar engineering organ support tech-

Links: De huidige behandeling op de intensive care is vrij invasief met een respirator, vier chirurgisch geplaatste slangen waarop de longondersteuning en dialyzer zijn aangesloten.

Rechts: De te ontwikkelen kunstplacenta (ArtPlac) bevestigd aan de navelstreng, geeft long- en nierondersteuning in combinatie met monitoring en controle.

ILLUSTRATIE : ELA DEREK / UTWENTE nologies aan de Universiteit Twente en gespecialiseerd in de ontwikkeling van kunstlongen, werkt intussen aan een prototype van een kunstplacenta die ook zonder kunstbaarmoeder kan werken.

Daarvoor hee het interdisciplinaire ArtPlac-consortium begin dit jaar vier miljoen euro gekregen uit EU Path nderprogramma van de Europese innovatieraad. ‘Wij proberen de long- en nierfunctie in een apparaat te combineren. Prematuren die een kunstlong nodig hebben, kunnen in de loop van de behandeling vaak nierproblemen ontwikkelen, waardoor ze te veel of juist te weinig vocht vasthouden en aan een dialysemachine moeten. Als we dat kunnen combineren scheelt dat invasieve behandeling.’

Arens werkt daarom aan een nieuwe apparaat speciaal voor deze baby’s op basis van twee verschillende technologieën: holle membraanvezels en gelaserde microkanaaltjes. ‘De eerste is lastig te verkleinen, de andere lastig op te schalen.’ Waarschijnlijk zijn beide typen kunstplacenta nodig, denkt Arens, a ankelijk van hoeveel weken de baby is of om mee te groeien met de baby. In een paar weken tijd verdubbelt al het gewicht: van vij onderd gram bij 22 weken tot circa 3500 gram bij veertig weken. ‘We willen ook een canule die meegroeit met de baby, exibele buisjes die zich steeds meer openen als de bloedstroom toeneemt.’

De kunstplacenta moet zo klein als mogelijk zijn, omdat elk contact met kunstmatig oppervlak bloedstolling kan veroorzaken. Bij volwassenen is dat op te lossen door te coaten met antistollingsmiddelen, zegt Van de Vosse, maar babyhersenen kunnen daar nog niet tegen. Ook de weerstand in het apparaat moet laag zijn, zodat het hartje het bloed zelf kan rondpompen. Arens is hoopvol; aan de Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule in Aken, waar ze eerst werkte, bouwde ze al een minikunstlong met een extern volume van twintig milliliter, ongeveer een eetlepel vol.

Voorspellen

Het probleem is dat er nog geen indicatoren zijn die voorspellen of een te vroeg geboren baby een kunstbaarmoeder nodig hee of niet, of dat een kunstplacenta voldoende is. Er zijn baby’s van 25 weken oud die het prima doen en geen ondersteuning nodig hebben. Maar er zijn er ook van 28 weken oud wier overleven ervan a ankelijk is, zegt Arens. ‘Bij inzet van de kunstbaarmoeder krijgen prematuren meteen een invasieve behandeling. Dat is schieten met een kanon op een mug. Als artsen een dummycanule aanbrengen in de navelstreng, kan altijd na een aantal uur nog de kunstplacenta worden ingezet. De tijd zal het uitwijzen, waarschijnlijk hebben we beide opties naast elkaar nodig.’

Bij het kunsthart van Carmat is elke kamer verdeeld in twee compartimenten: één met hydraulische vloeistof om de druk te regelen, en één voor het bloed. Deze zijn van elkaar gescheiden door weefselmembraan.

Micropompen sturen het hart aan.

BRON : SCHRODER E A ., ANN THORAC SURG

SHORT REPORTS (2023)

1:185-187

Het kunsthart staat nog in de kinderschoenen