Dat is de vraag die Ana Martins Costa en haar collega's aan de Universiteit Twente onderzoeken. Hun antwoord: RenOx, een nieuw soort kunstorgaan dat ooit zowel longen als nieren kan ondersteunen. Het vervangen van de ademhalings- en nierfunctie vereist nu twee aparte apparaten.
Het idee voor RenOx kwam niet voort uit een gepland experiment. Het kwam door een vergissing. Marcus Hormes vergat ooit een van de twee zijden van een kunstlongapparaat aan te sluiten op de zuurstoftoevoer. Toen hij de resultaten controleerde, was de zuurstofvoorzieningsefficiëntie nauwelijks anders. Verbaasd vertelde hij het aan zijn collega, niet in een vergadering, maar tijdens een informeel gesprek in het zwembad.
Die collega was Jutta Arens, nu hoogleraar aan de Universiteit Twente en Ana's promotor tijdens haar promotietraject. Jaren later bleven Jutta en haar partners nadenken over wat die vergeten connectie zou kunnen betekenen. Zou je bewust enkele van de gasuitwisselingsmembranen kunnen vervangen door dialysemembranen? Zou de long dan nog werken? En als dat zo was, kon het dan ook bloed zuiveren?
Jaren onderzoek later ontstond uit die vragen RenOx. "De grootste innovaties komen vaak voort uit het besteden van aandacht aan dingen die niet hadden mogen gebeuren", zegt Ana.
Waarom levensondersteuning nog steeds schade kan veroorzaken
Wanneer iemands longen het begeven en er geen andere conventionele behandelingen kunnen worden toegepast, gebruiken artsen een technologie genaamd ECMO (extracorporeal membrane oxygenation). Deze machine werkt als een kunstlong die zuurstof in het bloed blijft pompen. Wanneer een patiënt een behandeling krijgt met zo'n kunstlong, vallen vaak z'n nieren uit. Het is de op één na meest voorkomende complicatie van deze behandeling en treft tot 70% van de patiënten. Wanneer dit gebeurt, kan dialyse de taak overnemen om gifstoffen eruit te filteren. Maar daarvoor is een tweede machine nodig.
"Patiënten met ECMO of dialyse zijn via meerdere buizen verbonden met grote apparaten", zegt Ana. "En hoewel deze systemen levensreddend zijn, vormt elk extra onderdeel een risico op bloedingen, infectie of stolling. Ze maken herstel moeilijk." Het menselijk lichaam is gewoon niet bedoeld voor al die kunstmatige machines die met bloed in aanraking komen. "Het dialysecircuit bovenop het ECMO-circuit is een tweede, kunstmatig, complex bloedcirculatiesysteem buiten je lichaam", legt Ana uit. "En elke extra slang of pomp verhoogt de risico's."
Eén uitvinding, twee levensreddende functies
RenOx heeft een innovatieve aanpak. In plaats van het bloed door twee aparte circuits te laten lopen, combineert het beide functies in één compact apparaat. Een zeshoek met een paar buizen aan de buitenkant en een grote bundel membranen die zowel kunnen ademen als bloed kunnen reinigen. "RenOx is een 'twee-in-één-orgaanapparaat'", zegt Ana.
In het kern van RenOx bevindt zich een bundel van kleine vezelmembranen, die lijken op een cluster rietjes. Bloed stroomt eromheen terwijl gassen en afval door de poreuze wanden stromen. Dit werkt op dezelfde manier als de longblaasjes in de long en de nefronen in de nier. Dit ontwerp bespaart niet alleen ruimte. Het vereist minder verbindingen met je lichaam en slechts één pomp in plaats van twee, terwijl het ook het aantal kunstmatige oppervlakken dat met je bloed in aanraking komt vermindert, waardoor het risico op stolsel en infectie afneemt.
Van ziekenhuisbed tot draagbare levensondersteuning
Tegenwoordig kunnen patiënten met ECMO nauwelijks hun bed verlaten. De complexe machines die hen in leven houden, houden hen ook aan het ziekenhuis verbonden. Ana en haar collega's hopen dat dat zal veranderen. Ze willen levensondersteunende systemen compact en veilig genoeg maken om ze thuis te kunnen dragen. Zodat patiënten zich vrij kunnen bewegen, ook als ze nog verbonden zijn met een kunstorgaan. "We hopen dat we stap voor stap deze systemen kleiner, lichter en veiliger kunnen maken", zegt Ana. "Hopelijk zijn ze op een dag klein genoeg om te dragen."
De onderzoekers werken ook al aan geminiaturiseerde versies van RenOx en andere kunstorganen, zoals het ArtPlac-project. ArtPlac is een kleine kunstmatige placenta, ontworpen voor premature baby's van wie de longen en nieren nog niet volledig ontwikkeld zijn. Het is een vergelijkbare technologie, aangepast voor de kleinste en meest kwetsbare patiënten die je je kunt voorstellen.
Het creëren van de volgende adem van het leven
De ontwikkeling van RenOx draait niet alleen om medische innovatie. Het gaat erom patiënten hun vrijheid terug te geven. "Stel je voor dat je kunt lopen, praten of zelfs naar buiten kunt gaan terwijl je kunstorganen stilletjes hun werk doen", zegt Ana. "Als ingenieurs werken we aan zo'n toekomst."
Projecten zoals deze laten zien hoe biomedische technologie, materiaalkunde en geneeskunde samenkomen in het TechMed Centrum van de Universiteit Twente om de grenzen van de gezondheidszorg te verleggen. De weg naar een draagbaar kunstmatig long-niersysteem is nog lang, maar elk nieuw experiment brengt die toekomst dichterbij.
