Die Zukunft der Nephrologie

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Neue Dialysegeräte, die künstliche Niere, mehr Transplantationsmöglichkeiten – oder doch das ultimative Medikament gegen das Fort­schreiten der chronischen Nierenkrankheit? Welche Entwicklungen werden die Nephrologie in den kommenden Jahren bestimmen, auf was dürfen Patienten hoffen? Wissenschaftler und Ärzte geben Antworten.

Erinnern Sie sich noch an Ihr erstes Mobiltelefon? Bis Mitte der 1990er-Jahre hielten Handynutzer riesige „Knochen“ an ihr Ohr. Jahr für Jahr brach­ten die Hersteller dann im harten Wettbewerb immer kleinere Geräte auf den Markt, irgend­wann waren sie wenig mehr als eine Streichholz­schachtel groß und ließen sich auf- und zuklap­pen. Und dann, im Jahr 2007, gab es auf einmal etwas ganz Neues: das Smartphone, mit einem Touchscreen zum Wischen und nutzbar wie der Computer am Schreibtisch.

Forschung und technischer Fortschritt haben ei­nen ganzen Markt und mit ihm das Leben der Menschen umgekrempelt. Auf eine ähnliche Ent­wicklung hofft für die 2020er-Jahre die Nephrolo­gie – um die Zahl der weltweit Millionen von Menschen zu reduzieren, die jährlich an chroni­schem Nierenversagen sterben, und um die Situa­tion der Dialysepatienten zu verbessern. Nach wie vor die gute Nachricht ist: Die Nephrologie ist das einzige Fach in der Medizin, das den Ausfall eines lebenswichtigen Organs, der Niere, über längere Zeit ausgleichen kann. Die Dialyse ist eine der großen Erfolgsgeschichten der Medizinwis­senschaft.

Die Hoffnung auf ein längeres und leichteres Le­ben für nierenkranke Patienten ruht auf mehre­ren Füßen. Da wären beispielsweise kleinere Dia­lysegeräte und damit die Chance auf mehr Heim­dialyse genauso wie mehr zur Verfügung stehen­de Spenderorgane oder gar die Chance auf die Xe­notransplantation, die Einpflanzung von Tieror­ganen. Es gibt scheinbar weit fortgeschrittene Forschungen zur implantierbaren künstlichen Niere. Auch mit der Reproduktion im 3D-Drucker wird bereits experimentiert. Und schließlich gibt es die Hoffnung auf neue Arzneimittel. Denn noch liegen für akutes Versagen und chronische Funk­tionsstörungen der Niere keine Medikamente vor.

Neue Geräte, mehr Heimdialyse

Dr. Benno Kitsche ist ärztlicher Leiter des KfH-Nierenzentrums Köln-Merheim und Beauftragter des KfH zur Förderung und Weiterentwicklung der Heimdialyse. Er sagt, der technische Stand der heute genutzten Dialysemaschinen sei exzel­lent. „Im KfH haben wir die besten Dialysemaschi­nen zur Verfügung, die es gibt. Wir sind aber jetzt an einem Punkt, an dem die Geräte, die uns zur Verfügung stehen, nicht mehr großartig weiter­entwickelt werden können. Wir mußten daher in­nehalten und uns die Frage stellen: Müssen wir Dialyse neu defi­nieren?“

Bisher gehen die meisten Patienten dreimal die Woche für je rund vier Stunden ins Zentrum zur Dialyse. „Ich bin überzeugt, daß eine häufigere Frequenz die beste Dialyse wäre, die wir anbieten könnten“, sagt Kitsche. Den Weg dorthin könnten neue, kleinere Dialysegeräte ebnen. Kitsche be­richtet: „Wir testen gerade mit einigen wenigen Patienten Geräte, die transportabel sind und das Dialysat selbst aufbereiten können. Sie ermögli­chen den Patienten mehr Lebensqualität durch Unabhängigkeit von der täglichen Routine eines Nierenzentrums. Damit wird auch häufigeres Dia­lysieren leichter.“

Die geringe Größe des Gerätes eines US-Herstel­lers, der im Februar 2019 von einem deutschen Unternehmen übernommen wurde, bringt Patien­ten einen wichtigen Vorteil: Mobilität. Und die Handhabung für die Heimhämodialyse ist denk­bar einfach. Kitsche erklärt: „Natürlich ist weiter­hin das Punktieren Voraussetzung, aber die Schläuche müssen nicht mehr gelegt werden. Al­les ist in einer Kassette. Klappe auf, Kassette rein, Klappe zu, den Filter anhängen und schon ist die Dialyse startklar.“

Kritische Punkte: Die Patienten müssen wegen der Slow-Motion-Technik etwas häufiger dialysie­ren und es entsteht mehr Müll, da die Kassette nach dem Dialysieren weggeworfen wird. Dage­gen steht jedoch der geringe Wasserverbrauch. Durch die Slow-Motion-Technik benötigen diese Geräte nur rund 10 bis 20 Prozent der Wasser­menge, die heute Dialysemaschinen üblicherwei­se verbrauchen. Kitsche rechnet vor: „In Deutsch­land dialysieren rund 90.000 Patienten dreimal wöchentlich und benötigen pro Dialyse im Schnitt 250 Liter. Wir brauchen dafür also mindestens 67.500.000 Liter Trinkwasser pro Woche!“ Die neuen Geräte leisten einen weiteren Beitrag zur Gesundheitsökologie: Sie können ihr Dialysat aus Leitungswasser herstellen.

Wasser ist für die Dialyse der Zukunft ein wichti­ger Grundstoff, wie schon heute der Transport von Flüssigkeiten zu den Zentren und zu den Heimdialysepatienten von großer Bedeutung ist. „Wir transportieren immer noch sehr viele Flüs­sigkeiten zu unseren Patienten“, berichtet Klaus Staub, Leiter der Materialwirtschaft (Einkauf und Logistik). „Idealerweise werden die Flüssigkeiten künftig zunehmend dort entstehen, wo sie ge­braucht werden. Bei vielen Zentren ist das heute schon der Fall. Wir liefern das Pulver, die Dialysef­lüssigkeit wird vor Ort hergestellt. Das schont Ressourcen und hilft unserem Klima.“

Noch stehen einem breiten Einsatz von kleineren, wassersparenden Dialysegeräten ihre wesentlich höheren Kosten im Weg. Heimdialyseexperte Kit­sche ist trotzdem überzeugt, daß sie der richtige Weg sind. „In Deutschland haben wir einen Anteil der Heimhämodialyse an den gesamten Dialyse­verfahren von 0,8 Prozent, unsere Nachbarn, die Niederlande und Dänemark, liegen bei 6 Prozent, Neuseeland bei 18 bis 20 Prozent.“

Um Patienten eine möglichst hohe Lebensqualität zu erhalten, sollte seiner Ansicht nach die Heim­dialyse verstärkt vorangetrieben werden. „Wir sind die Pioniere auf diesem Gebiet. Der Unter­versorgung in Deutschland trat das KfH nämlich zunächst mit dem Ausbau der Heimdialyse entge­gen. Da wir heute wissen, daß die Patienten durch eine häufigere und längere Behandlung gesünder und länger leben, haben wir daran wieder ange­knüpft und fördern die Heimdialyse stärker.“

Hans-Holger Bleß ist geschäftsführender Gesell­schafter des Instituts für angewandte Versor­gungsforschung (inav) in Berlin. Der Pharmazeut hat sich intensiv mit dem künftigen Versorgungs­bedarf der Dialyse und speziell dem Potenzial der Heimdialyse beschäftigt und dazu Gutachten ver­faßt. Bleß möchte aber den Präventionsgedanken in den Vordergrund rücken: „Es fängt ganz vorne an. Vor allem benötigen wir eine vernünftige Pri­märprävention. Wir haben bei den Nierenschäden zugrunde liegenden Erkrankungen, insbesondere bei Diabetes und Bluthochdruck, nach wie vor eine Zunahme und erhebliche Versorgungsdefizi­te. Die Verhinderung der Erkrankung wäre ein ganz wesentlicher Ansatz.“

Das hat auch die Weltgesundheitsorganisation WHO erkannt und kürzlich in ihre Zielverordnung aufgenommen. Läßt sich die Dialysepflicht nicht umgehen, sprechen viele Vorteile für die Heim­dialyse, die als Peritoneal- oder Hämodialyse durchgeführt werden kann. Sie unterstützen könnte auch der Prozeß der Digitalisierung mit neuen Möglichkeiten wie beispielsweise der Vide­o-Sprechstunde. Verfahren der Telemedizin „wer­den grundsätzlich kommen“, sagt Bleß, und er kann sich dies auch für das Heimdialyseverfahren vorstellen.

Xenotransplantation und Kunstniere

Neben dem Blick auf strukturelles Veränderungs­potenzial wird die Zukunft der Nephrologie vor allem von der Wissenschaft gemacht. Für Aufse­hen sorgte im August die Meldung, wonach japa­nische Forscher menschliche Zellen in Tier­embryo­nen einpflanzen. So könnten irgend­wann einmal auf den Menschen übertragbare Or­gane gewonnen werden.

Schon seit langer Zeit kursiert die Idee, Tiere als Ersatzteillager für Menschen zu nutzen. Forscher suchen nach Wegen, tierische Organe durch Gen­veränderungen so weit zu verändern, daß sie transplantiert werden können. Beispielsweise planen Wissenschaftler in den USA, genmodifi­zierte Schweinenieren schwer kranken Dialysepa­tienten zu verpflanzen. Es wird berichtet, daß Af­fen in Pilotversuchen damit fast ein Jahr lang überlebten. Momentan gelingt es noch nicht, mit den zur Verfügung stehenden Immunsuppressiva die hyperakute Abstoßung eines dem Menschen fremden („xeno“) Transplantats dauerhaft zu un­terdrücken.

Vielleicht liegt da die implantierbare Kunstniere doch näher? Diesen Weg haben US-Wissenschaft­ler an der University of California in San Francis­co eingeschlagen. Im kaffeebechergroßen Gerät, welches die Gruppe „The Kidney Project“ entwi­ckelt hat, arbeiten laut deren Angaben zwei Mo­dule zusammen: „Ein Hämofilter reinigt das an­kommende Blut zu einem wäßrigen Ultrafiltrat, das gelöste Toxine sowie Zucker und Salze ent­hält. Zweitens verarbeitet ein Bioreaktor von Nie­renzellen das Ultrafiltrat und schickt die Zucker und Salze zurück ins Blut. Dabei wird auch Was­ser wieder in den Körper aufgenommen und das Ultrafiltrat in ‚Urin‘ konzentriert, der zur Aus­scheidung in die Blase geleitet wird.“

Der Proto­typ des Hämofilters auf Mikrochip-Basis sei be­reits bis zur Dauer von einem Monat „ohne ernst­hafte Komplikationen“ an Tieren getestet worden.

Die sehr werblich gehaltene Darstellung sollte in­des mit der nötigen Distanz betrachtet werden, das sieht auch Florian Schmieder so. Er ist Exper­te für mikrophysiologische Systeme und forscht am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahl­technik (IWS) in Dresden. Eine funktionie­rende Implantation des in San Francisco entwi­ckelten Geräts kann sich Schmieder nicht vorstel­len. Zudem sei kein wesentlicher Fortschritt ge­genüber der herkömmlichen Dialyse zu erkennen. Weder die Hormonbildung noch die Steuerung des Blutdrucks könne eine solche künstliche Nie­re bieten. Von Vorteil wäre nur die permanente Dialysefunktion.

Dennoch ist die Vision der künstlichen Niere wo­möglich gar nicht so weit weg. Schmieder und Kollegen arbeiten am Fraunhofer-Institut mit Zellkulturen in Visitenkartengröße, die Funkti­onsmechanismen der menschlichen Organe nach­bilden. Im Prinzip enthalten die künstlichen mi­krophysiologischen Systeme all das, was man im menschlichen Körper findet: Blutgefäße, Blut, verschiedene Zelltypen, Zellträger, Speicherreser­voire, Pumpsysteme – nur eben als technische Bauteile. Die eingebrachten Zellkulturen ahmen die Organe oder Organteile nach, während im Ge­fäßnetz blutähnliche Flüssigkeiten zirkulieren, angetrieben von einer Minipumpe.

Nierenzellen auf einem Chip können genutzt werden, um ohne Tierversuche Medikamente zu testen und Krank­heitsprozesse der Niere nach­zustellen. Recht bald, schätzt Schmieder, werden die Ergebnisse helfen, patientenspezifische The­rapien zu opti­mieren. Zum anderen forschen die Dresdner Wis­senschaftler in Richtung Organ­ersatz: Sie ahmen eine Embryogenese nach, lassen sozusagen eine kleine Niere nachwachsen. „Von der Größe her sind wir bei einem Vierzehntausendstel einer ausgewachsenen Niere“, erläutert Schmieder.

Das tragbare Dialysegerät

In der wissenschaftlichen Entwicklung schon weiter vorangeschritten ist das tragbare Dialyse­gerät, etwa in einer Weste oder als Rucksack. Dar­an arbeiten Forscher zum Beispiel in den USA, in Italien und auch in Deutschland. Herausforderun­gen dabei: Der Gefäßzugang beim Patienten muß sicher sein, und es muß Dialysewasser gespart werden. Während für eine konventionelle Blutwä­sche im Schnitt 250 Liter Waschlösung benötigt werden, muß ein tragbares Gerät mit viel weniger auskommen. An der Minimierung des Wasserver­brauchs forscht eine Projektgruppe des Fraunho­fer-Instituts für Zelltherapie und Immunologie (IZI) und der Uniklinik Rostock.

Physiker Dr. Rainer Goldau tüftelt derzeit an einer verblüffenden Lösung: Als Filter wird Eis genutzt. Goldau hat die Wasserversorgung der Dialyse so konzipiert, daß dafür Wasser verwendet wird, das dem Patienten zuvor im Rahmen der Dialyse entzogen wurde. Das Wasser kann der Patient in einer Weste zusammen mit einem Mini-Dialysa­tor direkt am Körper oder in einem kleinen Ruck­sack bei sich tragen. Zur Reinigung des Wassers verbindet der Patient die Weste alle paar Stunden mit einer Basisstation, die nach dem Prinzip der Kryoreinigung funktioniert: Wasser befreit sich beim Gefrieren selbst von Abfallstoffen und Gif­ten. Denn in entstehenden Eiskristallen werden keine Fremdmoleküle eingebaut, auch kein Harn­stoff. „Alle fremden Stoffe werden im Moment des Gefrierens auf der Oberfläche und in den Zwi­schenräumen der Eiskristalle gelagert“, erläutert Goldau. Gelingt es, die Eiskristalle vor dem Auf­tauen schonend zu waschen, ist das Wasser von seiner gesamten Verunreinigung getrennt. Wir kennen diesen Effekt: Nach dem Aussaugen des „Geschmacks“ bei einem Wassereis bleibt das pure Eis zurück.

Im Grunde, so erklärt Goldau, handelt es sich um das Gegenteil eines Verfahrens in der Getränkein­dustrie, wo beispielsweise Fruchtsaft vor dem Transport das Wasser entzogen wird. „Da ver­wirft man das Wasser und verschickt das Konzen­trat. Das Konzentrat ist bei dem Verfahren, das ich mir Schneemann-Vektor-Bild überlegt habe, das Äquivalent des Urins. Wir verwerfen den Urin und benutzen das Was­ser, das übrig bleibt, für die nächste Waschrunde in einem Kreislauf.“ Labormessungen zufolge ist die Reinigungskraft des Eises enorm. „Wir schaf­fen es, den Harnstoff und alle weiteren 130 Gift­stoffe des Blutes in ungefähr fünf bis zehn Pro­zent des Wassers zu konzentrieren und 90 bis 95 Prozent sauberes Wasser zu erhalten. Die geringe Menge an Wasser, die verworfen wird, entspricht mehr oder weniger dem, was die Patienten an Wasser ohnehin verlieren müßten.“

Noch, sagt Wissenschaftler Goldau, befinde sich dieses Verfahren in einer frühen Entwicklungs­phase, Experimente stimmen die Forscher aber zuversichtlich. Der Verzicht auf eine zusätzliche Wasserinstallation könnte Heim- wie Zentrums­patienten zu ungeahnter Mobilität verhelfen und Kosten senken. Und das nur, weil ein einfaches Naturgesetz nutzbar gemacht wird.

Kommen neue Medikamente?

Besser als jede verbesserte Dialyse oder mehr Transplantationsoptionen ist die Prävention einer chronischen Nierenerkrankung oder die Entwicklung von Medikamenten dagegen. Der Hoffnun g Auftrieb gaben im vergange­nen Frühjahr beim Welt-Nierenkongreß in Mel­bourne vorgestellte Studiendaten: Danach konnte bei Diabetikern das Fortschreiten der chroni­schen Nierenkrankheit mit dem Arzneistoff Ca­nagliflozin verlangsamt werden. Prof. Dr. Jan C. Galle, Sprecher der Deutschen Gesellschaft für Nephrologie (DGfN), sagt: „Seit Jahrzehnten trat die Forschung auf der Stelle und verschiedene Substanzen, mit denen man die Progredienz der chronischen Nierenkrankheit aufzuhalten hoffte, versagten spätestens in der dritten Phase der kli­nischen Prüfung und erwiesen sich als unwirk­sam oder gar gefährlich.“

Nun stelle das Ergebnis der internationalen Stu­die „einen echten Durchbruch“ dar: Das relative Risiko, den renalen Studienendpunkt, bestehend aus Erreichen der Dialysepflichtigkeit, Verdopp­lung des Serum-Kreatinins oder dem renalen Tod, bei den untersuchten Patienten zu erreichen, konnte durch das Medikament um etwa ein Drit­tel reduziert werden. Auch das Risiko, an Herz- oder Gefäßerkrankungen zu versterben, war bei den mit Canagliflozin behandelten Patienten hochsignifikant geringer.

Schon vorher gab es Erkenntnisse, daß die soge­nannten SGLT2-Hemmer, in diesem Fall Em­pagliflozin, entsprechend wirken. „Die SGLT2-In­hibitoren sind eine wesentliche Entwicklung“, be­stätigt der Nephrologe und Wissenschaftler Prof. Dr. Thomas Benzing. „Natürlich kann man die Dia­lysemaschinen verbessern, aber das primäre Ziel muß sein, Dialysetherapie zu verhindern.“

Die große Zukunftsfrage der Nephrologie ist: Welche der geschilderten Entwicklungen schafft wann den Durchbruch respektive eine „Serienrei­fe“, um die Leiden nierenkranker Patienten zu lin­dern, das Fortschreiten der Krankheit zu stoppen oder ihre Nieren wie selbstverständlich zu ersetzen? Was wird das Smartphone der Nephrologie? Vielversprechende Ansätze gibt es.

aus: KfH aspekte 3-19, auch Fotos