Experimentelle Untersuchung zur Inkrustationsneigung von unbeschichteten und mit amorphen Kohlenstoffen beschichteten Harnleiterschienen unter Einfluss von Albumin in künstlichem Urin

Abstract

Harnleiterschienen dienen zur Sicherstellung des ungehinderten Harnabflusses zwischen Niere und Blase und sind im urologischen Klinikalltag häufig verwendete Implantate. Gründe für eine Schienung des Harnleiters sind vielfältig. In der Regel sind sie assoziiert mit einem Steinleiden [z.B. nach einer ESWL-Behandlung (Extrakorporalen Stoßwellen-Lithotripsie) oder einer Ureterorenoskopie (URS) zur Sicherung des Abflusses der Steintrümmer] oder einem tumorösen Geschehen im Abdominalraum. Auch Strikturen durch Vernarbung aufgrund verschiedener Ursachen machen den Einsatz von Harnleiterschienen notwendig. <br /> Stentpatienten, die aufgrund einer chronischen Erkrankung Harnleiterschienen benötigen, weisen meist eine schon lange bestehende Leidensgeschichte auf. Diese Patienten stellen sich häufig mit hartnäckigen Harnwegsinfekten vor, wodurch sich der (Urin-)Stoffwechsel verändert und entgleist. Dies bildet dann wiederum die Grundlage für Harnwegsinfekt-Rezidive und lässt die Inkrustationsneigung der Harnleiterschienen ansteigen. Die daraus resultierende kristalline Biofilmbildung stellt ein massives Problem dieser Harnleiterschienen dar. Dadurch werden häufige Wechsel der Stents nötig. Bei manchen Patienten beträgt die Katheter-Liegezeit nur wenige Tage. Da die Harnleiterschienung für viele Patienten lebensnotwendig ist, bleibt nur die Oberflächenmodifikation als letzte Wahl übrig. Um die Inkrustationsneigung und somit die Wechselfrequenz der Stents und damit den Leidensdruck der Patienten zu verringern, hat die Experimentelle Urologie des Uniklinikums Bonn in Zusammenarbeit mit dem Institut für Dünnschichttechnologie der Technischen Universität (TU) Kaiserslautern Beschichtungen entwickelt, die die Inkrustationsneigung verringern. Die Beschichtungen bestehen aus plasmadeponierten amorphen Kohlenstoffen, wobei sich die verschiedenen Beschichtungsarten in ihren physikochemischen Eigenschaften (z.B. Kontaktwinkel, Hydrophilie bzw. Hydrophobie) unterscheiden. Getestet werden sie in einem Encrustatormodell, in dem 12 Harnleiterschienen (beschichtet und unbeschichtet) gleichzeitig über 45 h in künstlichem Urin inkubiert werden können. In den neuartigen Versuchen, die dieser Arbeit zugrunde liegen, wird der Einfluss von Albumin auf die Inkrustationsneigung der verschiedenen Stents untersucht. Albumin ist ein Harnprotein, das als Marker für Nierenschäden dient. Nierenschäden treten u.a. bei dem nephrotischen Syndrom, chronischer Niereninsuffizienz oder Glomerulonephritis auf, bei denen u. a. die Werte des Albumins im Urin ansteigen. Für die Versuche werden verschiedene Albuminkonzentrationen gewählt, die entweder einer Normo-, Mikro- oder Makroalbuminurie entsprechen (5 mg/l, 20 mg/l, 333 mg/l). <br /> Es zeigt sich, dass an die unbeschichteten Polyurethan-Stents (BPU) sich mit und ohne Zugabe von Albumin die größten Mengen an Gesamtmineralisat anlagern. Die amorphen Kohlenstoffbeschichtungen führen zu einer signifikanten Senkung der Mineralisatmengen auf den Harnleiterschienen. Die DLC-2-Stents senken mit einer Signifikanz von p = 0,009 die Inkrustation der Stents (um 14,8%) ohne Albuminzugabe, mit Albuminzugabe um 11,2%. Die Anwendung von DLC-Uro-Stents mindert die Inkrustation von HLS um 7,6% ohne Albuminzugabe; gibt man Albumin in den Urin hinzu vermindern sich die Mineralisatmengen auf diesen Stents mit einer Signifikanz von 0,00005 um 15,4% Somit kommt es also zu einer signifikanten Verringerung der Inkrustationsneigung durch die Verwendung von amorphen Kohlenstoffbeschichtungen. <br /> In den Versuchen unter Albuminzugabe tritt ein Phänomen auf, welches im Vergleich zu den vorherigen 20 Versuchsreihen ohne Albuminzugabe nicht auftrat. Auf der Oberfläche der Stents lagern sich sphärische Präzipitate ab. Zu beobachten ist dabei, dass diese deutlich vermehrt auf den unbeschichteten Stents, die dem momentanen Klinikstandard entsprechen, auftreten (68,12 ± 31,02 Sphärolithen pro Stent). Auf den mit plasmadeponierten amorphen Kohlenstoffen kommt es zu einer Minderung der Sphärolithenanzahl um 79,46% [DLC-Uro-Stents 14,07 ± 17,24 Stück (p = 4 × 10-12)] bzw. um 94,6% [DLC-2-Stents 3,69 ± 4,64 Stück (p = 3 × 10-18)]. <br /> Eine Abhängigkeit zwischen Häufigkeit der Sphärolithen und der jeweiligen Albuminkonzentration konnte jedoch nicht gezeigt werden, d.h. die Hohlkörper treten bei Albuminkonzentrationen auf, die sowohl einer Mikro- wie auch einer Makroalbuminurie entsprechen. Als Erklärung für dieses Phänomen kommen mehrere Theorien in Frage. <br /> Ob diese Sphärolithenbildung auch in-vivo auftritt, konnte bisher noch nicht hinreichend untersucht bzw. beobachtet werden. Inwieweit die sphärische Präzipitation Einfluss auf die Inkrustation von in-vivo liegenden Harnleiterschienen hat, muss daher noch untersucht werden.