Heading

Van meet af aan heeft Mat Risher gezworen dat dialyse zijn leven niet in de war zou sturen. Hij werkte bij een softwarebedrijf en deed onderzoek naar een simulator voor autoraces, toen hij door nierbeschadiging als gevolg van lupus gedwongen werd om drie keer per week te beginnen met de bloedfilterkuren.

Vijf jaar zijn voorbijgegaan en de sessies hebben zijn vastberadenheid aangetast. De 33-jarige werkt nu parttime. Op goede dagen vindt hij het leuk nieuwe recepten uit te proberen. Op slechte dagen flakkert zijn lupus op en is hij helemaal uitgeput van de onophoudelijke dialyse. “In de tussenliggende periodes heb ik geen sociaal leven, geen afspraakjes,” zegt Risher, die net buiten Seattle, Washington woont. “Ik ben een kluizenaar in mijn kamer geworden.”

Risher heeft relatief veel geluk; hij heeft toegang tot behandeling, terwijl tot zeven miljoen mensen per jaar kunnen sterven zonder die zorg te krijgen1. Maar Risher, lid van een adviesraad voor patiënten van het Center for Dialysis Innovation (CDI) in Seattle, verlangt naar een leefbaarder optie dan dialyse – dat al 50 jaar grotendeels hetzelfde is gebleven.

Wandel een willekeurige instelling binnen, zegt CDI mededirecteur Buddy Ratner, en je vindt een grote machine aan het bed van elke persoon die dialyse ondergaat. “Tegenwoordig hebben ze LCD-schermen en moderne bediening”, zegt hij. “Maar kijk eens naar de foto’s in de jaren zestig van die machines. Ze zien er ongeveer hetzelfde uit als wat we vandaag de dag doen.” De overleving is toegenomen, maar nog steeds leeft slechts 42% van de Amerikaanse patiënten die de meest voorkomende vorm van behandeling krijgen, bekend als hemodialyse, zelfs vijf jaar – korter dan voor veel vormen van kanker.

Ratner behoort tot een internationaal kader van artsen, bio-ingenieurs en ondernemers die werken aan een revolutie in de behandeling van nierfalen, door apparaten te ontwerpen die draagbaar genoeg zijn om mee te nemen naar het werk of om je middel te binden. Sommigen ontwikkelen zelfs kunstnieren die operatief kunnen worden geïmplanteerd.

De complexiteit blijft ontmoedigend. Dialyse bootst het raffinement van de menselijke nier slecht na, en voor betere en draagbaardere versies zijn miniatuurcomponenten nodig en een aanzienlijke vermindering van de benodigde hoeveelheid water. Elke benadering die gebruik maakt van biologische materialen zal ook te maken krijgen met steile regelgevingshindernissen.

Maar een nieuwe golf van financiering helpt om de jarenlange stagnatie te keren. Vorig jaar vaardigde de Amerikaanse president Donald Trump een executive order uit over de gezondheid van nieren, inclusief strategieën om het tekort aan beschikbare nieren voor transplantatie te verminderen, meer dialyse thuis aan te moedigen en onderzoek naar kunstnieren te stimuleren via een partnerschap genaamd KidneyX. Het partnerschap wordt geleid door de Amerikaanse regering en de American Society of Nephrology en is van plan de komende vijf jaar 250 miljoen dollar bijeen te brengen. Vorig jaar heeft het in totaal 1,1 miljoen dollar toegekend aan 15 in de VS gevestigde onderzoeksteams die verschillende stukjes van de dialysepuzzel aanpakken, waaronder groepen die draagbare dialyseapparaten en bio-ingenieur niertransplantaten nastreven.

Wereldwijd vorderen de klinische proeven met draagbare apparaten, en onderzoekers leggen de laatste hand aan een low-tech benadering waarvan zij hopen dat die regio’s in de wereld zal bereiken waar schoon water onbetrouwbaar en dialyse schaars is.

Al deze inspanningen zijn een druppel op een gloeiende plaat vergeleken met de hoge rekening voor de behandeling van mensen die aan een nierziekte in het eindstadium lijden – alleen al in de Verenigde Staten jaarlijks minstens 35 miljard dollar. Maar het veld is optimistisch. John Sedor, nefroloog aan de Cleveland Clinic in Ohio, die voorzitter is van de stuurgroep van KidneyX, voorspelt dat er in de komende vijf jaar een veel draagbaarder apparaat beschikbaar zal zijn, en het eerste draagbare apparaat in het volgende decennium. “Ik denk dat dit een opmerkelijke tijd is en dat we op een kantelpunt staan in ons vakgebied”, zegt hij.

Die innovatie had al veel eerder moeten plaatsvinden, zegt Valerie Luyckx, een nefroloog van het Kantonale Ziekenhuis Graubünden in Zwitserland die onderzoek doet naar de wereldwijde last van nierziekten. Dialyse “is een miljardenindustrie, met vele miljarden winst sinds het begin van de jaren zestig”, zegt ze. “

Een slim orgaan

De nieren zijn complexe en veerkrachtige organen, elk ongeveer zo groot als een vuist. Ze filteren zo’n 140 liter bloed per dag en laten een liter of twee water en afval achter in de vorm van urine.

Elke nier heeft een rasterwerk van ongeveer een miljoen kleine filtereenheden, nefronen genaamd. Het bloed dat een nefron binnenkomt, passeert een cluster van kleine bloedvaten, de glomerulus genaamd. De dunne wanden van de glomerulus zorgen ervoor dat afval, water en andere kleine moleculen kunnen passeren, terwijl grotere moleculen zoals eiwitten en bloedcellen worden tegengehouden. Van daaruit stroomt de gefilterde vloeistof naar de niertubuli, waar de balans van mineralen, water, zouten en glucose wordt gekalibreerd en moleculen die nodig zijn voor lichaamsfuncties weer in de bloedbaan worden opgenomen.

Maar veel medische aandoeningen kunnen de nieren belasten, waaronder diabetes, obesitas en hoge bloeddruk. En deze aandoeningen komen steeds vaker voor. Tegen 2030 zullen wereldwijd naar schatting 5,4 miljoen mensen dialyse of een transplantatie ondergaan, en nog veel meer mensen zullen sterven zonder1.

Voor hemodialyse moeten patiënten meestal naar een kliniek reizen, waar ze worden aangesloten op een machine van meer dan 100 kilo die het bloed van de patiënt door een semi-permeabel membraan filtert, dat is ontworpen om de functie van de glomerulus na te bootsen. Vervolgens wordt een dialyseoplossing op waterbasis gebruikt om de bestanddelen van het bloed weer in evenwicht te brengen en de toxines af te voeren. Hemodialyse is veel beter in het nabootsen van de filtering dan in het bereiken van de subtiele herkalibratie door de nierbuisjes, zegt Jonathan Himmelfarb, de andere co-directeur van het CDI. Gezonde nieren voeren de klok rond subtiele aanpassingen uit, terwijl patiënten slechts 12 uur dialyse krijgen, verdeeld over 3 sessies per week, zegt hij. Als het bloed zo abrupt weer in balans wordt gebracht, kan dat een schok zijn voor het lichaam en duurt het uren voordat het daarvan hersteld is. Dit wordt dialyse washhout genoemd. Risher, die een pendeldienst neemt naar de dialyse, valt op weg naar huis vaak in slaap.

De inefficiënte behandeling is ook erg duur, tot wel 91.000 dollar per jaar per patiënt in de Verenigde Staten. En naast het gebruik van veel water verbruikt de huidige aanpak enorme hoeveelheden stroom en materialen zoals plastic. “We gebruiken enorme hoeveelheden water – het is geen groene therapie,” zegt Sedor.

Daar komt nog bij dat de toegang tot de behandeling over de hele wereld versnipperd is. Niet meer dan een derde van de mensen in Azië krijgt dialyse, en nog minder in Afrika1 (zie ‘Een verwaarloosde behoefte’). En zelfs wanneer patiënten in Afrika ten zuiden van de Sahara met de behandeling beginnen, zijn zij zelden in staat deze langer dan een paar maanden vol te houden2.

De reden hiervoor zijn voor een groot deel de kosten. Zelfs als de overheid de sessies betaalt, moet de familie van de patiënt vaak de rekening betalen voor laboratoriumtests, medicijnen en andere kosten, zegt Gloria Ashuntantang, een nefroloog in het algemeen ziekenhuis van Yaounde in Kameroen. “De meeste van onze patiënten stoppen halverwege met de therapie, nadat ze alle bezittingen hebben verkocht en de kinderen van school zijn gegaan.”

Toch is er een gebrek aan animo geweest om de procedure te verbeteren, deels omdat de behandeling zeer winstgevend is gebleken voor dialyse-aanbieders over de hele wereld, zegt Murray Sheldon, een arts en associate director voor technologie en innovatie bij het Center for Devices and Radiological Health van de Amerikaanse Food and Drug Administration (FDA). “Ze hebben een melkkoe. En er is geen noodzaak om te innoveren.” Dialysebedrijven bestrijden dat argument. Brad Puffer, een in de VS gevestigde woordvoerder van Fresenius Medical Care in Waltham, Massachusetts, zegt dat zijn bedrijf investeert in verbeteringen, waaronder een hemodialyse-apparaat dat een materiaal bevat dat is ontworpen om bloedstolling te verminderen, een potentiële bijwerking die de ontvangers van vandaag medicijnen moeten nemen om te voorkomen.

Nier in een rugzak

Een van de grote problemen met moderne dialyse is dat de machines enorme hoeveelheden water nodig hebben: 120-180 liter voor elke 4-uur durende sessie, zegt Himmelfarb. “Het is duidelijk dat niemand dat bij zich kan dragen, want dat zou tonnen wegen. Er zijn een paar thuismodellen die als draagbaar op de markt worden gebracht: Fresenius verkoopt een apparaat dat patiënten naar eigen zeggen meer mobiliteit geeft. Het weegt 34 kilo en kan worden gebruikt met een thuiskraan, zolang het water aan bepaalde kwaliteitsnormen voldoet. In Seattle hebben CDI-onderzoekers een techniek ontwikkeld waarbij de gebruikte dialyseoplossing door een patroon wordt geperst dat licht gebruikt om ureum – een belangrijk toxine dat bij dialyse wordt verwijderd – om te zetten in stikstof en kooldioxide, zodat de oplossing kan worden gerecycled3. De methode kan 15 gram ureum in 24 uur verwijderen, voldoende voor de meeste mensen met nierfalen, en vereist slechts 750 milliliter oplossing, zegt Himmelfarb.

Het standalone hemodialyse-apparaat van het team kan compact genoeg worden gemaakt om in een rolkoffer te passen, zegt Himmelfarb, en weegt niet meer dan 9 kilo. In het ideale geval zouden patiënten het apparaat dagelijks kunnen gebruiken, zegt hij.

Een andere groep die dialyse kleiner wil maken, is onlangs gevormd door de Nederlandse Nierstichting, het bedrijf voor medische apparatuur Debiotech in Lausanne, Zwitserland, en verzekeraars zonder winstoogmerk. Het nieuwste prototype, dat in 2023 beschikbaar hoopt te zijn voor patiënten, weegt ongeveer 10 kilo en heeft slechts 6 liter vloeistof nodig, aldus Ton Rabelink, nefroloog aan het Leids Universitair Medisch Centrum in Nederland en lid van de medische adviesraad van het bedrijf, NextKidney genaamd. Het apparaat, dat thuis kan worden gebruikt, beperkt de hoeveelheid dialysevloeistof die nodig is door een absorberend materiaal te gebruiken dat de giftige stoffen opneemt, aldus Rabelink.

In Singapore hebben onderzoekers van het medisch-technologisch bedrijf AWAK een nog lichter apparaat getest, een dat niet meer dan 3 kilo weegt. Het is ontworpen voor peritoneale dialyse, een techniek waarbij een katheter wordt gebruikt om dialysevloeistof naar de buikholte te sturen, waar een bekleding (het buikvlies) gifstoffen uit het bloed filtert, zodat ze samen met de oplossing in een lege zak kunnen wegvloeien.

Het AWAK-apparaat maakt gebruik van een pomp en een patroon om gifstoffen uit de gebruikte oplossing te absorberen, zodat die opnieuw kan worden gecirculeerd. Elke dagelijkse behandeling zou zeven tot tien uur duren.

Het bedrijf voltooide in 2018 een veiligheidstest met 15 volwassenen in het Singapore General Hospital. Het meldde geen ernstige bijwerkingen, hoewel sommige patiënten last hadden van buikpijn of een opgeblazen gevoel. Het apparaat is een van de meer draagbare producten in ontwikkeling die de FDA heeft toegezegd te bespoedigen via zijn programma voor “doorbraakapparaten”.

Maar het testen van een apparaat in de gecontroleerde setting van een ziekenhuis is heel anders dan het gebruik ervan in het dagelijks leven, zegt Arshia Ghaffari, een onderzoeker die dialysediensten leidt aan de Universiteit van Zuid-Californië in Los Angeles. Bovendien is het mogelijk dat de constante recirculatie van dialysevloeistof de delicate membranen kan belasten en “het peritoneum sneller kan opbranden”, zegt hij. Een woordvoerder van het bedrijf ontkende deze bezorgdheid en zei dat de vloeistof in kleine hoeveelheden wordt gerecirculeerd, slechts 250 milliliter per keer.

In sommige regio’s van de wereld is peritoneale dialyse geen optie, vanwege de kosten van het vervoer van de zware zakken met oplossing. Een inter-nationale wedstrijd onder leiding van het George Institute for Global Health in Camperdown, Australië, in 2015 zocht naar manieren om de toegang te verbeteren.

De winnende technologie, ontwikkeld door de Ierse ingenieur Vincent Garvey, omvat een lichtgewicht kit die steriele zakken bevat met een droge mix (druivensuiker en zouten), samen met een waterdestillateur ter grootte van een brooddoos, die het water steriliseert dat wordt gebruikt om de mix te maken. Een maandvoorraad kan worden verzonden in een doos die 3 kilo weegt – een grote verbetering ten opzichte van een normale dagvoorraad, die 8 kilo weegt, zegt John Knight, directeur van Ellen Medical Devices in Camperdown, dat werd opgericht om het prototype te ontwikkelen. Knight’s doel is om eind volgend jaar een klinische proef af te ronden.

Nier maken

Onderzoekers van de University of California, San Francisco (UCSF), en de Vanderbilt University in Nashville, Tennessee, hebben uitwendige apparaten omzeild en zich in plaats daarvan gericht op de ontwikkeling van een nierprototype waarvan ze hopen dat het op een dag operatief in het lichaam van een patiënt kan worden geïmplanteerd. Er is geen pomp nodig, omdat de nier wordt aangesloten op de belangrijkste slagaders en wordt aangedreven door de bloeddruk, zegt nefroloog William Fissell van Vanderbilt, die het onderzoek samen met Shuvo Roy van de UCSF leidt.

Het apparaat bevat twee belangrijke onderdelen: een bloedfiltratiesysteem en een herkalibratiemodule met celinfusie. Het filter is gemaakt van siliciummembranen met poriën op nanometerschaal die zijn ontworpen om de glomerulus na te bootsen. De herkalibratiemodule gebruikt tubuluscellen van afgedankte menselijke nieren om de bloedbestanddelen weer in balans te brengen, aldus Fissell.

Laat vorig jaar meldden onderzoekers op een bijeenkomst van de American Society of Nephrology dat zij de eerste veiligheidstest van de herkalibratiemodule bij varkens hadden uitgevoerd, zonder de ernstige problemen die vaak worden gezien bij geïmplanteerde apparaten, waaronder een immuunreactie of bloedstolsels.

Maar Rabelink denkt dat implanteerbare apparaten moeilijker te ontwikkelen zullen zijn, omdat ze afhankelijk zijn van een mix van kunstmatige en biologische elementen, waardoor het ontwerp gecompliceerder wordt en er extra regelgevingshindernissen ontstaan. In de tussentijd denkt hij dat de vooruitgang in het stamcelonderzoek dergelijke inspanningen zou kunnen overtreffen. “Uiteindelijk zou het zoveel beter zijn dan welk apparaat dan ook, om je eigen nierfunctie te laten regenereren of verlengen,” zegt hij.

Maar Fissell en Roy stellen daar tegenover dat stamceltechnieken op andere gebieden, zoals de behandeling van diabetes, maar langzaam vruchten hebben afgeworpen, zodat apparaten zoals geautomatiseerde insulinepompen de weg hebben gewezen. Fissell beschrijft de belangrijkste hindernis van het project als het veiligstellen van voldoende financiering om het apparaat, dat ruwweg de grootte van een frisdrankblikje heeft, op een grotere, gestandaardiseerde schaal te vervaardigen, zodat het door Amerikaanse regelgevers kan worden geëvalueerd. “

Ondanks het vertrouwen van sommige teams denkt Sheldon dat het herscheppen van de verfijning van een nier te complex is voor een enkel team, en waarschijnlijk een mix van techniek en biologie zal vergen, plus veel meer geld. Hij stelde het idee van een internationale coalitie voor op een bijeenkomst van de American Society of Nephrology vorig jaar, en heeft later dit jaar in Europa een reeks bijeenkomsten gepland met belanghebbenden en medische groepen.

Voor Risher en andere patiënten zou toegang tot een draagbaar apparaat bevrijdend zijn, omdat het “die vrijheid en flexibiliteit biedt om dialyse te doen wanneer ik het wil doen”, zegt hij. Als autoliefhebber droomt hij ervan zijn apparaat op de passagiersstoel te zetten en naar de open weg te sturen, met alleen de horizon voor zich