Maatwerk-nierdialyse mogelijk dankzij nieuwe microsensor

Onderzoekers van de TU Eindhoven hebben een microsensor ontwikkeld waarmee het mogelijk wordt om de samenstelling van de nierdialysevloeistof direct te monitoren en bij te sturen. Daarmee kan dialyse maatwerk worden, wat de ernstige neveneffecten van het gebruik van standaard dialysevloeistof voor een belangrijk deel zal wegnemen. Manoj Kumar Sharma promoveert op 29 maart op zijn onderzoek naar deze sensor.

Zo’n twee miljoen mensen wereldwijd zijn vanwege nierfalen aangewezen op nierdialyse om hun bloed te zuiveren. Hierbij wordt een buisje op een bloedvat aangesloten en wordt het bloed langs een membraan geleid, met aan de andere kant dialysaat (dialysevloeistof). Doordat de concentratie aan zouten in het bloed hoger is dan in het dialysaat, passeert zout het membraan en komt in het dialysaat. De snelheid waarmee het gebeurt hangt af van het concentratieverschil tussen bloed en dialysaat. Aangezien de concentratie aan zouten bij verschillende patiënten erg varieert, en de concentratie in dialysaat standaard dezelfde waarde heeft, is de snelheid vaak niet ideaal. Daardoor ontstaan ernstige bijeffecten, zoals hartritmestoornissen en botaantastingen. Het zou beter zijn om de concentraties aan zouten in het dialysaat continu bij te stellen zodat die optimaal zijn voor de patiënt. Dat vereist echter dat de concentraties aan zouten in het dialysaat live gemonitord kunnen worden, maar daar bestond nog geen betrouwbare techniek voor.

Micropilaartjes
Manoj Kumar Sharma heeft hiervoor een ingenieuze oplossing bedacht. Hij ontwikkelde een microsysteem met centraal een microbuisje waardoor dialysaat stroomt. De wanden van het buisje wist hij te bekleden met sensormoleculen, die alleen fluorescerend zijn onder aanwezigheid van een zout, zoals natrium. Des te meer natrium er in het dialysaat zit, des te sterker de fluorescentie. Om dit effect te versterken, bracht hij micropilaartjes aan in het microbuisje, waardoor er nog meer oppervlak is met sensormoleculen.

Uitlezen
Een laser schijnt op het buisje, en activeert de fluorescentie van de sensormoleculen. Dit fluorescentie-licht vangt Sharma op met glasvezels die hij op het buisje in het microsysteem aansloot. Via de vezels gaat het licht naar een spectrometer voor analyse. Het laserlicht, dat van een andere golflengte is, wordt er eerst eruit gefilterd. Daarna kan hij, op basis van de gemeten sterkte van het fluorescentie-licht de natriumconcentraties uitlezen.

Zuivere meting
Belangrijk is dat hij voor elkaar kreeg dat de sensormoleculen niet verstoord worden door andere zouten, waardoor zuivere meting van de concentratie van een specifiek zout mogelijk is. Het ‘microfluïdisch sensorsysteem’ van circa 5x2 centimeter dat de Eindhovense promovendus bouwde is in staat natrium, het belangrijkste zout in het bloed, accuraat en live te meten. Hij verwacht dat het relatief eenvoudig zal zijn om het microsysteempje uit te breiden met buissecties bekleed met andere ‘photo-induced electron transfer’ (PET) sensormoleculen, die gevoelig zijn voor de andere essentiële zouten, zoals kalium en fosfaat.

1x1 centimeter
De onderzoeker denkt dat zijn techniek zeer goede kans maakt om toegepast te gaan worden in dialysemachines. De techniek is relatief goedkoop, stabiel en zeer accuraat. Daarnaast verwacht hij dat zijn sensorsysteempje nog verder verkleind worden, naar circa 1x1 centimeter, waardoor het makkelijker zal passen in dialysemachines. Ook kan zijn techniek op termijn onderdeel worden van een draagbare kunstmatige nier, een oplossing die het leven van nierpatiënten een stuk eenvoudiger zal maken.

Sharma voerde zijn onderzoek uit in samenwerking met Maastricht UMC + en TNO en met steun van de Nierstichting.