Living Membranes for an Intradialytic Biological Kidney Support Device (BioKid)

Het ontwikkelen van levende membranen voor de toepassing in de BioKid ("Biological Kidney Support Device") voor de verwijdering van middelgrote en eiwitgebonden afvalstoffen tijdens dialyse. Uiteindelijk toepassing van de BioKid in een draagbare kunstnier. Effectievere dialysebehandeling en verbetering van de kwaliteit van leven van dialysepatiënten.

Veel nierpatiënten zijn aangewezen op dialyse als nierfunctievervangende behandeling. Dialyse spoelt het bloed via een semipermeabel (half doorlaatbaar) membraan. Doordat de behandeling middelgrote en eiwitgebonden afvalstoffen niet of slecht verwijdert gaat dialyse nog steeds gepaard met veel gezondheidsklachten. De nieren beschikken over de mogelijkheid om deze afvalstoffen via cellen van de nierbuisjes (tubuluscellen) actief uit te scheiden (secretie), een component dat in de huidige dialyse ontbreekt.

Door toevoeging van de BioKid ("Biological Kidney Support Device") aan de dialyse is het mogelijk om de werking van de nierbuisjes na te bootsen. De hypothese is dat de BioKid door middel van 'levende' membranen afvalstoffen uit het bloed kan verwijderen die dialyse niet kan verwijderen. De zogenaamde 'levende' membranen zullen met specifieke eiwitten beladen zijn, waardoor deze goed kunnen blijven functioneren bij het in aanraking komen met schadelijke stoffen uit het bloed. In de eerste instantie zal het project zich richten op de ontwikkeling en het testen van 'platte' (2D) membranen. Daarna is het de bedoeling om van deze membranen 'hollow fibers' (3D) te maken en te verwerken in een simpele cartridge. Met behulp van deze cartridge is het mogelijk om de effectiviteit van de verwijdering van middelgrote en eiwitgebonden afvalstoffen in cellijnen te testen. De BioKid past binnen het project voor de ontwikkeling van een draagbare kunstnier en kan mogelijk leiden tot een effectievere dialysebehandeling met als doel een betere kwaliteit van leven van dialysepatiënten.

Dit project is onderdeel van het BioMedical Materials programma, een door de overheid gesubsidieerde publiek-private samenwerking gericht op de ontwikkeling van biomaterialen voor medische toepassingen.

Vraagstellingen:
1.Ontwikkelen van platte (2D) levende membranen (bioactieve polymeren die bedekt zijn met menselijke niercellen) die afgestemd zijn op een goede functie van de niercellen.
2.Het vertalen van de platte levende membranen naar 'hollow fibers' (3D) om selectieve verplaatsing van stoffen tussen het bloed van patiënten, niercellen en dialysaatafval mogelijk te maken.
3.Het demonstreren van een proof of concept voor de verwijdering van middelgrote en eiwitgebonden afvalstoffen met behulp van levende membranen.
4.Het ontwikkelen van een GMP (good medical practice) methode voor de toepassing van levende membranen met menselijke niercellen in de kliniek op grote schaal.

De huidige dialysemethoden zijn niet in staat om bepaalde middelgrote en eiwitgebonden afvalstoffen effectief uit het bloed te verwijderen. Dit project had als doel om levende membranen te ontwikkelen voor de toepassing in de BioKid ("Biological Kidney Support Device") voor de verwijdering van deze afvalstoffen tijdens dialyse.

Allereerst zijn de functionele eigenschappen van enkele cellijnen van het nierepitheel (buitenbekleding van de nieren) in kaart gebracht in een omgeving waarin schadelijke afvalstoffen wel en niet aanwezig waren. Een omgeving die de natuurlijke omstandigheden van de cellen nabootst bleek van essentieel belang te zijn voor de handhaving van de transportcapaciteit van nierepitheelcellen in een omgeving met schadelijke afvalstoffen.

Vervolgens zijn methoden ontwikkeld voor het genereren van levende membranen met menselijke nierepitheelcellen. De effectiviteit van de nierepitheelcellen in de levende membranen is getest na verwerking in zowel platte als in 'hollow fiber' membranen. De 'hollow fiber' membranen zijn doorontwikkeld tot een module die meerdere van dit soort membranen bevat. Deze modules bieden de mogelijkheid om een groter membraanoppervlak te creëren. De ervaren problemen met het uniform verdelen van de nierepitheelcellen over het oppervlak van de 'hollow fiber' membranen zijn opgelost door de cellen aan de binnenzijde van de membranen te plaatsen.

Concluderend, het BioKid consortium heeft levende membranen (platte en 'hollow fiber' membranen) opgeleverd en gekarakteriseerd die te gebruiken zijn voor verder onderzoek naar het verwijderen van schadelijke afvalstoffen tijdens dialyse.

Soort: Materiaalonderzoek en -ontwikkeling, toegepast, niet-klinisch.
Onderwerp: Levende membranen, hemodialyse, 'hollow fibers', nierepitheelcellen, eiwitgebonden toxines.