Een normaal leven is voor de meeste dialysepatiënten zo goed als onmogelijk. Naast de constante hinder en vermoeidheid, is er de noodzaak om meerdere keren per week urenlang in het ziekenhuis aan de dialyse te liggen. Maar er is licht aan het eind van de tunnel: de Nierstichting werkt momenteel samen met onderzoekers van o.a. imec in het Holst Centre aan de ontwikkeling van een draagbare kunstnier. Dit compacte dialyseapparaat – passend in een rolkoffer – zou het leven van nierpatiënten in de hele wereld al een stuk draaglijker kunnen maken. Maar het uiteindelijke doel van deze onderzoekers ligt nog een stap verder: de ontwikkeling van een implanteerbare kunstnier die de ingrijpende behandeling van nierdialyse op termijn helemaal overbodig zou kunnen maken.
Toekomstmuziek? Het is lastig om er een exacte termijn aan te hangen, maar de vorderingen tot nu toe laten zien dat het een realistische ambitie is, zegt Fokko Wieringa, bij imec verantwoordelijk voor het onderzoek naar de kunstnier. De compactere oplossing die de Nierstichting nog dit jaar wil presenteren is een eerste stap, zegt hij. “Maar ondertussen werken we voor de langere termijn ook al toe naar een nog kleiner apparaat; zo klein dat het uiteindelijk als kunstnier geïmplanteerd kan worden.” De rol van de elektrische bloedpomp – essentieel in een traditioneel dialyseapparaat – wordt dan overgenomen door het hart en de afvalstoffen verlaten het lichaam via de urine, net als bij een echte nier dus.
Wieringa houdt zich in zijn ambities vast aan de Wet van Moore die zegt dat technologische innovatie bij computerchips zo groot is dat de rekenkracht elke 12 maanden verdubbelt. Het gevolg: computers die je in je broekzak kunt steken, waar vroeger hele hallen voor nodig waren. “Als we net als in de chipindustrie een roadmap voor internationale samenwerking realiseren, dan heb je binnen een jaar of vijftien een bruikbare implanteerbare kunstnier”, voorspelt Wieringa. “Aan de elektronica zal het niet liggen, dat bewijst imec nu al. Mede dankzij ASML’s EUV-lithografie kan ongelofelijk veel elektronica op een vierkante millimeter gezet worden. En Nederland is ook erg sterk op het gebied van Organs-on-Chip, waarbij levende cellen en chiptechnologie samenwerken. Combineer die twee sterke punten en je staat wereldwijd voorop.”
Traditie
Opzienbarende vernieuwingen op niergebied passen in een Nederlandse traditie. De Nederlandse arts Willem Johan Kolff stond namelijk aan de wieg van het allereerste hemodialyseapparaat en redde op 18 September 1945 in Kampen de eerste patiënt met acuut nierfalen. Sindsdien heeft hemodialyse miljoenen levens gered, maar perfect is deze machinale bloedzuivering nog geenszins. De apparatuur is bovendien de laatste 50 jaar in diepste wezen nauwelijks veranderd. De meeste mensen met nierfalen moeten nog altijd meerdere malen per week naar een kliniek, voor een behandeling die dodelijk vermoeiend is.
Inmiddels werkt de Nierstichting al een aantal jaren aan een compact dialyseapparaat, zo klein dat het als handbagage in een vliegtuig meegenomen kan worden. Daarvoor waren meerdere doorbraken nodig, maar met hulp van onderzoekers van Holst Centre in Eindhoven, Debiotech uit Lausanne, AWAK Technologies en Dialyss uit Singapore en een aantal Nederlandse zorgverzekeraars gaan de ontwikkelingen de laatste 5 jaar opeens snel, vertelt Jasper Boomker van de Nierstichting.
Het Nederlands/Zwitserse bedrijf NextKidney werd opgericht, dat later dit jaar volgens Boomker het eerste prototype kan laten zien, en met het UMC Utrecht wordt hard gewerkt aan de voorbereidingen van klinische testen die in 2022 plaatsvinden. Het apparaat is makkelijk aan te sluiten op elk gewoon stopcontact (zelfs ongeaard). In tegenstelling tot klassieke dialyseapparatuur is er bovendien geen 70 – 120 liter water nodig, maar is 6 liter genoeg.
Wat doet een nier eigenlijk?
Een dialyseapparaat of kunstnier neemt deels de functie over van een echte nier. Maar wat doen de nieren in het lichaam?Ieder mens heeft twee nieren, elk bestaand uit een complex raster van honderdduizenden kleine filtertjes, nefronen genaamd. Die nefronen zuiveren het bloed en zorgen voor een constante balans en kwaliteit. De uitgefilterde gifstoffen, zoals ureum, verlaten het lichaam via de urine, terwijl nuttige stoffen die we nog nodig hebben door de nier worden gerecycled. Denk bijvoorbeeld aan vitamines, mineralen, zouten, water en glucose.Bij veel nierziektes werkt die zuivering echter steeds minder goed, wat uiteindelijk – als de nieren voor minder dan 15% werken – dodelijk is zonder dialyse of niertransplantatie.
Transplantatie
Op dit moment is volgens Boomker de beste behandeling van nierfalen de transplantatie van een donornier. “Maar helaas weten we allemaal dat daar een groot tekort aan is.” Nierpatiënten blijven dus veelal aangewezen op omvangrijke en dure bloeddialyseapparaten die ondanks hun omvang lang niet zo efficiënt werken als een echte nier.
Een van de nadelen van zo’n apparaat is dat je in 3 behandelingen van 4 uur het zuiveringswerk probeert “in te halen” dat de nieren 24 uur per dag continu doen. Dat belast vooral het hart zwaar, zegt Wieringa. “Het is bovendien ook niet echt milieuvriendelijk als je kijkt naar de hoeveelheid stroom en water die voor de huidige apparatuur nodig zijn.”
Wieringa is net als Boomker al een tijd betrokken bij het project om de dialyseapparatuur drastisch te verbeteren. Tot 2017 was dat vanuit TNO in Delft en daarna vanuit imec bij Holst Centre, waar ze de kennis in huis hebben om met nanotechnologie elektrische apparaten steeds kleiner te maken. De draagbare kunstnier van NextKidney kan volgens Wieringa een hele industrie op zijn kop zetten. Een “disruptieve technologie” dus, vergelijkbaar met de elektrische auto of het internet. “Dit kan het leven van veel mensen verbeteren en redden, doordat ook landen met een gebrekkige infrastructuur bediend kunnen worden. En als we daarna nog verder doorzetten met een implanteerbare kunstnier wordt het maatschappelijk effect opnieuw groter.”
Minder water
“Een van de belangrijkste doelstellingen was om een kunstnier te ontwikkelen die minder water nodig heeft”, vertelt Boomker. Dialyss, een spin-off van het Singaporese Temasek Polytechnic, had een oplossing: sorbent technologie. AWAK gebruikte Temaseks technologie al voor de dialyse van vloeistof in de buikholte. “Hierdoor konden we van meer dan 100 liter naar 6 liter”, zegt Boomker.
Het Zwitserse Debiotech ging vervolgens, samen met o.a. imec, aan de slag met de vormgeving van de kleinere kunstnier. “Een dialyseapparaat zit vol sensoren”, legt Wieringa uit. “Met onze kennis van nanotechnologie zijn wij in staat die sensoren en andere elektronica heel klein te maken.” Het belang van die sensoren is groot, zegt Wieringa. Niet alleen de kwaliteit van het bloed moet gemeten worden, ook de patiënten zelf moeten continu in de gaten gehouden worden als ze bijvoorbeeld ’s nachts thuis de dialyse uitvoeren.
Wieringa geeft het voorbeeld van automatische naald-alarmering. “De ergste vorm van bloedlekkage is als de retournaald (die het gezuiverde bloed terug brengt in de patiënt) losschiet, terwijl de machine via de andere naald doorgaat met bloed uit de patiënt pompen, wat in het ergste geval kan leiden tot de dood. Imec heeft binnen haar activiteiten bij Holst Centre internationale erkenning bereikt voor sensortechnologie die direct een alarm af laat gaan en ook de bloedpomp stopt zodra er bloed lekt.”
En zo zijn er volgens Wieringa meer sensoren die thuisdialyse net zo veilig maken als in het ziekenhuis. In principe zou het zelfs mogelijk zijn een patiënt volledig op afstand te monitoren en bij vragen telefonisch of met videoverbinding (zelfs via het apparaat zelf) te helpen.
Wieringa houdt zich in dit project daarnaast veel bezig met de hele regelgeving rondom apparatuur en medische dienstverlening. “Je kunt niet zomaar een apparaat ontwikkelen en dan naar de markt brengen. Er zijn tal van normen waaraan voldaan moet worden. Commissies moeten zich buigen over de nieuwe technologie en hun goedkeuring verlenen. Het is belangrijk om daar al heel vroeg in het ontwikkelproces bij stil te staan en daarbij vooral ook de stem van de patiënten te laten horen.”
Gevestigde belangen
Een remmende factor daarbij is – en dat geldt voor meer disruptieve technologieën – dat er veel overtuigingskracht nodig is om de “oude” fabrikanten van dialyseapparatuur en de toezichthouders mee te krijgen. Wieringa: “Vergeet niet dat dit een industrie is waar tientallen miljarden euro’s in omgaan met hoge winstmarges, zowel bij producenten van machines als in klinieken. Hun steun is echter cruciaal, want hier zit de kracht om uiteindelijk miljoenen draagbare kunstnieren te kunnen maken tegen een zo laag mogelijke prijs, met een wereldwijde service.” Ze moeten als het ware een dubbele drempel overwinnen: de erkenning dat de bestaande apparatuur mogelijk op termijn niet meer gebruikt wordt en daarnaast het zakelijke risico rond de ontwikkeling van een nieuw apparaat.
En dat is niet het enige, zegt directeur Tom Oostrom van de Nierstichting: “De vergoedingen voor de huidige bloeddialyse staan wereldwijd onder druk, waardoor de dialyse-industrie genoodzaakt is het huidige businessmodel aan te passen. Wat daarbij wel helpt is de brede steun voor innovatie in dialyse vanuit de Verenigde Staten.”
Technische hordes voor NextKidney’s kunstnier zijn er volgens Boomker nauwelijks. Het gaat nu vooral om de klinische trials en het vinden van nieuwe investeerders. Net als Wieringa en Oostrom is hij hoopvol. “Hiermee kan Nederland de wereld opnieuw laten zien hoe we onze technologische expertise kunnen omzetten in nut voor de samenleving.”
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
