Studenten bouwen toestelletje om nierproblemen te detecteren

Veertien KU Leuven-studenten hebben een diagnosetoestel gebouwd dat het bloed van nierpatiënten in vijf minuten kan analyseren. Een goedkoop, draagbaar en snel alternatief voor de huidige dure en trage toestellen. Met hun ontwerp kaapten de studenten onlangs drie prijzen weg op de SensUs-wedstrijd, een internationale competitie rond biosensoren in de gezondheidssector.

De wedstrijdopdracht draaide rond het detecteren van nierfalen, vertelt Hannah Agten, studente industrieel ingenieur en één van de teamleden. "Of je nieren goed functioneren of niet, kan je aflezen aan de hoeveelheid creatinine in het bloed of de urine. Creatinine is een afvalstof van onze spieren die via de bloedbaan naar de nieren wordt gebracht. Daar wordt ze uitgefilterd en dan afgescheiden via de urine. Filteren de nieren niet goed, dan krijg je dus een te hoog niveau van creatinine in het bloed en een te laag niveau in de urine. Onze taak was om de creatinine in het bloedplasma – bloed zonder bloedcellen – te meten. En dat met een toestel dat direct resultaat gaf en voor een haalbare prijs geproduceerd kan worden."

Momenteel gebeuren dergelijke analyses met spectrofotometers: grote en dure laboratoriumtoestellen waarvan de resultaten niet direct beschikbaar zijn voor de patiënt. Er bestaan al wel snellere sensoren die buiten het lab te gebruiken zijn, maar het prijskaartje daarvan is te hoog voor particulieren.

Het studententeam bouwde een biosensor: een apparaat dat een molecule kan opmeten in een monstertje van biologisch materiaal. "Het biologisch materiaal is bij ons een staaltje bloedplasma van een nierpatiënt en de molecule die we opmeten is creatinine. Als je in onze biosensor een bloedstaal inbrengt, krijg je een reactie van creatinine met eiwitten. Hoe meer creatinine, hoe meer roze de oplossing wordt. Na vijf minuten kan je aflezen wat de concentratie van creatinine is en weet je dus of er een probleem is of niet."

Tegen de klok

Na negen maanden werk moesten alle teams in Eindhoven in september 2016 hun biosensor voorstellen en testen tijdens de SensUs-wedstrijd. "We kregen achttien plasmastalen waarvan we de creatinineconcentratie moesten bepalen, en dat tegen de klok." Het KU Leuven-team was het enige team dat telkens de juiste waarden wist te meten. "We wonnen drie van de vier prijzen: de award ‘analytical performance’ voor de goede en snelle werking van onze biosensor; de ‘public inspiration’-prijs voor onze presentatie; en de award ‘translation potential’ voor de mogelijke toepassingen van dit toestel." 

Die laatste zijn legio, legt Hannah uit: "Ons prototype kan maar één molecule testen, maar je zou dit kunnen uitbreiden naar andere molecules, zodat je alle nierziektes kan testen. Je zou het ook met urine kunnen laten werken in plaats van met bloed, of je zou molecules kunnen opmeten die andere aandoeningen aanduiden. Een draagbaar toestel als dit kan ook interessant zijn voor artsen in rusthuizen en voor thuisverplegers – hun patiënten kunnen zich niet of moeilijk verplaatsen. Zelfs voor dierenartsen kan deze biosensor zijn nut hebben. We zouden ons meettoestel ook kunnen verkleinen tot een apparaat dat je op een smartphone kan klikken."

"Een draagbaar toestel als dit kan ook interessant zijn voor artsen in rusthuizen en voor thuisverplegers – hun patiënten kunnen zich niet of moeilijk verplaatsen."

Lab-on-a-chip

Het onderzoeksteam van professor Jeroen Lammertyn, die aan de KU Leuven coördinator is van het SensUs-team, gaat deze biosensor dan ook verder ontwikkelen: "Het apparaat van onze studenten kan met wat aanpassingen een heuse lab-on-a-chip worden. Je moet je dat voorstellen als een klein glazen plaatje, met daarop microkanaaltjes met de dikte van een menselijk haar. Door die kanaaltjes kan je bloed of urine laten vloeien, waarbij de chip dan zeer precies en snel biomerkers van ziektes – hier dus nierfalen – kan opmeten. We werken aan een wetenschappelijke publicatie hierover en vragen een patent aan voor de technologie", legt Lammertyn uit. 

"De eerste editie van de SensUs-competitie is voor ons dus zeker geslaagd. Volgend jaar wil de wedstrijd biosensoren voor hart- en vaatziekten promoten. We zoeken nu studenten voor een nieuw team", vervolgt Lammertyn. Volgens Hannah is deelnemen een aanrader. "Op onze faculteit doen we al veel projectwerk, maar dat is steeds met studenten met dezelfde achtergrond. Bij deze wedstrijd gaat het om een multidisciplinair project: in de groep zaten ingenieurs, bio-ingenieurs, chemici en studenten die een biomedische opleiding volgen. Die verschillende invalshoeken vond ik leuk; ik heb er ook veel van opgestoken én uren laboratoriumervaring opgedaan."

Ilse Frederickx, KU Leuven

http://kuleuven.sensus.org/

http://www.sensus.org/

groep

Het team studenten met op de voorgrond het toestel voor nierfalen.  V.l.n.r.: Pieter Piron, Jens Lepoudre, Osamah Al-Ghezi, Hannah Agten, Jolien Breukers, Ellen Staljanssens, Robbe Saesen, Linye Lyu, Rani Soenen, Florian De Rop, Olivier Bollen, Jehan Nozer Taraporewalla. Niet op foto: Maria Katsafadou en Shoera Sels. (foto: KreaSensa, KU Leuven)