Le persone che soffrono di malattia renale allo stadio terminale spesso si sottopongono a dialisi a orari prestabiliti. Per i pazienti questo lavaggio artificiale del sangue è un grosso onere. Per rimuovere le tossine dal sangue, sono necessarie grandi quantità di acqua di dialisi per lo sgombero. Finora non c'è stata alcuna soluzione per recuperare questo dializzato in modo conveniente. Pertanto, i ricercatori del Fraunhofer stanno sviluppando un metodo di criopurificazione che ripulisce l'acqua senza perderla. Questo approccio non solo riduce i costi, ma può anche aprire la strada a un rene artificiale indossabile mediante un trattamento dialitico più mite a lungo termine con completa autonomia idrica.

circa 90, 000 persone in Germania ogni anno devono sottoporsi a dialisi tre volte alla settimana per quattro o cinque ore, perché i loro reni non funzionano più correttamente e non possono eliminare sufficientemente le tossine. Durante il trattamento i metaboliti dannosi vengono rimossi dal sangue trasferendoli all'esterno del corpo attraverso una membrana semipermeabile in un liquido di dialisi dedicato chiamato dialisato. I pori della membrana sono così stretti che solo le tossine fino a una certa dimensione possono passarli. Piccole molecole come l'acqua, elettroliti e tossine uremiche:urea, acido urico e creatinina:transitano dalla membrana nel liquido detergente, mentre le grandi molecole come proteine ​​e cellule del sangue vengono respinte. Il sangue intero viene fatto ricircolare e eliminato circa tre volte all'ora.

Il dializzato può essere utilizzato solo una volta

Per un trattamento dialitico, ca. Sono necessari 400 litri di dializzato. Ospedali e centri dialisi preparano quest'acqua utilizzando sistemi di osmosi inversa, che consumano molta energia e sono costosi. È difficile che il dializzato possa essere utilizzato solo una volta, in quanto scompare come acque reflue dopo il trattamento di purificazione del sangue. Per trattare 90, 000 pazienti all'anno ciò richiede più di 5,6 milioni di metri cubi di acqua ultrapura. In molte regioni del mondo questo requisito non è soddisfatto. Secondo le stime, oltre un milione di persone muoiono ogni anno per mancanza di accesso alla dialisi.

"L'acqua per dialisi è preziosa. L'acqua per dialisi della Germania per un anno riempie un cubo di 175 m. Fino ad ora non esisteva un metodo economico per recuperare il dializzato, "dice il dottor Rainer Goldau, scienziato presso il Dipartimento di immunomodulazione extracorporea presso l'Istituto Fraunhofer per la terapia cellulare e l'immunologia IZI di Rostock, il cui lavoro di ricerca è incentrato su questo argomento. Il corpo produce circa 25 grammi di urea ogni giorno. Questa molecola, essendo quasi delle dimensioni molecolari dell'acqua, passa anche la membrana del filtro nel dialisato. La tecnica dell'osmosi inversa, impiegato per la produzione di acqua potabile, non ha un tasso di rigetto sufficiente per l'urea, rendendolo inadatto al recupero dell'acqua di dialisi. Sebbene esistano elaborate tecniche enzimatiche in grado di eliminare il dializzato in modo che possa essere riutilizzato sui pazienti, i filtri e la cartuccia necessari per loro sono molto costosi. Le regioni di notevole indigenza in combinazione con la scarsità d'acqua non possono permettersi tali tecniche.

Dialisi con acqua intrinseca del paziente

Il Dr. Goldau sta quindi studiando un'altra variante chiamata crio-purificazione, che si basa sulla concentrazione di congelamento nota dalle industrie delle bevande. L'obiettivo è quello di recuperare più del 90% dell'acqua estratta dai pazienti utilizzando questo metodo. L'idea è di concentrare le tossine solo in quei due o tre litri d'acqua al giorno che comunque devono essere eliminati durante ogni dialisi. I pazienti possono riempire quest'acqua bevendo. Il resto, generalmente da 25 a 30 litri al giorno, viene eliminato e riportato in dialisi. "Nei nostri esperimenti il ​​volume di acqua che deve essere scartato è inferiore al 10 percento. Questa quantità è necessaria per filtrare le tossine. Pertanto, quando si tratta di aumentare la concentrazione, la nostra tecnica è efficace quasi quanto i reni stessi, " dice Goldau. In questo modo, il ricercatore e il suo team vogliono stabilire una dialisi adeguata che utilizzi le risorse idriche del paziente senza disidratazione. Non sarebbero più necessari filtri e cartucce costosi.

Ma come funziona la criopurificazione? Sfrutta la capacità dei cristalli di ghiaccio di escludere tutte le contaminazioni precedentemente disciolte. Vengono respinti sulla superficie del cristallo. "I cristalli di ghiaccio che si formano quando l'acqua si congela hanno la capacità di espellere simultaneamente le impurità. Ciò consente di separare tutte le tossine uremiche, ovvero i prodotti di scarto metabolici che il corpo ha bisogno di eliminare attraverso l'urina, " spiega Goldau. Questa procedura può essere implementata all'interno di colonne di lavaggio che sono consuete nelle industrie delle bevande o chimiche. Per la dialisi mobile, una piccola colonna di lavaggio è sufficiente per produrre da 30 a 40 ml/min di dialisato. Per preparare il dializzato fresco, è necessaria solo una piccola quantità di energia. L'elettricità potrebbe essere prelevata arbitrariamente dalla rete, una batteria per auto o pannelli solari. È in fase di costruzione un rispettivo dimostratore di laboratorio con un refrigeratore ed è stata depositata una domanda di brevetto per il processo. I ricercatori stanno attualmente lavorando a una soluzione automatizzata, per il cui sviluppo necessitano ancora del supporto di partner industriali.

Rene indossabile per dialisi domiciliare

"La nostra forma di dialisi può anche essere progettata per essere mobile:l'emodialisi indossabile sarebbe fattibile". Nella visione del ricercatore di Rostock, al paziente viene fornito un accesso vascolare attraverso il quale vengono estratti e restituiti il ​​sangue e l'acqua in eccesso. Questo è collegato a un giubbotto con una membrana filtrante per dialisi, che contiene camere d'acqua usa e getta fino a 4 litri di volume. Ogni due o tre ore il paziente collega il giubbotto a un'unità base non fissa, che scarica il dializzato di scarto e riempie di acqua fresca, entrambi nello stesso periodo in cui un individuo sano deve visitare il bagno.

L'attuale dialisi negli ospedali mette a dura prova il corpo e influisce notevolmente sulla qualità della vita dei pazienti. Secondo gli studi, solo tra il 20 e il 40 per cento dei pazienti è ancora vivo dopo dieci anni. Con la dialisi a lungo termine che è indipendente dall'acqua del rubinetto e può essere eseguita in qualsiasi momento a casa o al lavoro, il tasso di morbilità ei costi della dialisi potrebbero essere ridotti. Inoltre, sarebbe disponibile anche per le persone all'interno delle cinture di siccità in tutto il mondo. Un altro vantaggio è che i centri di dialisi e gli ospedali potrebbero ridurre i costi dell'acqua. Goldau stima che il suo processo potrebbe far risparmiare il 90% dell'acqua, e quindi anche delle acque reflue, utilizzata per la dialisi, come in un ciclo di bonifica. "La maggior parte dell'acqua viene riciclata". Il fisico si aspetta che il sistema possa essere pronto per il mercato entro circa cinque-sette anni dall'inizio dello sviluppo.