Anwendung von Zeolith bei der Behandlung von Niereninsuffizienz

Ein wertvoller „Schatz“ liegt verborgen im Inneren der Präfektur Evros – ein „Schatz“ nicht nur von wirtschaftlichem Wert, sondern auch mit Anwendungen im Gesundheitsbereich – Petrota im Norden von Evros und Kirki bei Alexandroupoli warten auf ihre Erschließung.
Wir haben wiederholt über die von der Natur gesegnete (aber am Rande gelegene und vom Staat vergessene) Präfektur Evros berichtet, die in ihrem Inneren eine „unangetastete Mitgift“ birgt. Zu den nachweislich vorhandenen wertvollen Mineralen gehört auch Zeolith. Ein Mineral, das neben seinem wirtschaftlichen Wert unzählige Anwendungen hat, von der Landwirtschaft und der Industrie bis hin zur Gesundheit. Zu seinen wertvollen Eigenschaften muss heute eine neue Anwendung hinzugefügt werden, die mit der Blutwäsche (Hämodialyse) zu tun hat.
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Einen einfachen Weg, Niereninsuffizienz zu behandeln, haben Wissenschaftler in Japan gefunden: Mithilfe der Nanotechnologie gelang es ihnen, eine Blutprobe von Toxinen zu reinigen. Die Innovation stammt von Forschern des japanischen Internationalen Zentrums für Materialnanoarchitektonik und des Nationalen Instituts für Materialwissenschaften in der Stadt Tsukuba.
Die Wissenschaftler entwickelten ein Netz aus Nanofasern aus zwei Komponenten: einer blutverträglichen primären Polymermatrix und verschiedenen Formen von Zeolithen (natürlich vorkommenden Alumosilikaten). Wie die Wissenschaftler erklären, haben Zeolithe eine poröse Struktur, die Toxine zu adsorbieren vermag, ebenso wie sie Kreatinin im Blut adsorbiert.
Das Netz wurde mit einem kostengünstigen elektrostatischen Verfahren hergestellt, bei dem mithilfe einer elektrischen Ladung Fasern aus einer Flüssigkeit gezogen werden. Die Wissenschaftler stellten fest, dass das Verhältnis von Silizium zu Aluminium im Inneren der Zeolithe eine entscheidende Rolle bei der Adsorption von Kreatinin spielt und dass eine bestimmte Zeolithform die größte Adsorptionsfähigkeit für die Toxine aufweist und zugleich die Eigenschaften mitbringt, die für ein finales Blutwäscheprodukt erforderlich sind.
Laut dem wissenschaftlichen Bericht kann dieses Netz in ein Blutwäscheprodukt integriert werden, das klein genug ist, dass der Patient es am Arm tragen kann. Den Wissenschaftlern zufolge hätte eine solche Lösung zudem einen wirtschaftlichen Vorteil, da sie die Behandlungskosten und die für die Verabreichung benötigte Zeit senken würde.
Wie der Leiter des Forschungsteams, Mitsuhiro Ebara, erklärte, befindet sich die Behandlung zwar noch in einem frühen Stadium und ist noch nicht für den Einsatz am Menschen bereit, doch gibt es bereits deutliche Hinweise darauf, dass das Nanofasernetz bald eine machbare, einfache und kostengünstige Alternative für Patienten mit Niereninsuffizienz darstellen wird, die sich nahezu täglich einer Dialyse unterziehen müssen.
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[Vol.11] A simple way to treat kidney failure
A new technique for purifying blood using a nanofiber mesh could prove useful as a cheap, wearable alternative to kidney dialysis.
Kidney failure results in a build up of toxins and excess waste in the body. Dialysis is the most common treatment, performed daily either at home or in hospital. However, dialysis machines require electricity and careful maintenance, and are therefore more readily available in developed countries than poorer nations. Around one million people die each year worldwide from potentially preventable end-stage renal disease.
In addition to this, in the aftermath of disasters such as the Japanese earthquake and tsunami of 2011, dialysis patients are frequently left without treatment until normal hospital services are resumed. With this in mind, Mitsuhiro Ebara and co-workers at the International Center for Materials Nanoarchitectonics, National Institute for Materials Science in Ibaraki, Japan, have developed a way of removing toxins and waste from blood using a cheap, easy-to-produce nanofiber mesh1. The mesh could be incorporated into a blood purification product small enough to be worn on a patient’s arm, reducing the need for expensive, time-consuming dialysis.
The team made their nanofiber mesh using two components: a blood-compatible primary matrix polymer made from polyethylene-co-vinyl alchohol, or EVOH, and several different forms of zeolites – naturally occurring aluminosilicates. Zeolites have microporous structures capable of adsorbing toxins such as creatinine from blood.
The researchers generated the mesh using a versatile and cost-effective process called electrospinning – using an electrical charge to draw fibers from a liquid. Ebara and his team found that the silicon-aluminum ratio within the zeolites is critical to creatinine adsorption. Beta type 940-HOA zeolite had the highest capacity for toxin adsorption, and shows potential for a final blood purification product.
Although the new design is still in its early stages and not yet ready for production, Ebara and his team are confident that a product based on their nanofiber mesh will soon be a feasible, compact and cheap alternative to dialysis for kidney failure patients across the world.
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Reference
K. Namekawa, M.T. Schreiber, T. Aoyagi, & M. Ebara. Fabrication of zeolite-polymer composite nanofibers for removal of uremic toxins from kidney failure patients. Biomaterials Science (2014) doi: 10.1039/c3bm60263j
Affiliations
The researchers on this project are associated with the following institution: International Center for Materials Nanoarchitechtonics (WPI-MANA), National Institute for Materials Science (NIMS), 1-1 Namiki, Tsukuba, Ibaraki 305-0044, Japan
www.nims.go.jp