Les personnes qui souffrent d'insuffisance rénale terminale subissent fréquemment une dialyse selon un horaire fixe. Pour les patients, ce lavage artificiel du sang est un fardeau majeur. Pour éliminer les toxines du sang, de grandes quantités d'eau de dialyse pour la clairance sont nécessaires. Jusqu'à présent, il n'y avait pas de solution pour récupérer ce dialysat de manière rentable. C'est pourquoi une méthode de cryo-purification est en cours de développement par les chercheurs de Fraunhofer qui nettoie l'eau sans la perdre. Cette approche ne réduit pas seulement les coûts, elle peut même ouvrir la voie à un rein artificiel portable par un traitement de dialyse à long terme plus doux avec une autonomie complète en eau.

Quelque 90, 000 personnes en Allemagne doivent subir chaque année une dialyse trois fois par semaine pendant quatre à cinq heures, car leurs reins ne fonctionnent plus correctement et ne peuvent pas éliminer suffisamment les toxines. Pendant le traitement, les métabolites nocifs sont éliminés du sang en les transférant à l'extérieur du corps via une membrane semi-perméable dans un liquide de dialyse dédié appelé dialysat. Les pores de la membrane sont si étroits que seules les toxines jusqu'à une certaine taille peuvent les passer. De petites molécules comme l'eau, électrolytes et toxines urémiques—urée, acide urique et créatinine—transitent la membrane dans le liquide de nettoyage, tandis que les grosses molécules telles que les protéines et les cellules sanguines sont rejetées. Le sang entier est remis en circulation et nettoyé environ trois fois par heure.

Le dialysat ne peut être utilisé qu'une seule fois

Pour un traitement de dialyse, environ. 400 litres de dialysat sont nécessaires. Les hôpitaux et centres de dialyse préparent cette eau à l'aide de systèmes d'osmose inverse, qui consomment beaucoup d'énergie et sont chers. Il est difficile que le dialysat ne puisse être utilisé qu'une seule fois, car il disparaît sous forme d'eaux usées après le traitement de purification du sang. Pour traiter 90, 000 patients par an cela nécessite plus de 5,6 millions de mètres cubes d'eau ultrapure. Dans de nombreuses régions du monde, cette exigence n'est pas remplie. Selon les estimations, plus d'un million de personnes meurent chaque année faute d'accès à la dialyse.

"L'eau de dialyse est précieuse. L'eau de dialyse d'un an en Allemagne remplit un cube de 175 m. Jusqu'à présent, il n'y avait pas de méthode rentable pour récupérer le dialysat, " dit le Dr Rainer Goldau, scientifique au Département d'immunomodulation extracorporelle de l'Institut Fraunhofer de thérapie cellulaire et d'immunologie IZI à Rostock, dont les travaux de recherche portent sur ce sujet. Le corps produit environ 25 grammes d'urée par jour. Cette molécule, ayant presque la taille moléculaire de l'eau, passe également la membrane filtrante dans le dialysat. La technique de l'osmose inverse, utilisé pour produire de l'eau potable, n'a pas un taux de rejet suffisant pour l'urée, la rendant impropre à la récupération d'eau de dialyse. Bien qu'il existe des techniques enzymatiques élaborées capables d'éliminer le dialysat de sorte qu'il puisse être réutilisé sur les patients, les filtres et la cartouche nécessaires pour eux sont très chers. Les régions où l'indigence est importante en combinaison avec la rareté de l'eau ne peuvent pas se permettre de telles techniques.

Dialyse avec l'eau intrinsèque du patient

Le Dr Goldau étudie donc une autre variante appelée cryo-purification, qui est basé sur la concentration de congélation connue des industries des boissons. L'objectif est de récupérer plus de 90 % de l'eau extraite des patients par cette méthode. L'idée est de concentrer les toxines uniquement dans les deux ou trois litres d'eau par jour qui doivent être éliminés de toute façon lors de chaque dialyse. Les patients peuvent remplir cette eau en buvant. Le reste, généralement 25 à 30 litres par jour, est nettoyé et renvoyé en dialyse. "Dans nos expériences, le volume d'eau qui doit être jeté est inférieur à 10 pour cent. Cette quantité est nécessaire pour filtrer les toxines. Ainsi, en matière de surconcentration, notre technique est presque aussi efficace que les reins eux-mêmes, " dit Goldau. De cette façon, le chercheur et son équipe souhaitent mettre en place une dialyse adéquate qui utilise les propres ressources en eau du patient sans déshydratation. Les filtres et cartouches coûteux ne seraient plus nécessaires.

Mais comment fonctionne la cryo-purification ? Il tire parti de la capacité des cristaux de glace pour exclure toutes les contaminations précédemment dissoutes. Ils sont repoussés à la surface du cristal. "Les cristaux de glace formés lorsque l'eau gèle ont la capacité d'expulser simultanément les impuretés. Cela permet de séparer toutes les toxines urémiques, c'est-à-dire les déchets métaboliques que le corps a besoin d'éliminer via l'urine, " explique Goldau. Cette procédure peut être mise en œuvre dans les colonnes de lavage habituelles dans les industries des boissons ou de la chimie. Pour la dialyse mobile, une petite colonne de lavage suffit pour produire 30 à 40 ml/min de dialysat. Pour préparer du dialysat frais, seule une petite quantité d'énergie est nécessaire. L'électricité pourrait être tirée arbitrairement du secteur, une batterie de voiture ou des panneaux solaires. Un démonstrateur de laboratoire respectif avec un refroidisseur est en cours de construction et une demande de brevet a été déposée pour le processus. Les chercheurs travaillent actuellement sur une solution automatisée, pour le développement desquels ils ont encore besoin du soutien de partenaires industriels.

Rein portable pour dialyse à domicile

"Notre forme de dialyse peut même être conçue pour être mobile - une hémodialyse portable serait réalisable." Dans la vision du chercheur basé à Rostock, le patient dispose d'un accès vasculaire par lequel le sang et l'excès d'eau sont extraits et renvoyés. Celui-ci est relié à un gilet avec une membrane filtrante de dialyse, qui contient des chambres à eau jetables jusqu'à 4 litres de volume. Toutes les deux ou trois heures, le patient connecte le gilet à une unité de base non stationnaire, qui rince les déchets de dialysat et remplit d'eau douce, à la fois au cours de la même période, il faut une personne en bonne santé pour aller aux toilettes.

La dialyse actuelle dans les hôpitaux exerce une pression énorme sur le corps et affecte considérablement la qualité de vie des patients. Selon des études, seulement entre 20 et 40 pour cent des patients sont encore en vie après dix ans. Avec une dialyse à long terme qui est indépendante de l'eau du robinet et peut être effectuée à tout moment à la maison ou au travail, le taux de morbidité et les coûts de la dialyse pourraient être réduits. En outre, il serait également disponible pour les personnes vivant dans les ceintures de sécheresse dans le monde entier. Un autre avantage est que les centres de dialyse et les hôpitaux pourraient réduire leurs coûts d'eau. Goldau estime que son procédé pourrait économiser 90 pour cent de l'eau - et donc aussi des eaux usées - utilisées pour la dialyse, car il est dans un cycle de récupération. "La plupart de l'eau est recyclée." Le physicien s'attend à ce que le système soit prêt pour le marché environ cinq à sept ans après le début du développement.