ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΥΠΟΒΟΗΘΟΥΜΕΝΗ ΑΙΜΟΚΑΘΑΡΣΗ

1. ΜΑΓΝΗΤΙΚΑ ΥΠΟΒΟΗΘΟΥΜΕΝΗ ΑΙΜΟΚΑΘΑΡΣΗ ΠΑΝΟΣ ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΣΕΜΙΝΑΡΙΟ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΕΜΦΕ ΕΜΠ Επιβλέπων: Δ. Σταμόπουλος 25 ΜΑΪΟΥ 2010

2. ΔΙΑΡΘΡΩΣΗ ΕΡΓΑΣΙΑΣ • Λειτουργία Νεφρών – Χρόνια Νεφρική Νόσος (ΧΝΝ) • Τεχνητός Νεφρός • Ιδέα της Μαγνητικά Υποβοηθούμενης Αιμοκάθαρσης (ΜΥΑΚ) • In Vitro πειράματα ΜΥΑΚ σε εργαστηριακό πάγκο και τεχνητό νεφρό • Συμπεράσματα • Αναφορές ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

3. ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΝΕΦΡΩΝ • Τα νεφρά • παράγουν ορμόνες • φιλτράρουν τα απόβλητα του αίματος • απεκκρίνουν επιλεκτικά ουσίες (τοξίνες) μέσω των ούρων • Οι τοξίνες • παράγονται φυσιολογικά από τον οργανισμό (μεταβολικά παράγωγα πρωτεϊνών) • εισάγονται στο σώμα ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

4. ΧΡΟΝΙΑ ΝΕΦΡΙΚΗ ΝΟΣΟΣ • Μερικοί παράγοντες που βλάπτουν τη λειτουργία των νεφρών είναι • η υπέρταση • ο σακχαρώδης διαβήτης • η υπερχοληστερολαιμία • Το αποτέλεσμα των παραπάνω συνδυασμένων παραγόντων οδηγεί σε μια σύνθετη διαταραχή, γνωστή ως Μεταβολικό Σύνδρομο • Σταδιακά οδηγούμαστε στη Χρόνια Νεφρική Νόσο (ΧΝΝ) ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

5. ΝΕΦΡΙΚΗ ΝΟΣΟΣ ΤΕΛΙΚΟΥ ΣΤΑΔΙΟΥ • Η ΧΝΝ διακρίνεται σε 5 στάδια ανάλογα με τη δυνατότητα λειτουργίας των νεφρών • Στο τελευταίο στάδιο αυτή η δυνατότητα θεωρείται αμελητέα • Οι τοξίνες συσσωρεύονται με ταχύτερο ρυθμό απ’ ότι αποβάλλονται • Ο ασθενής θεωρείται ότι έχει Νεφρική Νόσο Τελικού Σταδίου (ΝΝΤΣ) • Απαιτείται θεραπεία υποκατάστασης μέσω Αιμοκάθαρσης (ΑΚ) ή Περιτοναϊκής Κάθαρσης ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

6. ΤΕΧΝΗΤΟΣ ΝΕΦΡΟΣ • Κατά τη συνεδρία ΑΚ το αίμα διέρχεται από ένα τεχνητό νεφρό μέσω εξωσωματικής γραμμής κυκλοφορίας Φιλτράρισμα • Οι εξωτερικές γραμμές αίματος συνδέονται μέσω 2 βελόνων με το αρτηριοφλεβικό δίκτυο στο βραχίονα του ασθενούς ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

7. ΤΕΧΝΗΤΟΣ ΝΕΦΡΟΣ – ΦΙΛΤΡΟ ΑΚ • Το σημαντικότερο σε ένα τεχνητό νεφρό είναι το φίλτρο ΑΚ • Αποτελείται από 2 διαφορετικά τμήματα που χωρίζονται με μια ημιδιαπερατή μεμβράνη Διαδικασίες Διάχυσης & Μεταφοράς • Στο ένα τμήμα ρέει το αίμα του ασθενούς και στο άλλο ρέει το διάλυμα ΑΚ σε αντίρροπες ροές ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

8. ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΣΥΜΒΑΤΙΚΗΣ ΑΚ • Δεν αφαιρούνται ικανοποιητικά τοξίνες μεσαίου και μεγάλου μοριακού βάρους και αυτές που συνδέονται μόνες τους με πρωτεΐνες • Μερικές τέτοιες τοξίνες είναι • Ομοκυστεΐνη (Hcy)Υπεροκυστεϊναιμία • β2-μικροσφαιρίνη (β2-m)Αμυλοΐδωση • π-κρεσόλη ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

9. ΜΕΙΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΣΥΜΒΑΤΙΚΗΣ ΑΚ Αμυλοΐδωση Υπεροκυστεϊναιμία Καρδιαγγειακές παθήσεις Πρόωρη αθηροσκλήρωση Απώλεια μνήμης Alzheimer Θρομβωτικά επεισόδια Καρδιαγγειακές παθήσεις Πρόωρη αθηροσκλήρωση Προβλήματα στο πεπτικό σύστημα Διαταραχές σε οστά, συνδέσμους, τένοντες, αρθρώσεις ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

10. ΙΔΕΑ ΤΗΣ ΜΥΑΚ • Τοξίνες Στόχοι (ΤΣ, Target Toxin Substances) • Ουσίες Στοχευμένης Σύνδεσης (ΟΣΣ, Target Binding Substances) • Σιδηρομαγνητικά Νανοσωματίδια (ΣΝ, Ferromagnetic Nanoparticles) • Τα σύμπλοκα ΣΝ-ΟΣΣ χορηγούνται στον ασθενή πριν τη συνεδρία της ΑΚ • Με την ελεύθερη κυκλοφορία τους στο αίμα δεσμεύουν επιλεκτικά τις ΤΣ • Αφαίρεση με Μαγνητικό Φίλτρο (ΜΦ) ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

11. ΙΔΕΑ ΤΗΣ ΜΥΑΚ • Η παρουσία των ΣΝ είναι παροδική στην κυκλοφορία του αίματος του ασθενή • Στην ιδανική περίπτωση ως ΟΣΣ πρέπει να χρησιμεύουν τα αντισώματα κατά των συγκεκριμένων ΤΣ • Το μέγεθος των ΣΝ Fe3O4κυμαίνεται μεταξύ 50-150 nm + Ελεύθερη κυκλοφορία στο αίμα - Μετατροπή σε υπερπαραμαγνητικά ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

12. ΒΙΟΪΑΤΡΙΚΕΣ ΧΡΗΣΕΙΣ ΣΝ • Τα ΣΝ χρησιμοποιούνται ήδη με επιτυχία σε διάφορες In Vitro και In Vivo διαγνωστικές και θεραπευτικές βιοϊατρικές εφαρμογές, όπως • Μαγνητική Τομογραφία (MRI) • Θεραπεία καρκίνου (στοχευμένη καταστροφή ιστών όγκων) • Θεραπεία ανεπάρκειας σιδηροπενικής αναιμίας με ενδοφλέβια χορήγηση παραγόντων σιδήρου • Αντιμετώπιση ατυχημάτων όπου έχουμε συσσώρευση τοξινών προερχόμενες από ραδιοϊσότοπα ή φυτοφάρμακα • Συνήθως χρησιμοποιούνται νανοσωματίδια σιδήρου επικαλυμμένα με υδατάνθρακες ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

13. ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΜΥΑΚ • Βιοσυμβατότητα των συμπλόκων ΣΝ-ΟΣΣ για αποφυγή διέγερσης του ανοσοποιητικού συστήματος • Διαλυτότητα των συμπλόκων ΣΝ-ΟΣΣ για αποφυγή θρομβώσεων • Οι ΟΣΣ πρέπει να έχουν χημική συγγένεια με τις ΤΣ ώστε να συνδέονται αποτελεσματικάμεταξύ τους • Οι φορείς υποδοχής ΣΝ πρέπει να είναι ιδιαίτερα μαγνητικοί και το Μαγνητικό Φίλτρο πρέπει να παράγει ένα έντονα ανομοιογενές μαγνητικό πεδίο ώστε να επιτυγχάνεται η αποτελεσματική αφαίρεση των συμπλόκων ΣΝ-ΟΣΣ-ΤΣ ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

14. ΑΠΑΙΤΗΣΕΙΣ ΜΥΑΚ • Οι μεταφορείς υποδοχής ΣΝ πρέπει να καλύπτονται πλήρως από την επιθυμητή ΟΣΣ ώστε να επιτυγχάνεται η μέγιστη δεσμευτική ικανότητα για τη συγκεκριμένη ΤΣ • Οι ΟΣΣ και οι ΤΣ πρέπει να έχουν υψηλή βιοχημική αντιδραστικότητα • Η βιοχημική δυναμική των ΟΣΣ και των ΤΣ πρέπει να είναι γρήγορη ώστε να πραγματοποιείται πριν την ενεργοποίηση του ανοσοποιητικού συστήματος ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

15. ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΣΤΟΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΠΑΓΚΟ • Πρόσθεση συμπλόκων Fe3O4-ΒΑΟ (Βόειος Αλβουμίνη Ορού) σε φυσιολογικό ορό • Ως Μαγνητικό Φίλτρο χρησιμοποιείται μια σειρά μόνιμων μαγνητών • (a) Πριν την ολοκλήρωση της 1ης κυκλοφορίας • (b) Μετά την 1η ολοκλήρωση της κυκλοφορίας • (c) Λεπτομέρεια ενός μαγνήτη ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

16. ΠΕΙΡΑΜΑΤΑ ΣΤΟΝ ΤΕΧΝΗΤΟ ΝΕΦΡΟ • (a) Ασύζευκτα ΣΝ Fe3O4όπως διακρίνονται από AFM • (b) Σχηματική παρουσίαση των συμπλόκων ΣΝ-ΟΣΣ-Hcy • (c) Τεχνητός νεφρός με Μαγνητικό Φίλτρο (ΜΦ) • (d) Λεπτομέρεια από το ΜΦ που δείχνει παγιδευμένο υλικό από ΣΝ-ΟΣΣ-Hcy μετά από 2 κύκλους ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

17. ΑΦΑΙΡΕΣΗ ΣΝ • Δύο κύκλοι αρκούν για την αποτελεσματική αφαίρεση των ΣΝ ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

18. ΔΙΑΛΥΤΟΤΗΤΑ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ • Δεδομένα από Φασματοπολωσίμετρο Κυκλικού Διχρωισμού • Σχεδόν όλο το περιεχόμενο του διαλύματος έχει προσροφηθεί στα ΣΝ ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

19. ΜΑΓΝΗΤΙΣΗ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ • Δεδομένα απόμαγνητόμετρο SQUID • Υψηλή κάλυψη ΣΝ από ΒΑΟ (BSA) χαμηλή μαγνήτιση μείωση μαγνητικής απόδοσης ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

20. ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ Hcy • Αποτελέσματα από ΦασματοφωτόμετροUV-VIS • Η συγκέντρωση της Hcyπου παραμένει στο υπερκείμενο αφού αντιδράσει με ασύζευκτα ΣΝ ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

21. ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ β2-m • Αποτελέσματα από Φασματοφωτόμετρο UV-VIS καιαπό Turbidimetry ImmunoAssay • Η συγκέντρωση της β2-m που παραμένει στο υπερκείμενο αφού αντιδράσει με ασύζευκτα ΣΝ ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

22. ΒΙΟΣΥΜΒΑΤΟΤΗΤΑ • Δείγματα αίματος ωριμασμένα στους 37οC με σύμπλοκα Fe3O4-ΒΑΟ (Εικόνες από AFM) • (a)-(c): Πριν την επώαση (t = 0) • (d)-(f): Μετά από επώαση (t = 240 min) • (c), (f): Επιφάνεια μεμονωμένων Ερυθροκυττάρων (1x1 μm2) • (g), (h): Διακρίνονται σύμπλοκα Fe3O4-ΒΑΟ (3x3 μm2) • Δεν έχουμε προσκόλληση των συμπλόκων στην επιφάνεια των Ερυθροκυττάρων ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

23. ΤΡΑΧΥΤΗΤΑ ΕΡΥΘΡΟΚΥΤΤΑΡΩΝ-ΣΝ • Μέση επιφανειακή τραχύτητα των Ερυθροκυττάρων ωριμασμένα με ΣΝ • Στο ένθετο φαίνεται μια πλάγια όψη της μεμβράνης Ερυθροκυττάρων από SEM. Η μπάρα αναπαριστά 100 nm • Δεν έχουμε μεταβολή στην τραχύτητα της κυτταρικής μεμβράνης ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

24. ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΜΥΑΚ • Μεγαλύτερη απόδοση δόσης ΑΚ • Μείωση διάρκειας συνεδρίας ΑΚ • Βελτίωση ποιότητας ζωής του ασθενούς • Επιλεκτική απομάκρυνση τοξινών από ασθενείς ΝΝΤΣ. • Μπορεί να διαμορφωθεί ανάλογα με τις εκάστοτε ανάγκες του κάθε ασθενή ΝΝΤΣ • Χρησιμοποίηση ΣΝσε συνεργασία με Μαγνητικό Φίλτρο σε συμβατικό Τεχνητό Νεφρό • Τα χρησιμοποιούμενα σύμπλοκα δεν αλληλεπιδρούν χημικά με τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν στους τυποποιημένους διαλύτες ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

25. ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΜΥΑΚ - Hcy • Η ομάδα –SH της Hcy είναι έντονα αντιδραστική με μέταλλα μετάπτωσης • Ακόμα και ασύζευκτα ΣΝ Fe3O4θα μπορούσαν να δράσουν ως ΟΣΣ για την Hcyσχηματίζοντας Fe3O4-S-Hcy • Ο σχηματισμός συμπλόκων με τη Βόειο Αλβουμίνη Ορού (ΒΑΟ) μπορεί να αυξήσει τη δεσμευτικότητα της Hcy • ΒΑΟ όμοια με την Ανθρώπινη Αλβουμίνη Ορού (ΑΑΟ) ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

26. ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ ΜΥΑΚ – β2-m • Η β2-m απορροφάται πάνω στα σύμπλοκα Fe3O4-ΒΑΟ σχεδόν ακαριαία και πολύ αποτελεσματικά • Αντιμετωπίζονται επαρκώς με ΜΥΑΚ συγκεντρώσεις β2-m που κυμαίνονται από ήπιες μέχρι σοβαρές συνθήκες Αμυλοΐδωσης ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

27. ΠΡΑΚΤΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΜΥΑΚ • Επιλέχτηκε ΒΑΟως συστατικό ΟΣΣεπειδή η Hcyέχει υψηλή δεσμευτική συγγένεια με την ΑΑΟ. Τόσο η ΑΑΟόσο και η ΒΑΟδεν έχουν την απαραίτητη εξειδίκευση για να δεσμεύουν αποκλειστικά τη Hcy. • Πολλές ακόμα ΤΣέχουν υψηλή δεσμευτική ικανότητα σε πρωτεΐνες, ώστε στις In Vivo εφαρμογές να μη μπορούν να στοχεύσουν συγκεκριμένες τοξίνες όταν χρησιμοποιούνται απλές πρωτεΐνες ως ΟΣΣ. • Μια επερχόμενη In Vivo εφαρμογή που στοχεύει σε συγκεκριμένη ΤΣθα πρέπει να υιοθετεί μια πιο σύνθετη προσέγγιση, όπου θα χρησιμοποιούνται ως ΟΣΣ τα αντισώματα της συγκεκριμένης ΤΣ. • Η διαλυτότητα και η βιοσυμβατότητα των συμπλόκων αυξάνεται με την κάλυψη της ΒΑΟ, ενώ η μαγνητική αποδοτικότητα μειώνεται. ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

28. ΠΡΑΚΤΙΚΑ ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ ΤΗΣ ΜΥΑΚ • Οι ΤΣ συνδέονται στο αίμα με πρωτεΐνες, όπως με ΑΑΟ μέσω ενός δεσμού –SH. • Μόλις δημιουργηθεί το σύμπλοκο ΤΣ-ΑΑΟ, το χημικό ενεργό κέντρο της ΤΣείναι κατειλημμένο. • Για τη σύνδεση της ΤΣ-ΑΑΟ με το ΣΝ θα πρέπει να σπάσει ο δεσμός με την πρωτεΐνη. • Για να επιτευχθούν τα πλεονεκτήματα που προσφέρει η ΜΥΑΚθα πρέπει να επιλεγούν πιο εξελιγμένες δεσμευτικές ουσίες που παρουσιάζουν υψηλή χημική συγγένεια για τις αντίστοιχες ΤΣ. ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

29. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ • Η μέση τραχύτητα της επιφάνειας των Ερυθρών Αιμοσφαιρίωνπου έχουν ωριμάσει τόσο με ασύζευκτα ΣΝόσο και με σύμπλοκά τους είναι πανομοιότυπη με αυτή που έχουν τα Ερυθρά Αιμοσφαίρια αναφοράς. • Υπάρχει βιοσυμβατότητα μεταξύ των ΣΝ Fe3O4και των συμπλόκων Fe3O4-ΒΑΟμε τα κύτταρα του ανθρώπινου αίματος. • Συγκεντρώσεις Hcy και β2-m που κυμαίνονται από ήπια μέχρι σοβαρή Υπερομοκυστεϊναιμία και Αμυλοΐδωση αντίστοιχα, μπορούν να αντιμετωπιστούν ικανοποιητικά από σχετικά χαμηλές συγκεντρώσεις Fe3O4, που πληρούν τις προδιαγραφές ασφαλείας για τους ασθενείς σιδηροπενικής αναιμίας. ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

30. ΤΕΛΙΚΟ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ Η ΜΥΑΚ αποδεικνύεται κατά 60% πιο αποτελεσματική από την συμβατική μέθοδο ΑΚ ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

31. ΑΝΑΦΟΡΕΣ • D. Stamopoulos, D. Benaki, P. Bouziotis, P. N. Zirogiannis, “In vitro utilization of ferromagnetic nanoparticles in haemodialysis therapy”, Nanotechnology, 18, 495102, 2007 • D. Stamopoulos,E. Manios,V. Gogola, D. Benaki, P. Bouziotis, D. Niarchos, M. Pissas, “Bare and protein-conjugated Fe3O4 ferromagnetic nanoparticles for utilization in magnetically assisted hemodialysis: biocompatibility with human blood cells”, Nanotechnology, 19, 505101, 2008 • D. Stamopoulos, P. Bouziotis, D. Benaki, C. Kotsovassilis, P. N. Zirogiannis, “Utilization of nanobiotechnology in haemodialysis: mock-dialysis experiments on homocysteine”, Nephrology Dialysis Transplantation, 23, 3234-3239, 2008 • D. Stamopoulos, “Magnetic nanoparticles utilized in hemodialysis for the treatment of hyperhomocysteinemia: The new challenge of nanobiotechnology”, Current Nanoscience, 4, 302-307, 2008 ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

32. ΑΝΑΦΟΡΕΣ • D. Stamopoulos,V. Gogola, E. Manios, E. Gourni, D. Benaki, D. Niarchos, M. Pissas, “Biocompatibility and Solubility of Fe3O4-BSA Conjugates with Human Blood”, Current Nanoscience, 5, 177-181, 2009 • D. Stamopoulos, P. Bouziotis, D. Benaki, P. N. Zirogiannis, K. Kotsovassilis, V. Belessi, V. Dalamagas, K. Papadopoulos, “Nanobiotechnology for the Prevention of Dialysis-related Amyloidosis”, Therapeutic Apheresis and Dialysis, 13, 34-41, 2009 Για περισσότερες πληροφορίες μπορείτε να επικοινωνήσετε με τονΔρ. Δ. Σταμόπουλο (τηλ: 2106503330 και e-mail: densta@ims.demokritos.gr) ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος

33. ! ΕΥΧΑΡΙΣΤΩ ! για την προσοχή σας ΜΥΑΚ - Κ. Πάνος