Dialysevoorziening dat nano -elektrokinetische technologie gebruikt, kan worden gebruikt als draagbare kunstmatige nier

Een onderzoeksteam heeft een compact peritoneaal dialyse -apparaat ontwikkeld dat kan worden gebruikt als een draagbare kunstmatige nier. Dit onderzoek was gepubliceerd op 29 maart in het tijdschrift Journal of NanobiTechnology.

Het aantal patiënten met dialyse als gevolg van nierfalen blijft toenemen als gevolg van industriële ontwikkeling en veranderende voedingsgewoonten. Momenteel heeft de veelgebruikte hemodialysemethode om de nierfunctie te vervangen beperkingen die het dagelijkse leven van patiënten aanzienlijk beperken.

Niet alleen zijn de apparaten groot, maar ze vereisen ook dat patiënten vier tot zes uur per dag, twee tot drie keer per week in een ziekenhuis doorbrengen. Sinds het begin van de jaren 2000 hebben onderzoekers in de VS, Europa en Japan de ontwikkeling van praktische apparaten die individuen kunnen meenemen en dialyse bij zich kunnen nemen, maar het gebrek aan technologie om geminiaturiseerde dialysers te maken heeft commercialisering ongrijpbaar gemaakt.

Peritoneale dialyse biedt een alternatief voor hemodialyse. In deze methode wordt dialysevloeistof geïntroduceerd in de peritoneale holte, waar het afvalproducten verwijdert door moleculaire uitwisseling. Met deze methode kunnen patiënten thuis of op andere locaties dialyse uitvoeren, waardoor een meer normale levensstijl wordt gehandhaafd.

Het gezamenlijke onderzoeksteam heeft aangetoond dat een draagbaar peritoneaal dialyseapparaat kan worden gerealiseerd door de gebruikte dialysevloeistof extern gebruik te zuiveren en het in de peritoneale holte te herstellen. Het team stelde een nieuw zuiveringsmechanisme voor met behulp van ionenconcentratiepolarisatie (ICP), dat Coulomb -kracht gebruikt om snel ionen en deeltjes te scheiden, waardoor afvalproducten effectief van het lichaam worden verwijderd.

ICP is een nano -elektrokinetisch fenomeen waarbij een steile concentratiegradiënt optreedt in de buurt van een nanoporeus membraan vanwege de selectieve ionenpermeabiliteit. In dit geval kan de gezuiverde oplossing verzameld uit het lage-concentratiegebied nabij een nanoporeus membraan worden gebruikt voor dialyse.

Wanneer een elektrisch veld over het nanoporeuze membraan wordt aangebracht, versnelt Coulomb -kracht ionenscheiding, waardoor de zuiveringszone wordt uitgebreid. Conventionele elektrodialysemethoden hebben echter beperkingen bij het volledig zuiveren van dialysevloeistof, omdat ureum – een van de belangrijkste afvalproducten in het lichaam – elektrisch neutraal is en niet wordt beïnvloed door Coulomb -kracht.

Om dit te overwinnen, heeft het onderzoeksteam de selectieve ionenpermeabiliteit van het nanoporeuze membraan verder geactiveerd, waardoor de elektrochemische ontleding en verwijdering van niet alleen opgeladen afvalproducten zoals creatinine maar ook neutrale moleculen zoals ureum mogelijk zijn. Dit principe werd experimenteel gevalideerd met behulp van een microfluïdisch apparaat, dat de vloeistofstroom door microkanalen regelt om chemische reacties te induceren.

De laatste uitdaging voor het onderzoeksteam was het verhogen van de stroomsnelheid van het dialysevloeistof. Om levensvatbaar te zijn als een draagbaar dialyseapparaat, moest het apparaat een vloeistofverwerkingscapaciteit van milliliter per minuut bereiken. Conventionele microfluïdische apparaten hebben echter een tweedimensionale structuur, waardoor hun capaciteit tot microliter per minuut wordt beperkt, waardoor er voldoende stroomuitbreiding is.

Om dit aan te pakken, ontwierp het team een ​​micro-mesh-structuur die een elektrohydrodynamische omgeving op nanoschaal vormt, alleen in de buurt van het nanoporeuze membraan, waardoor de vloeistofdoorvoer aanzienlijk toeneemt. Als gevolg hiervan ontwikkelden ze met succes een driedimensionaal dialyseapparaat. Het apparaat bereikte een vloeistofverwerkingssnelheid van maximaal één milliliter per minuut. Wanneer toegepast op een rattenmodel van nierfalen, vertoonde het apparaat een gemiddelde afvalverwijderingssnelheid van ongeveer 30% per dialysecyclus.

Als dit peritoneale dialyse -apparaat wordt gecommercialiseerd als een draagbaar systeem, wordt verwacht dat het de kwaliteit van leven voor patiënten met nierfalen aanzienlijk zal verbeteren. Bovendien kan het de medische kosten verlagen, medisch afval verlagen en de toegankelijkheid van de gezondheidszorg verbeteren, met name ten goede komen aan lage-inkomens en ontwikkelingslanden.

Het team werd geleid door professor Sung Jae Kim van het Department of Electrical and Computer Engineering, in samenwerking met Seoul National University Hospital, Seoul National University College of Medicine en Hallym University’s Department of Materials Science & Engineering.

Professor Jung Chan Lee van het Seoul National University College of Medicine zei: “Voor dit peritoneale dialysevoorziening dat op mensen moet worden toegepast, moet het commercialisering van medische hulpmiddelen, veiligheidsevaluaties, klinische proeven en wettelijke goedkeuringen ondergaan, en er is nog steeds een lange weg om te zorgen dat patiënten uiteindelijk een fundamentele technologie kunnen bevatten. Innovatie. “

Professor Gun Yong Sung van Hally University benadrukte: “Deze prestatie markeert de eerste succesvolle toepassing van nanotechnologie in kunstmatige organen. Het is de moeite waard te weten dat dit onderzoek een betere kwaliteit van leven zou kunnen bieden voor eindstadium nierziekte die lage bevrediging lijdt door dialysis.”

Professor Yon Su Kim van Seoul National University Hospital verklaarde: “Verschillende behandelingen voor chronische nierziekte zijn geïmplementeerd, maar patiënten hebben moeite om een ​​normaal dagelijks leven te handhaven. Als onze onderzoeksresultaten worden gecommercialiseerd, zullen patiënten met chronische nierziekten niet alleen in staat zijn om hun dagelijkse activiteiten stabieler te behouden, maar ook van plan zijn voor een actievere levensstijl.”

Professor Sung Jae Kim van de afdeling Elektrische en computertechniek van Seoul National University benadrukte: “Dit onderzoek gaat verder dan alleen het ontwikkelen van een geavanceerd compact dialyse -apparaat. Het heeft brede maatschappelijke implicaties, waaronder het verbeteren van de kwaliteit van leven van patiënten, het uitbreiden van de toegankelijkheid van de gezondheidszorg, het verminderen van medische kosten, het verminderen van medische kosten en het bevorderen van de industrie voor medische hulpmiddelen.

“Hoewel er duidelijke beperkingen waren in onze rattenmodeltests, zullen als we onze op ionenconcentratie gebaseerde afvalverwijdering en vloeistofuitbreidingstechnologie integreren in kunstmatige nieren, patiënten met nierziekten in het eindstadium in staat zijn om mobiliteit te krijgen en hun levensstandaard aanzienlijk te verbeteren.”