Künstliche Niere : Eisfilter für mobile Dialyse

In den USA und in Italien arbeiten Nephrologen schon Jahre an einer künstlichen Niere. Jetzt hat ein deutsches Team um den Physiker Rainer Goldau eine Technologie entwickelt, die ein grundlegendes Problem der Miniaturisierung lösen könnte. Die Ergebnisse ihrer Machbarkeitsstudie wollen sie dieses Jahr der Fachöffentlichkeit vorstellen.

Ein Mädchen in gelbem Sommerkleid lutscht ein blaues Wassereis. Neben ihr steht ein anderes Mädchen in einem blauen Sommerkleid. Beide lachen.
Das Prinzip der neuen Technologie haben sich die Entwickler von den Kindern abgeguckt. Beim Wassereis im Plastiktütchen saugen die Kids zuerst Geschmacks- und Farbstoffe samt Zucker aus dem Eis.

Allein in Deutschland sind rund 80.000 Menschen dauerhaft darauf angewiesen, weil ihre eigenen Entgiftungsorgane nicht mehr arbeiten. Findet sich keine Spenderniere, dann heißt das langfristig für die allermeisten: dreimal pro Woche für fünf Stunden zur Blutwäsche ins Krankenhaus oder zum Arzt. Forscher arbeiten seit Jahren daran, eine tragbare künstliche Niere zu entwickeln.

Am Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie (Frauenhofer IZI) tüftelt Physiker Rainer Goldau in enger Zusammenarbeit mit den Nierenspezialisten der Uniklinik Rostock an der Idee, Menschen die körperlich und psychisch anstrengende Blutwäsche zu erleichtern: indem sie durch eine tragbare Kunstniere fortlaufend und dadurch schonender erfolgt. Die Rostocker und Leipziger sind in ihrer Entwicklung nun einen Schritt voran gekommen. Goldau hat einen Demonstrator für eine Technologie entwickelt, die den Wasserverbrauch erheblich verringern könnte - eine Grundvoraussetzung für eine tragbare künstliche Niere. Und er konnte die Machbarkeit nun nachweisen.

Auch in den USA und Italien werden Systeme entwickelt

Das erste tragbare, aber noch mit einigen Kinderkrankheiten versehene Dialysegerät stellte der US-amerikanische Nephrologe Victor Gura bereits vor zehn Jahren vor. Die Kunstniere filtert die giftigen Abfallstoffe mithilfe einer kleinen Pumpe und spezieller Filterkartuschen aus dem Blut. Zusammen mit Kollegen testete er 2015 dann ein verbessertes Gerät, das Patienten 24 Stunden an einem Gürtel mit sich herumtragen konnten. Doch die Studie mit zehn Patienten wurde wegen technischer Schwierigkeiten abgebrochen. Weitere klinische Studien mit einem verfeinerten Gerät sind geplant.

In Italien arbeitet der Nierenspezialist Claudio Ronco (Vicenza) seit langer Zeit an tragbaren Alternativen – in einer Weste oder als Rucksack. „Wir optimieren gerade die miniaturisierten Komponenten und arbeiten an einem Kreislauf mit Antithrombose-Beschichtung“, erläutert Ronco. Testreif ist die Kunstniere aber noch nicht.

Grundsätzliches Problem: Waschlösung minimieren

Grundsätzlich stehen alle Entwickler von mobilen Dialysegeräten vor mehreren Herausforderungen: Der Gefäßzugang beim Patienten muss sicher sein, damit Blut in der richtigen Menge austritt und es nicht zu Infektionen kommt. Und es gilt Dialyse-Wasser zu sparen: Für die konventionelle Blutwäsche beim Arzt können 170 bis 210 Liter Waschlösung (Dialysat) nötig werden. Der Dialyse-Gürtel von Victor Gura beispielsweise kommt mit nur 0,4 Litern Wasser aus.

Rainer Goldau ans Telefon zu bekommen, das gelingt nicht auf Anhieb, denn er fräst in der Werkstatt an einem Filter für den Prototyp und überhört das Klingeln. Seit er im vergangenen Sommer eine Idee hatte, um den Wasserverbrauch zu minimieren und die Blutreinigung zu vereinfachen, arbeitet er unermüdlich – und vorsichtig optimistisch – an einer tragbaren Kunstniere „Made in Rostock“.

Weste mit Andockstation

„Eis ist ein ganz wunderbarer Filter“, sagt Goldau. In der Tat kann jeder, der als Kind mal ein 10-Cent-Wassereis gelutscht hat, bestätigen, dass nach dem Aussaugen des „Colageschmacks“ nur pures blankes Eis zurückbleibt. Diesen Effekt gefrierenden (Dialysat-)Wassers nutzen die Forscher nun, um den giftigen Harnstoff und die rund 130 sonstigen Toxine abzutrennen, die bei gesunden Menschen einfach mit dem Urin ausgeschieden werden. Ist das Wasser durch Vereisung gereinigt, kann es wiederverwendet werden.

Die Idee der Rostocker und Leipziger geht aber bereits über den Demonstrator hinaus: So könnte die tragbare künstliche Niere aus zwei Teilen bestehen – einer handlichen, per Solarzelle oder Auto-Elektronik betriebenen Basisstation zur sogenannten Kryoreinigung und einer mit Wasser gefüllten Weste, die sich an den Körper schmiegt. „Die Patienten behalten dadurch die Freiheit, ihr Leiden zu verbergen. Viele möchten nicht immer darauf angesprochen werden“, sagt Goldau.

In der Weste fänden insgesamt mehrere Liter frisches und gebrauchtes Dialysat in unterschiedlichen Kammern Platz. Während das Blut durch eine von Dialysat umgebene Filterröhre fließt, würde es gereinigt: Schadstoffe treten durch die Filtermembran in das Wasser über. Alle paar Stunden könnte der Patient dann kurz an der Basisstation andocken. Das gebrauchte Dialysat würde abgelassen und gereinigt. 90 Prozent davon strömten dann recycelt als Frischwasser in die Weste zurück. Noch gebe es aber viele offene Fragen, sagt Goldau. Er möchte die Ergebnisse auf einem großen Fachkongress demnächst präsentieren - eventuell im Mai in Kopenhagen. Goldau hofft, dass dies der weiteren Entwicklung einen Schub gibt. „Die großen Hersteller waren bisher zögerlich“, berichtet Goldau.

Mobile Geräte erfordern viel Eigenverantwortung von Patienten

Nicht für alle Patienten werden mobile Kunstnieren wie die von Victor Gura, Claudio Ronco oder Rainer Goldau infrage kommen. Denn sich selbst zu dialysieren, erfordert viel Eigenverantwortung, Sorgfalt und Disziplin. Für andere ist die Bauchfell-Dialyse, die sie zu Hause durchführen, zumindest eine Zeit lang eine Alternative. Nierenkranke Menschen, die noch im Beruf stehen, könnten aber von dieser innovativen Technologie profitieren – vor allem, wenn sie kaum sichtbar ist. Auch für Nierenkranke in strukturschwachen Regionen, also dort, wo der Zugang zu Fachärzten erheblich eingeschränkt ist, könnte diese innovative Methode eine Alternative sein.

© Medizintechnologie.de/dpa

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