Nuevo filtro para hemodiálisis altamente efectivo con nanotecnología

Algunos de los problemas más relevantes de salud actualmente en México son la diabetes mellitus, la hipertensión arterial sistémica, el sobrepeso y la obesidad, que están ligadas con el estilo de vida actual de las personas, debido al consumo de un alto contenido de azúcares .^1,2 Estas enfermedades, en etapas avanzadas pueden provocar diferentes afecciones degenerativas como el daño renal, conocida comúnmente como enfermedad renal crónica (ERC), que infortunadamente representa el 70 % de las muertes en nuestro país, y una de las primeras diez causas de mortalidad en los últimos 10 años.^3,4

La ERC presenta cinco etapas. En las fases cuatro y cinco el paciente ya requiere terapia renal y, o, hemodiálisis. En el caso del tratamiento de hemodiálisis se utiliza un dializador (filtro) con membranas porosas, que tiene como principal objetivo eliminar las toxinas urémicas de la sangre. A pesar de que la sangre es filtrada para reducir las toxinas urémicas, una de las desventajas observadas es que el tratamiento también remueve proteínas y minerales que el cuerpo humano necesita. Otra desventaja radica en que el mecanismo de eliminación es por difusión, lo que hace que su duración sea de cuatro horas por sesión, y debido a todo esto el paciente se deteriora una total debilidad le impide llevar una vida normal, ya que este tratamiento no sustituye las funciones endocrinas ni metabólicas del riñón, además de tener un alto costo.

La tecnología de hemodiálisis se ha centrado en la eliminación óptima de moléculas como creatinina, urea y otras sustancias tóxicas presentes en la sangre, mediante un dializador (filtro) compuesto por una membrana de fibras huecas semipermeable a base de celulosa y fibras de algodón,⁵ el tipo de membranas varían su composición según la gravedad o la etapa de la enfermedad.⁶

Debido a la problemática presentada en el sector salud, el Centro de Investigación en Química Aplicada (CIQA) y el Centro de Investigación y de Innovación del Estado de Tlaxcala (CITLAX) trabajan en el desarrollo de materiales avanzados que ayuden a mejorar el tratamiento de la hemodiálisis común, y a evitar los inconvenientes que se presentan hoy.

La nanotecnología, que tiene un gran impacto en la mejora de filtros innovadores para hemodiálisis, ofrece una solución eficiente para mejorar el comportamiento de adsorción, pues dichos filtros cuentan con membranas que deben tener características que permitan adsorber los compuestos tóxicos y disminuyan el tiempo de diálisis, sin retener las proteínas y minerales.

Estas membranas presentan la particularidad de tener numerosos poros con un tamaño determinado y de espesor uniforme, ya que los filtros comunes llevan a cabo un proceso de filtración y separación, que debe tomar en cuenta las características del fluido, como el pH, viscosidad, temperatura y propiedades químicas. Sin embargo, en el filtro propuesto no son necesarias las características mencionadas para un resultado eficiente.⁷

El grupo de trabajo de CIQA tiene una solicitud de patente nacional y se han realizado estudios previos de adsorción de toxinas urémicas (creatinina, ácido úrico y urea) con diferentes nanopartículas y excelentes resultados, con un 97 % de remoción de toxinas.⁸ Esta investigación trabaja en el desarrollo de un filtro innovador a partir de un nanocompuesto de Nylon 6 con la incorporación de nanopartículas de grafeno y carbon black, mejor conocido como negro de humo. Estas nanopartículas están modificadas superficialmente con grupos amino, y la evaluación de la adsorción de toxinas urémicas ha revelado la remoción de toxinas en porcentajes de 70 % a 97 %, siendo este un gran avance en comparación con los filtros comunes, que solo alcanzan una remoción del 60 %; además, es un proceso amigable con el medioambiente, ya que no se utilizan solventes^9,10,11 y se espera una disminución del 50 % en el costo del nuevo dializador.

Es importante tener presente que el impacto social de este proyecto es muy alto, ya que en la actualidad se tiene un grave problema en la calidad de vida de los pacientes de ERC, debido al tiempo de tratamiento y al elevado costo de la hemodiálisis. Muchos pacientes no pueden acceder a estos tratamientos y su calidad de vida es deplorable. El desarrollo de la presente propuesta pretende elaborar un filtro para hemodiálisis de precio accesible para toda la población, que sea más eficiente, selectivo y reusable en comparación a los que actualmente se comercializan. Además, se considera un gran impacto tecnológico sobre el sector salud, pues el desarrollo del prototipo de filtros para hemodiálisis será potencialmente más eficiente, selectivo y de bajo costo, con el fin de “garantizar una vida sana y promover el bienestar de todos a todas las edades”, además de reducir la tasa de mortalidad.

Acerca de los autores

Janett Valdez Garza, Marlene Andrade Guel, Christian Cabello Alvarado, Pamela Reyes Rodríguez, Carlos Ávila Orta, Gregorio Cadenas Pliego, Hugo Ramos Martínez, Brisa Romero Merla, Patricia de León Martínez, Zaira Mezquitic Valdez.

Centro de Investigación en Química Aplicada. Departamento de Materiales Avanzados.

Departamento de Síntesis de Polímeros.

Blvd. Enrique Reyna 140, Col. San José de los Cerritos. Saltillo, Coahuila.

Referencias

1. Kostka-Jeziorny, K., Widecka, K., & Tykarski, A. (2019). Study of epidemiological aspects of hyperuricemia in Poland. Cardiology Journal.
2.  Hakoda, M., & Kasagi, F. (2019). Increasing trend of asymptomatic hyperuricemia under treatment with urate-lowering drugs in Japan. Modern Rheumatology, 29(5), 880-884.
3. Foody, J., Turpin, R. S., Tidwell, B. A., Lawrence, D., & Schulman, K. L. (2017). Major cardiovascular events in patients with gout and associated cardiovascular disease or heart 
failure and chronic kidney disease initiating a xanthine oxidase inhibitor. American Health & 
Drug Benefits, 10(8), 393.
4. Méndez-Durán, A., Méndez-Bueno, J. F., Tapia-Yáñez, T., Montes, A. M., & Aguilar-Sánchez, 
L. 2010. Epidemiología de la insuficiencia renal crónica en México. Diálisis y trasplante, 31(1), 7-11. https://doi.org/10.1016/S1886-2845(10)70004-7
5. Yamashita, A. C., & Sakurai, K. (2015). Dialysis Membranes—Physicochemical Structures and 
Features. In Updates in Hemodialysis. InTech.
6. Amiji, M. M. (1995). Permeability and blood compatibility properties of chitosan-poly
(ethylene oxide) blend membranes for haemodialysis. Biomaterials, 16(8), 593-599.
7. Zare‐Zardini, H., Amiri, A., Shanbedi, M., Taheri‐Kafrani, A., Kazi, S. N., Chew, B. T., & Razmjou, A. (2015). In vitro and in vivo study of hazardous effects of Ag nanoparticles and Arginine‐treated multi walled carbon nanotubes on blood cells: Application in hemodialysis membranes. Journal of Biomedical Materials Research Part A, 103(9), 2959-2965.
8. Marlene Lariza Andrade Guel, Carlos Alberto Ávila Orta, Christian Javier Cabello Alvarado, Gregorio Cadenas Pliego, Pamela Yajaira Reyes Rodríguez, Janett Anaid Valdez Garza. MX/a/2020/002240 Método de funcionalización de nanoplaquetas de grafeno con ácidos orgánicos utilizando ultrasonido de punta para su aplicación en la remoción de toxinas urémicas.
9. Andrade-Guel, M., Cabello-Alvarado, C., Cruz-Delgado, V. J., Bartolo-Pérez, P., León-Martínez, D., Sáenz-Galindo, A., ... & Ávila-Orta, C. A. (2019). Surface modification of graphene nanoplatelets by organic acids and ultrasonic radiation for enhance uremic toxins adsorption. Materiales, 12(5), 715.
10. Cabello-Alvarado, C., et al. "Graphene nanoplatelets modified with amino-groups by ultrasonic radiation of variable frequency for potential adsorption of uremic toxins". Nanomaterials 9.9 (2019): 1261.
11. Ramos-Martínez, V. H., Ramírez-Vargas, E., Medellín-Rodríguez, F. J., Ávila-Orta, C. A., Gallardo-Vega, C. A., Jasso-Salcedo, A. B., & Andrade-Guel, M. L. (2020). Zeolite 13X modification with gamma-aminobutyric acid (GABA). Microporous and Mesoporous Materials, 295, 109941.