Praca doktorska
Ładowanie...
Analityczne systemy monitorujące do kontroli i biomedycznej oceny adekwatności terapii hemodializacyjnej
| dc.abstract.en | The process of hemodialysis consists of extracorporeal purification of the blood of a patient whose kidneys do not function fully or are partially dysfunctional and are unable to excrete toxins and excess water. In the course of hemodialysis, blood is continuously directed from the fistula (venous-arterial access) by the pump through an artificial kidney - a semi-permeable membrane. In countercurrent, the dialysis fluid is directed on the other side of the membrane. Metabolic toxins are removed by concentration gradient into the post-dialysis fluid. Excess of water is removed by ultrafiltration due to increased pressure on the blood side of the membrane. The dialyzer is a device responsible for preparing the dialysis fluid from appropriate concentrates and water, and for controlling the physical parameters of the procedure and controlling the composition of the prepared dialysis fluid. The dialysis devices currently operating on the market do not quantify the progress of the procedure, apart from the control of the duration of the procedure and additional physical or physicochemical parameters. Those dialyzers which are equipped in toxin removal control modules do not report the actual amount of metabolites removed, but only approximates based on statistical data and patient parameters. Such monitoring is not true therapy control and is not trusted by medical staff, although it is recommended for use by regulatory authorities. It is therefore necessary to develop quantitative methods of dialysis control in order to be able to determine the absolute dose and determine the quality of the procedure. This dissertation presents the development of new analytical methods, detection schemes, and their mechanization using miniature electronic-optical-hydraulic elements. The methods presented here allow quantitative analysis of the key parameters of the dialysis treatment: monitoring the removal of so-called standard uremic toxins: urea, creatinine, and phosphate ions in post-dialysis fluid. Information on the amount of these compounds removed during the procedure, provided in real-time during the procedure, allows for quantifying the level of purification of the patient's blood undergoing hemodialysis. The aim of this dissertation was to construct portable dialysis monitoring devices with the use of selective chemical reactions, which could be connected to the outflow of an artificial kidney and automatically carry out discretely or continuously determination of the amount of toxins excreted. At the conclusion, a direct method of dialysis monitoring was proposed with the use of monitoring the concentration of substances leaving the patient's body with the post-dialysis fluid, which is a direct and absolute method of monitoring the quality of the therapy. The design of such a device has been patented by the Patent Office of the Republic of Poland, and examples of dialysis monitoring devices have been published in international articles. In addition, the dissertation describes the development of technical solutions for the implementation of miniaturized components for flow analysis systems that can be used to construct monitoring devices: an miniature electronic controller to operate of the analytical and detection systems and designs of optoelectronic flow detectors that can be 3D printed. In course of the development, the level inventiveness of dialysis monitoring devices was increased from the proof of concept phase to technological readiness level IV. It was possible thanks to research funding from the programs of the National Science Center and the Ministry of Science and Higher Education in Poland. This technology has become the basis for the commercialization of research results by establishing a spin-off company with the participation of the author and the University of Warsaw. Established for this purpose, the company Microanalysis Sp. z o. o. is cooperating with the participation of the author of this dissertation and leading scientific and medical centres, including University of Warsaw, Medical University of Bialystok, Medical University of Warsaw, and the Nałęcz Institute of Biocybernetics and Biomedical Engineering Polish Academy of Sciences, in cooperation with the National and Provincial Consultants for nephrology in Poland in a joined project aimed at introducing the solution described herein to the international market. Microanalysis Sp. z o. o. received funding for this purpose from the European Union. |
| dc.abstract.pl | Proces hemodializy polega na pozaustrojowym oczyszczaniu krwi pacjenta, którego nerki nie funkcjonują całkowicie lub są dysfunkcjonalne częściowo i nie są w stanie wydalać toksyn i nadmiaru wody. Krew jest w sposób ciągły kierowana z przetoki (dostęp żylno-tętniczy) przy pomocy pompy przez sztuczną nerkę – membranę półprzepuszczalną. W przeciwprądzie, pod drugiej stronie membrany, przetłaczany jest płyn dializacyjny. Toksyny metaboliczne usuwane są na drodze dializy do płynu podializacyjnego, zgodnie z gradientem stężeń. Nadmiar wody, natomiast, jest usuwany przez ultrafiltrację dzięki zwiększonemu ciśnieniu. Dializator jako urządzenie odpowiada za przygotowanie płynu dializacyjnego z odpowiednich koncentratów i wody oraz jest odpowiedzialny za kontrolę fizycznych parametrów zabiegu oraz kontrolę składu przygotowanego płynu dializacyjnego. Obecnie funkcjonujące na rynku urządzenia do dializy nie podają w ilościowy sposób postępu zaawansowania zabiegu, poza kontrolą czasu trwania procedury i dodatkowych parametrów fizykalnych lub fizykochemicznych. Te dializatory, które są wyposażone w moduły kontroli usuwania toksyn, nie podają rzeczywistej ilości usuniętych metabolitów a jedynie przybliżone, oszacowane z użyciem danych statystycznych i parametrów osobniczych pacjenta. Takie monitorowanie nie jest rzeczywistą kontrolą stanu pacjenta i nie spotyka się z zaufaniem lekarzy, mimo że jest rekomendowane do stosowania przez organy regulacyjne. Konieczne zatem jest opracowanie ilościowych metod kontroli dializy, aby możliwe było bezwzględne wyznaczenie dawki i określenie jakości przeprowadzonego zabiegu. W niniejszej rozprawie przedstawiono opracowanie nowych metod analitycznych, schematów detekcji i ich zmechanizowania przy użyciu miniaturowych elementów elektronicznych, optycznych i hydraulicznych. Metody tu przedstawione pozwalają na ilościową analizę kluczowych parametrów zabiegu dializy: na drodze monitorowania usuwania tzw. wzorcowych toksyn mocznicowych: mocznika, kreatyniny i jonów fosforanowych w płynie podializacyjnym. Informacja na temat ilości tych związków usuniętych w trakcie zabiegu podawana w czasie rzeczywistym trwania zabiegu pozwala ocenić w sposób ilościowy stopień oczyszczenia krwi pacjenta poddawanego zabiegowi hemodializy. Celem niniejszej rozprawy było skonstruowanie przenośnych urządzeń, monitorujących dializę z wykorzystaniem selektywnych reakcji chemicznych, które będą mogły być podłączone do odpływu sztucznej nerki i autonomicznie prowadzić cykliczne lub ciągłe oznaczanie zawartości wymienionych substancji. Jednocześnie zaproponowano bezpośredni sposób monitorowania dializy z wykorzystaniem śledzenia zmian stężenia substancji opuszczających ciało pacjenta wraz z płynem podializacyjnym, co stanowi bezpośrednią i bezwzględną metodę oceny jakości prowadzonej terapii. Projekt takiego urządzenia został objęty ochroną patentową Urzędu Patentowego Rzeczpospolitej Polskiej, a przykłady wykonania urządzeń monitorujących dializę zostały opublikowane w formie artykułów w czasopismach analitycznych o zasięgu międzynarodowym. Ponadto w rozprawie opisano przykłady rozwiązań inżynieryjnych i technicznych wykonania zminiaturyzowanych elementów składowych systemów analizy przepływowej, które mogą służyć do ich skonstruowania tj. sterownika elektronicznego umożliwiającego sterowanie systemem analitycznym i detekcyjnym oraz projekty optoelektronicznych detektorów przepływowych, które można wytworzyć przy użyciu druku przestrzennego. Doprowadzenie poziomu wynalazczego urządzeń monitorujących dializę z fazy proof of concept do gotowości technologicznej poziomu IV możliwe było dzięki dofinansowaniu badań z programów Narodowego Centrum Nauki oraz Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Niniejsza technologia stała się podstawą komercjalizacji wyników badań naukowych poprzez powołanie spółki spin off z udziałem autora oraz Uniwersytetu Warszawskiego. Powołana w tym celu firma Microanalysis Sp. z o.o. realizuje, przy współudziale autora niniejszej rozprawy oraz wiodących ośrodków naukowych i medycznych (w tym: Uniwersytetu Warszawskiego, Uniwersytetu Medycznego w Białymstoku, Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego, Instytutu Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej im. Macieja Nałęcza Polskiej Akademii Nauk, we współpracy z Krajowym i Wojewódzkimi Konsultantami ds. nefrologii w Polsce), projekt naukowo-komercyjny mający na celu wprowadzenie opisanego tutaj rozwiązania na rynek międzynarodowy. Microanalysis Sp. z o.o. otrzymała na ten cel dofinansowanie ze środków Unii Europejskiej |
| dc.affiliation | Uniwersytet Warszawski |
| dc.affiliation.department | Wydział Chemii |
| dc.affiliation.other | Zakład Chemii Fizycznej i Radiochemii |
| dc.contributor.author | Michalec, Michał |
| dc.date.accessioned | 2024-03-18T12:03:55Z |
| dc.date.available | 2024-03-18T12:03:55Z |
| dc.date.defence | 2024-02-27 |
| dc.date.issued | 2024-03-18 |
| dc.date.submitted | 2024-02-07 |
| dc.description.accesstime | before_publication |
| dc.description.promoter | Koncki, Robert |
| dc.description.promoter | Matuszkiewicz-Rowińska, Joanna |
| dc.description.reviewer | Koronkiewicz, Stanisława |
| dc.description.reviewer | Michalski, Rajmund |
| dc.description.version | final_author |
| dc.identifier.orcid | 0000-0003-2029-0714 |
| dc.identifier.uri | https://repozytorium.uw.edu.pl//handle/item/160256 |
| dc.language | pl |
| dc.language.other | en |
| dc.rights | ClosedAccess |
| dc.subject.en | hemodialysis |
| dc.subject.en | flow analysis |
| dc.subject.en | flow programming |
| dc.subject.en | urea |
| dc.subject.en | creatinine |
| dc.subject.en | phosphate ions |
| dc.subject.en | rapid prototyping |
| dc.subject.en | 3D printing |
| dc.subject.pl | hemodializa |
| dc.subject.pl | analiza przepływowa |
| dc.subject.pl | programowanie przepływu |
| dc.subject.pl | mocznik |
| dc.subject.pl | kreatynina |
| dc.subject.pl | jony fosforanowe (V) |
| dc.subject.pl | szybkie prototypowanie |
| dc.subject.pl | druk 3D |
| dc.title | Analityczne systemy monitorujące do kontroli i biomedycznej oceny adekwatności terapii hemodializacyjnej |
| dc.title.alternative | Analytical monitoring systems for control and biomedical assessment of hemodialysis therapy |
| dc.type | DoctoralThesis |
| dspace.entity.type | Publication |