Levensreddende zuurstofbolletjes

Levensreddende zuurstofbolletjes:
Kheir kwam op het idee voor de microbolletjes door een vervelende ervaring in het ziekenhuis waar hij werkt. In 2006 werd daar een klein meisje binnengebracht met een ernstige longontsteking. De ontsteking had haar longen dusdanig beschadigd dat er nauwelijks nog gaswisseling plaatsvond. Zuurstof werd niet in het bloed opgenomen en koolstofdioxide werd er niet uit verwijderd. Kheir en zijn team probeerden het meisje zo snel mogelijk aan te sluiten op een hart-longmachine, een apparaat dat de gaswisselingsfunctie van de longen tijdelijk over kan nemen. Maar helaas, voordat ze dat voor elkaar hadden was het meisje al overleden als gevolg van een zuurstoftekort.

Zo ziet de oplossing van microbolletjes eruit. Het lijkt een beetje op scheerschuim, maar gedraagt zich in het lichaam als water. Afbeelding: © L.Thomson

Snel in actie

Het moet toch mogelijk zijn om patiënten op een eenvoudige manier tijdelijk zuurstof toe te dienen, dacht Kheir. En daarmee was zijn idee voor de microbolletjes geboren. Nu, zes jaar later, heeft hij in samenwerking met andere artsen en wetenschappers een microbolletje gemaakt dat goed werkt bij konijnen met zuurstoftekort.
De kern van het twee tot vier micrometer grote bolletje bestaat uit zuurstof, dat bij elkaar wordt gehouden door een omringende laag fosfolipiden. Om te zorgen dat de microbolletjes in het lichaam niet direct uit elkaar vallen, moesten ze worden opgelost in een vloeistofmengsel. Dat mengsel is een raar goedje dat eruit ziet als scheerschuim, maar zich in het lichaam net zo gedraagt als water.
Kheir injecteerde zijn mengsel met microbolletjes direct in een bloedvat van konijnen met zuurstoftekort. Binnen een paar seconden zag hij al effect en binnen één tot twee minuten was het zuurstofgehalte in het bloed van de konijnen weer bijna wat het zou moeten zijn. Zodra de microbolletjes in de bloedbaan terecht komen, laten zij het zuurstof uit de kern vrij. Dat zuurstof bindt zich vervolgens aan hemoglobine in rode bloedcellen. Hemoglobine is het eiwit dat zuurstof door het lichaam transporteert. Dankzij de snelle acties van de microbolletjes blijven konijnen met zuurstoftekort ongeveer een kwartier langer leven dan ze zonder behandeling zouden doen.

Halve oplossing

En dat extra kwartier kan precies genoeg zijn om andere levensreddende behandelingen te kunnen starten. Zoals het aansluiten op de hart-longmachine in het geval van het meisje met de longontsteking. Kheir hoopt dan ook dat de microbolletjes in de toekomst gebruikt gaan worden op de eerste hulp, om patiënten die zelf niet goed kunnen ademen snel van zuurstof te voorzien.

Het microbolletje (geel) bindt aan rode bloedcellen om de zuurstof uit zijn kern direct af te geven aan het hemoglobine eiwit. Afbeelding: © D.Kunkel, D.Bell, J.Kheir, C.Porter

Maar voor het zover is, zijn er nog wat hordes te nemen. Het is bijvoorbeeld nog niet duidelijk of en hoe achtergebleven lege microbolletjes door het lichaam worden opgeruimd. Ook weet Kheir nog niet welke concentratie van microbolletjes nodig is om een menselijke patiënt van voldoende zuurstof te voorzien en of de behandeling bijwerkingen heeft. Maar de belangrijkste beperking van de microbolletjes is dat zij het probleem maar voor de helft oplossen. Ze leveren extra zuurstof, maar verwijderen geen koolstofdioxide uit het bloed. Het is dus oppassen geblazen dat de verbranding van extra zuurstof uit microbolletjes niet zorgt voor een overschot aan koolstofdioxide. Want ook dat kan levensbedreigend zijn.

Bronnen:

• John Kheir e.a. Oxygen gas-filled microparticles provide intraveneus oxygen delivery Science Translational Medicine 4:140, 27 juni 2012
• Raymond Koehler Boosting oxygenation during acute respiratory failure Science Translational Medicine 4:140, 27 juni 2012