Microsensor maakt maatwerk-nierdialyse mogelijk

Zo’n twee miljoen mensen wereldwijd zijn vanwege nierfalen aangewezen op nierdialyse om hun bloed te zuiveren. Hierbij wordt een buisje op een bloedvat aangesloten en wordt het bloed langs een membraan geleid, met aan de andere kant dialysaat (dialysevloeistof). Doordat de concentratie aan zouten in het bloed hoger is dan in het dialysaat, passeert zout het membraan en komt in het dialysaat. De snelheid waarmee het gebeurt hangt af van het concentratieverschil tussen bloed en dialysaat.
Aangezien de concentratie aan zouten bij verschillende patiënten erg varieert, en de concentratie in dialysaat standaard dezelfde waarde heeft, is de snelheid meestal niet ideaal. Daardoor ontstaan ernstige bijeffecten, zoals hartritmestoornissen en botaantastingen.

Het zou beter zijn om de concentraties in het dialysaat te optimaliseren voor de patiënt. Er bestond echter nog geen betrouwbare techniek om deze concentraties live te monitoren.

Micropilaartjes

Manoj Kumar Sharma heeft hiervoor een oplossing bedacht. Hij ontwikkelde een microsysteem met centraal een microbuisje waardoor dialysaat stroomt. De wanden van het buisje wist hij te bekleden met sensormoleculen, die alleen fluorescerend zijn onder aanwezigheid van een zout, zoals natrium. Hoe meer natrium er in het dialysaat zit, des te sterker de fluorescentie. Om dit effect te versterken, bracht hij micropilaartjes aan in het microbuisje, waardoor er nog meer oppervlak is met sensormoleculen.

Uitlezen

Een laser schijnt op het buisje, en activeert de fluorescentie van de sensormoleculen. Dit fluorescentie-licht vangt Sharma op met glasvezels die hij op het buisje in het microsysteem aansloot. Via de vezels gaat het licht naar een spectrometer voor analyse. Het laserlicht, dat van een andere golflengte is, wordt er eerst uit gefilterd. Daarna kan hij, op basis van de gemeten sterkte van het fluorescentie-licht de natriumconcentraties uitlezen.

Zuivere meting

Belangrijk is dat hij voor elkaar kreeg dat de sensormoleculen niet verstoord worden door andere zouten, waardoor zuivere meting van de concentratie van een specifiek zout mogelijk is. Het ‘microfluïdisch sensorsysteem’ van circa 5×2 centimeter dat de Eindhovense promovendus bouwde, kan natrium accuraat en live te meten. Dit is belangrijkste zout in het bloed. Sharma verwacht dat het relatief eenvoudig zal zijn om het microsysteempje uit te breiden met buissecties bekleed met andere photo-induced electron transfer sensormoleculen (PET), die gevoelig zijn voor de andere essentiële zouten, zoals kalium en fosfaat.

1×1 centimeter

De techniek is relatief goedkoop, stabiel en zeer accuraat. Daarnaast denkt Sharma dat zijn sensorsysteempje kan worden verkleind naar circa 1×1 centimeter, waardoor het makkelijker zal passen in dialysemachines. Ook kan zijn techniek op termijn onderdeel worden van een draagbare kunstmatige nier, een oplossing die het leven van nierpatiënten een stuk eenvoudiger zal maken.

Sharma voerde zijn onderzoek uit in samenwerking met Maastricht UMC + en TNO en met steun van de Nierstichting. Hij promoveert op 29 maart.