Safety analysis and optimization of electrochemical dialysate regeneration

Het inventariseren en verminderen van ongewenste afbraakproducten van elektro-oxidatie met behoud van de bloedzuiveringscapaciteit tijdens dialyse. Uiteindelijk het optimaliseren van de veiligheid en effectiviteit van dialysetechnieken.

Een groot deel van de patiënten met eindstadium nierfalen is aangewezen op dialyse. Echter, tot op heden is dialyse geen optimale nierfunctievervangende behandeling. Met de ontwikkeling van de draagbare kunstnier pogen onderzoekers om dialysebehandelingen te optimaliseren en nierpatiënten meer vrijheid en flexibiliteit te geven.

Inmiddels is een prototype draagbare kunstnier ontwikkeld dat het bloed goed kan zuiveren middels adsorptie en elektro-oxidatie van afvalstoffen. Voor de verdere ontwikkeling is een veiligheidsanalyse van groot belang aangezien er theoretisch veel schadelijke afbraakproducten vrij kunnen komen bij het elektrochemische proces.

Dit project zal onderzoeken of er ongewenste producten vrijkomen bij het elektrochemisch proces. Daarnaast zal de veiligheid onderzocht worden middels celexperimenten en dierproeven. Indien er ongewenste producten gedetecteerd worden of er ongewenste effecten op de cellen of de dieren waargenomen worden, zullen we strategieën exploreren om dit te minimaliseren. De hypothese is dat dit mogelijk is door middel van aanpassing van de elektrochemische condities en het gebruik van extra adsorbentia en anti-oxidanten. Tenslotte zullen we methodes testen waarmee de bloedzuiveringscapaciteit vergroot kan worden zoals gebruik van elektrodes met ultragrote oppervlak/volume ratio’s en zeer nauwe elektrodeafstand. Aan het eind van het project zullen we weten hoe electro-oxidatie geschikt kan worden gemaakt voor bloedzuivering.

Vraagstelling:
1. Veiligheidsanalyse van de elektro-oxidatie technologie.
2. Optimalisatie van de elektrochemische condities die nodig zijn om een maximale zuivering te bereiken met zo min mogelijk vorming van schadelijke afbraakproducten.
3. Ontwikkeling van technieken om schadelijke oxidatieproducten van elektro-oxidatie uit het gevormde dialysaat te verwijderen.

Enkele jaren geleden hebben de onderzoekers een prototype draagbare kunstnier ontwikkeld dat spoelvloeistof zuivert middels adsorptie en elektro-oxidatie van afvalstoffen. Omdat schadelijke afbraakproducten vrij zouden kunnen komen bij het elektrochemisch proces, werd de elektro-oxidatie technologie getoetst op veiligheid. Bij analyse van elektrochemisch behandeld plasma en spoelvloeistof bleek dat er nieuwe stoffen gevormd worden waaronder enkele schadelijke, zoals chlooroxidatieproducten, ammoniak en reactieve glucose afbraakproducten. Blootstelling van kweekcellen aan elektrochemisch behandeld plasma en spoelvloeistof bleek dan ook nadelige effecten te hebben op de vitaliteit en functie van de cellen.

Door aanpassingen aan het apparaat, zoals verandering van het elektrodemateriaal, verlagen van de stroomdichtheid, verkleinen van de electrode-afstand en gebruik van extra adsorbentia en anti-oxidanten werd het mogelijk om het vrijkomen van schadelijke stoffen aanzienlijk te verminderen terwijl de bloedzuiveringscapaciteit vergroot werd. Bij dialyse experimenten in grote proefdieren werden dan ook geen bijzonderheden waargenomen. Bij uitgebreide analyse van kweekcellen die werden blootgesteld aan vloeistoffen behandeld met het aangepaste apparaat, werden echter toch enkele nadelige effecten gedetecteerd.

Regeneratie van dialysaat door elektro-oxidatie is niet biocompatibel in de huidige opstelling. De conclusie van dit project is dan ook dat elektro-oxidatie technologie in de huidige opstelling niet veilig is voor toepassing bij mensen. Toekomstig onderzoek zal zich richten op het selectief maken van het elektro-oxidatieproces voor ureum, een van de weinige afvalstoffen die moeilijk te verwijderen is middels adsorptie.

Soort: Cellijnen, dieronderzoek, toegepast, niet-klinisch.
Onderwerp: Elektro-oxidatie, dialyse, draagbare kunstnier.