• biocompatibilità
• dialisi peritoneale
• elettro-ossidazione
• miniaturizzazione
• rene artificiale

Introduzione. La dialisi peritoneale (PD) rappresenta oggi la principale scelta per il trattamento sostitutivo domiciliare per i pazienti con insufficienza renale cronica terminale. Un rene artificiale indossabile (WAK), basato sulla rigenerazione di una piccola quantità di dialisato, potrebbe permettere un trattamento dialitico continuo, con potenziali vantaggi in termini di morbilità, sopravvivenza e qualità della vita. Un WAK per PD consentirebbe di aumentare le clearances, di diminuire il numero di scambi con un minor rischio di peritonite, di utilizzare una concentrazione di glucosio inferiore. L'elettro-ossidazione (EO) converte l'urea nei suoi metaboliti attraverso l'applicazione di una corrente al dialisato; il processo può portare alla produzione di gas e al minimo rilascio di prodotti clorinati.
Obiettivo. Valutare l'efficacia in vitro e la biocompatibilità di un device WAK che applica una combinazione di sorbenti a base di nanomateriali ed EO dell’urea.
Metodi. Due sacche di effluente usato di PD provenienti da due pazienti sono state trattate dal dispositivo WAK in modalità tidal per 8 ore con EO-on e con EO-off; sono stati eseguiti prelievi dal sistema in tempi diversi. Sono state valutate le rimozioni di urea, creatinina, PO43-, K+, Beta2-microglobulina (Beta2m) dal dialisato. La genotossicità è stata valutata mediante il test di Ames. Per valutare la citotossicità, le cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC) e le cellule mesoteliali umane (Met-5A) sono state incubate con una soluzione contenente dialisato trattato, sia con EO-on che off. La vitalità cellulare (su PBMC e Met-5A), lo stress ossidativo e la massa mitocondriale e il potenziale di membrana (su PBMC) sono stati valutati tramite citometria di flusso. Lo “scratch wound healing assay” è stato utilizzato per valutare la migrazione cellulare in colture di Met-5A incubate con le soluzioni sopra descritte. Il contenuto di aldeidi del dialisato è stato valutato tramite “Abcam’s Aldehyde Quantification Assay Kit”.
Risultati. Il dispositivo WAK ha rimosso 140,43 mmol di urea con EO-on e 167,39 mmol di urea con EO-off, corrispondenti a un tasso di riduzione dell'urea del 53,37% e 65,66%, rispettivamente. Altre piccole (creatinina, PO43-, K+) e medie molecole (Beta2m) sono risultate adeguatamente rimosse. Il test di Ames sul dialisato trattato con EO è risultato negativo. Il dialisato trattato con EO per 8 ore ha ridotto nettamente la vitalità cellulare a quattro giorni (solo il 4% di vitalità per PBMC e l'1% per Met-5A). Il dialisato trattato con EO-off per 8 ore non ha avuto effetti sulla vitalità cellulare. PBMC incubati con dialisato trattato per 8 ore con EO hanno mostrato un elevato indice di stress ossidativo intracellulare, un aumento del numero di cellule viventi con membrana mitocondriale depolarizzata ed un aumento concomitante della massa mitocondriale. Le cellule Met-5A incubate con dialisato trattato con EO hanno mostrato una ridotta capacità di chiusura dello scratch; questo effetto è risultato assente con EO-off. Si è riscontrato un aumento della concentrazione di aldeidi nel dialisato trattato con EO, e questo potrebbe riflettere la generazione di prodotti di degradazione del glucosio.
Conclusioni. Il dispositivo WAK ha mostrato una buona rimozione delle tossine dal dialisato peritoneale sia con EO-on che off. EO sembra influenzare la vitalità cellulare e la capacità di chiusura dello scratch; le cellule hanno mostrato un aumentato stress ossidativo e disfunzione mitocondriale, possibilmente correlati all'aumento della produzione di aldeidi. Il dialisato peritoneale trattato con EO-off non ha indotto questi effetti. La biocompatibilità di EO deve essere messa in discussione, e sono necessari ulteriori studi per chiarire i meccanismi di citotossicità dell'EO.

Background. Peritoneal dialysis (PD) represents today the main choice for home renal replacement treatment for patients with end stage renal disease. A wearable artificial kidney (WAK), based on the regeneration of a small amount of dialysate, could favor continuous dialysis treatment, with potential advantages in morbidity burden, survival and quality of life. A WAK for PD would allow for enhanced clearances, less number of exchanges with lower risk of peritonitis, lower glucose concentrations requirements with less stress on peritoneal membrane. Electro-oxidation (EO) can convert urea into its metabolites through the application of a current to the dialysate. EO has been reported to cause some gas generation and some minor chlorine release. Objective. Our aim was to assess in vitro efficacy and biocompatibility of a WAK device which applies a combination of nanomaterials-based sorbents and EO of urea. Methods. Two batches of spent peritoneal dialysate from two PD patients were treated by WAK device in tidal mode for 8 hours with EO-on and with EO-off. The system was spiked hourly with a toxins-containing solution and was sampled at different time points. For efficacy testing, the removal of Urea, Creatinine, PO43-, K+, Beta2-microglobulin (Beta2m) from dialysate were assessed. Genotoxicity of the dialysate treated with the WAK device was assessed through Ames test. In order to evaluate cytotoxicity, peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) and human mesothelial cells (Met-5A) were incubated with a solution containing 50% of treated dialysate, both with EO-on and off. Flow cytometry was used to assess cell viability and death (on PBMC and Met-5A), oxidative stress and mitochondrial mass and membrane potential (on PBMC). A scratch wound healing assay was used to assess cell migration in Met-5A cultures incubated with previously described solutions. Aldheyde content of dialysate was assessed by Abcam’s Aldehyde Quantification Assay Kit. Results. The WAK device removed 140,43 mmol of urea with EO-on and 167,39 mmol of urea with EO-off, corresponding to a Urea Reduction Rate of 53,37% and 65,66%, respectively. Other small molecules (creatinine, PO43-, K+) and middle molecules (Beta2m) were adequately removed. Ames test for genotoxicity with EO treated PD fluid resulted negative. Dialysate treated with EO-on for 8 hours affected strongly cell viability at four days (only 4% PBMCs and 1% Met-5A cell viability). Dialysate treated with EO-off for 8 hours had no effects on cell viability (similarly to controls). PBMC incubated with dialysate treated for 8 hours with EO showed a higher intracellular oxidative stress index, an increase of living cells with depolarized mitochondrial membrane and a concomitant increase on mitochondrial mass. Met-5A cells incubated with dialysate treated with EO-on showed a reduced wound closure capacity; this effect was absent with EO-off. There was a strong increase in aldehydes concentration with EO-on, and this could reflect the generation of Glucose Degradation Products. Conclusions. The WAK device showed good small and middle molecules removal from spent peritoneal dialysate both with EO-on and off. EO appeared to affect cell viability (on both PBMCs and Met-5A) and cell wound closure capacity (on Met-5A); cells showed metabolic impairment linked with increased oxidative stress and mitochondrial dysfunction, possibly related to the increase in aldehyde production. On the contrary, peritoneal dialysate treated with EO-off did not induce these effects. Biocompatibility of EO should be questioned, and further studies are needed in order to elucidate mechanisms of EO cytotoxicity.