Kalium selbst messen: Minimalinvasive Lösung für daheim erforscht

© Fraunhofer IMM

Hyperkaliämie besonders bei Hämodialyse beachten

Eine Hyperkaliämie betrifft etwa sieben Millionen Menschen in Europa und den USA. Es handelt sich also um eine häufige und schwerwiegende Stoffwechselerkrankung mit erheblichen Auswirkungen auf die Gesundheitssysteme, die schnell und einfach diagnostiziert werden muss. Hämodialysepatienten sind besonders gefährdet, innerhalb weniger Stunden nach einer Dialysesitzung eine Hyperkaliämie zu entwickeln, die lebensbedrohliche Herzrhythmusstörungen verursachen kann. Derzeit ist eine Kaliumüberwachung ambulant nicht möglich. Hier setzen die gemeinsamen Forschungsarbeiten an, die seit 2021 zunächst im Projekt BIMONKI und nun im Projekt BIMONKI 2 kooperieren: Ziel der Partnerschaft ist es, die Patientenüberwachung durch eine minimalinvasive Lösung zu erleichtern, die Biomarker in der interstitiellen Flüssigkeit mithilfe eines mikrofluidischen Patches bzw. Pflasters und eines elektrochemischen Sensors in Punktmessungen oder in einer mehrtägigen Überwachung erfasst.

Dank gemeinsam entwickelter Geräte, die Zugang zu metabolischen Biomarkern mit niedrigem Molekulargewicht (PM) ermöglichen, ist die interstitiellen Flüssigkeit unter der Haut leicht zugänglich. Ihre Konzentration ist identisch mit der im Plasma, und ihre Überwachung wird autonom und zu Hause erleichtert, wobei die Ergebnisse in wenigen Minuten verfügbar sind und der Kaliumspiegel auf einem Smartphone angezeigt wird. Dadurch wird der Proof of Concept erbracht.

Einfache Messung mit mikrofluidischen Patches

Das als Einwegprodukt konzipierte Patch mit einem Durchmesser von fünf bis sieben Zentimetern lässt sich am Arm aufkleben. Es wird mit einer App auf dem Smartphone kombiniert, die die Messergebnisse anzeigt. Die gemessene Kaliumkonzentration wird in Echtzeit dargestellt, Patientinnen und Patienten erhalten so die Möglichkeit, ihre Werte kontinuierlich selbstständig zu kontrollieren. Die Datenübertragung erfolgt drahtlos via NFC (Near Field Communication) oder energiesparendes Bluetooth. Der komplette Prozess läuft ohne Zutun des Patienten vollautomatisiert ab.

»Dialysepatienten müssen in der Regel dreimal pro Woche zur Blutwäsche. Am Wochenende entfällt die Behandlung, da die Dialysezentren geschlossen sind. An den dialysefreien Tagen sollten die Betroffenen unbedingt ihren Kaliumwert kennen. Ein zu hoher Wert kann gefährliche Herzrhythmusstörungen verursachen und sogar zum Herzstillstand führen«, erläutert Dr. Michael Baßler, Wissenschaftler am Fraunhofer IMM. »Unser Ziel ist es, die Morbidität und Mortalität dieser Patientinnen und Patienten zu senken und ihre Lebensqualität zu verbessern«, sagt Dr. Sisi Li, Wissenschaftlerin am Fraunhofer IMM und Team-Kollegin von Baßler.

Kaliumwerte jederzeit selbst zu Hause messen

Die von Fraunhofer zum Patent angemeldete, einzigartige Lösung versetzt Betroffene in die Lage, die Kaliumkonzentration zu Hause selbst schmerzfrei und sicher zu messen und so schwere Komplikationen zu vermeiden. Sie können ihre Gesundheit aktiv beeinflussen, etwa durch die richtige Ernährung und Lebensweise.

Die App sendet außerdem Benachrichtigungen an die Erkrankten und übermittelt die Daten an eine Koordinierungsplattform, sodass medizinisches Fachpersonal auf der Grundlage der gemessenen Werte geeignete Maßnahmen ergreifen kann – von einfachen Empfehlungen bis hin zur Aufforderung, so schnell wie möglich eine Notaufnahme aufzusuchen. Auf diese Weise trägt die Technik zur Entwicklung einer personalisierten und präventiven Medizin in diesem Bereich bei.

Der für den Gesundheitszustand wichtige Kaliumwert kann derzeit nur durch eine zeitaufwändige Blutuntersuchung bei geplanten Ambulanz- und Arztbesuchen und mit Laborausrüstung gemessen werden. Mit der Lösung von Ki´tech und Fraunhofer hingegen erhalten Patientinnen und Patienten und medizinisches Fachpersonal sofortige, schnelle Ergebnisse auf ihren Smartphones und gewinnen so neue Freiheiten bei der Gesundheitssteuerung. Die Projektpartner hoffen, mit ihrer Entwicklung eine Art Pendant zum Blutzuckertest zu etablieren. Derzeit liegt die minimalinvasive Lösung als Demonstrator vor, klinische Studien sollten Ende 2025 starten.