Skip to main content
Erschienen in: Journal of Artificial Organs 3/2020

11.05.2020 | Original Article

Involvement of ionic interactions in cytokine adsorption of polyethyleneimine-coated polyacrylonitrile and polymethyl methacrylate membranes in vitro

verfasst von: Kazuhiro Moriyama, Yu Kato, Daisuke Hasegawa, Yasuyoshi Kurimoto, Takahiro Kawaji, Tomoyuki Nakamura, Naohide Kuriyama, Yasuyo Shimomura, Osamu Nishida

Erschienen in: Journal of Artificial Organs | Ausgabe 3/2020

Einloggen, um Zugang zu erhalten

Abstract

Polyethyleneimine-coated polyacrylonitrile (AN69ST) and polymethyl methacrylate (PMMA) membranes are effective cytokine-adsorbing hemofilters; however, the cytokine-adsorption mechanism remains elusive. This study investigated the involvement of ionic interactions in cytokine adsorption to a negatively charged AN69ST membrane and neutral-charged PMMA membrane. Experimental hemofiltration was performed for 30 min in a closed-loop circulation system using AN69ST and PMMA hemofilters. Tumor necrosis factor (TNF)-α, interleukin (IL)-6, and IL-8 concentrations in the test solutions were measured at baseline and at 10 min and 30 min into hemofiltration. To investigate the involvement of ionic interactions in cytokine adsorption, cytokine clearance (CL) was calculated at 10 min into hemofiltration and with three types of solutions at various pH levels (7.6, 7.2, and 6.8). During AN69ST hemofiltration, the CLs of TNF-α, IL-6, and IL-8 were 38 ± 6 mL/min, 23 ± 7 mL/min, and 78 ± 3 mL/min, respectively, demonstrating a relationship with their respective isoelectric points. During PMMA hemofiltration, the CL of IL-6 peaked at 31 ± 76 mL/min, with no relationship observed between the CL and isoelectric point. When the pH of the test solution shifted from 7.6 to 6.8, the CLs of TNF-α, IL6, and IL-8 increased in the AN69ST hemofilter; whereas, no such trend was observed in the PMMA hemofilter. These results indicated that Ionic interactions play a role in cytokine adsorption by the AN69ST membrane but not the PMMA membrane and highlight the clinical relevance of this finding, as well as the potential practical applications for further hemofilter design.
Literatur
1.
Zurück zum Zitat Singer M, Deutschman CS, Seymour CW, Shankar-Hari M, Annane D, Bauer M, Bellomo R, Bernard GR, Chiche JD, Coopersmith CM, et al. The third international consensus definition for sepsis and septic shock (Sepsis-3). JAMA. 2016;315:801–10.CrossRef Singer M, Deutschman CS, Seymour CW, Shankar-Hari M, Annane D, Bauer M, Bellomo R, Bernard GR, Chiche JD, Coopersmith CM, et al. The third international consensus definition for sepsis and septic shock (Sepsis-3). JAMA. 2016;315:801–10.CrossRef
2.
Zurück zum Zitat Lord JM, Midwinter MJ, Chen YF, Belli A, Brohi K, Kovacs EJ, Koenderman L, Kubes P, Lilfordet RJ, et al. The systemic immune response to trauma: an overview of pathophysiology and treatment. Lancet. 2014;384:1455–65.CrossRef Lord JM, Midwinter MJ, Chen YF, Belli A, Brohi K, Kovacs EJ, Koenderman L, Kubes P, Lilfordet RJ, et al. The systemic immune response to trauma: an overview of pathophysiology and treatment. Lancet. 2014;384:1455–65.CrossRef
3.
Zurück zum Zitat Vincent JL, Opal SM, Marshall JC, Tracey KJ. Sepsis definitions: time for change. Lancet. 2013;381:774–5.CrossRef Vincent JL, Opal SM, Marshall JC, Tracey KJ. Sepsis definitions: time for change. Lancet. 2013;381:774–5.CrossRef
4.
Zurück zum Zitat Tracey KJ. Physiology and immunology of the cholinergic antiinflammatory pathway. J Clin Invest. 2007;117:289–96.CrossRef Tracey KJ. Physiology and immunology of the cholinergic antiinflammatory pathway. J Clin Invest. 2007;117:289–96.CrossRef
5.
Zurück zum Zitat Arimura T, Abe M, Shiga H, Katayama H, Kaizu K, Oda S. Clinical study of blood purification therapy in critical care in Japan: results from the survey research of the Japan Society for Blood Purification in Critical Care in 2013. J Artif Organs. 2017;20:244–51.CrossRef Arimura T, Abe M, Shiga H, Katayama H, Kaizu K, Oda S. Clinical study of blood purification therapy in critical care in Japan: results from the survey research of the Japan Society for Blood Purification in Critical Care in 2013. J Artif Organs. 2017;20:244–51.CrossRef
6.
Zurück zum Zitat Ankawi G, Neri M, Zhang J, Breglia A, Ricci Z, Ronco C. Extracorporeal techniques for the treatment of critically ill patients with sepsis beyond conventional blood purification therapy: the promises and the pitfalls. Crit Care. 2018;22:1–16.CrossRef Ankawi G, Neri M, Zhang J, Breglia A, Ricci Z, Ronco C. Extracorporeal techniques for the treatment of critically ill patients with sepsis beyond conventional blood purification therapy: the promises and the pitfalls. Crit Care. 2018;22:1–16.CrossRef
7.
Zurück zum Zitat Nakada TA, Oda S, Abe R, Hattori N. Changes in acute blood purification therapy in critical care: republication of the article published in the Japanese Journal of Artificial Organs. J Artif Organs. 2019;1:1–5. Nakada TA, Oda S, Abe R, Hattori N. Changes in acute blood purification therapy in critical care: republication of the article published in the Japanese Journal of Artificial Organs. J Artif Organs. 2019;1:1–5.
8.
Zurück zum Zitat Nishida O, Nakamura T, Kuriyama N, Hara Y, Yumoto M, Shimomura Y, Moriyama K. Sustained high efficiency daily diafiltration using a mediator-adsorbing membrane (SHEDD-fA) in the treatment of patients with severe sepsis. Contrib Nephrol. 2011;173:172–81.CrossRef Nishida O, Nakamura T, Kuriyama N, Hara Y, Yumoto M, Shimomura Y, Moriyama K. Sustained high efficiency daily diafiltration using a mediator-adsorbing membrane (SHEDD-fA) in the treatment of patients with severe sepsis. Contrib Nephrol. 2011;173:172–81.CrossRef
9.
Zurück zum Zitat Shiga H, Hirasawa H, Nishida O, Oda S, Nakamura M, Mashiko K, Matsuda K, Kitamura N, Kikuchi Y, Fuke N. Continuous hemodiafiltration with a cytokine-adsorbing hemofilter in patients with septic shock: a preliminary report. Blood Purif. 2014;38:211–8.CrossRef Shiga H, Hirasawa H, Nishida O, Oda S, Nakamura M, Mashiko K, Matsuda K, Kitamura N, Kikuchi Y, Fuke N. Continuous hemodiafiltration with a cytokine-adsorbing hemofilter in patients with septic shock: a preliminary report. Blood Purif. 2014;38:211–8.CrossRef
10.
Zurück zum Zitat Thomas M, Moriyama K, Ledebo I. AN69: Evolution of the world’s first high permeability membrane. Contrib Nephrol. 2011;173:119–29.CrossRef Thomas M, Moriyama K, Ledebo I. AN69: Evolution of the world’s first high permeability membrane. Contrib Nephrol. 2011;173:119–29.CrossRef
11.
Zurück zum Zitat Mukaida H, Matsushita S, Inotani T, Nakamura A, Amano A. Continuous renal replacement therapy with a polymethyl methacrylate membrane hemofilter suppresses inflammation in patients after open-heart surgery with cardiopulmonary bypass. J Artif Organs. 2018;21:188–95.CrossRef Mukaida H, Matsushita S, Inotani T, Nakamura A, Amano A. Continuous renal replacement therapy with a polymethyl methacrylate membrane hemofilter suppresses inflammation in patients after open-heart surgery with cardiopulmonary bypass. J Artif Organs. 2018;21:188–95.CrossRef
12.
Zurück zum Zitat Moriyama K, Soejima Y. Continuous hemodiafiltration using PMMA membrane: clinical efficacy and its mechanisms. Contrib Nephrol. 1999;125:222–32.CrossRef Moriyama K, Soejima Y. Continuous hemodiafiltration using PMMA membrane: clinical efficacy and its mechanisms. Contrib Nephrol. 1999;125:222–32.CrossRef
13.
Zurück zum Zitat Nakada T, Oda S, Matsuda K, Sadahiro T, Nakamura M, Abe R, Hirasawa H. Continuous hemodiafiltration with PMMA hemofilter in the treatment of patients with septic shock. Mol Med. 2008;14:257–63.CrossRef Nakada T, Oda S, Matsuda K, Sadahiro T, Nakamura M, Abe R, Hirasawa H. Continuous hemodiafiltration with PMMA hemofilter in the treatment of patients with septic shock. Mol Med. 2008;14:257–63.CrossRef
14.
Zurück zum Zitat Honore PM, Jacobs R, Joannes-Boyau O, De Regt J, De Waele E, van Gorp V, Boer W, Verfaillie L, Spapenet HD. Newly designed CRRT membranes for sepsis and SIRS—a pragmatic approach for bedside intensivists summarizing the more recent advances: a systematic structured review. ASAIO J. 2013;59:99–106.CrossRef Honore PM, Jacobs R, Joannes-Boyau O, De Regt J, De Waele E, van Gorp V, Boer W, Verfaillie L, Spapenet HD. Newly designed CRRT membranes for sepsis and SIRS—a pragmatic approach for bedside intensivists summarizing the more recent advances: a systematic structured review. ASAIO J. 2013;59:99–106.CrossRef
15.
Zurück zum Zitat Hirasawa H, Oda S, Nakamura M, Watanabe E, Shiga H, Matsuda K. Continuous hemodiafiltration with a cytokine-adsorbing hemofilter for sepsis. Blood Purif. 2012;34:164–70.CrossRef Hirasawa H, Oda S, Nakamura M, Watanabe E, Shiga H, Matsuda K. Continuous hemodiafiltration with a cytokine-adsorbing hemofilter for sepsis. Blood Purif. 2012;34:164–70.CrossRef
16.
Zurück zum Zitat Romagnoli S, Ricci Z, Ronco C. CRRT for sepsis-induced acute kidney injury. Curr Opin Crit Care. 2018;24:483–92.CrossRef Romagnoli S, Ricci Z, Ronco C. CRRT for sepsis-induced acute kidney injury. Curr Opin Crit Care. 2018;24:483–92.CrossRef
17.
Zurück zum Zitat Yumoto M, Nishida O, Moriyama K, Shimomura Y, Nakamura T, Kuriyama N, Hara Y, Yamada S. In vitro evaluation of high mobility group box 1 protein removal with various membranes for continuous hemofiltration. Ther Apher Dial. 2011;15:385–93.CrossRef Yumoto M, Nishida O, Moriyama K, Shimomura Y, Nakamura T, Kuriyama N, Hara Y, Yamada S. In vitro evaluation of high mobility group box 1 protein removal with various membranes for continuous hemofiltration. Ther Apher Dial. 2011;15:385–93.CrossRef
18.
Zurück zum Zitat Malard B, Florens N, Lambert C, Juillard L. Adsorption as a contributor for inflammatory mediators removal by different hemofiltration membranes: a pilot study. Artif Organs. 2017;41:545–55.CrossRef Malard B, Florens N, Lambert C, Juillard L. Adsorption as a contributor for inflammatory mediators removal by different hemofiltration membranes: a pilot study. Artif Organs. 2017;41:545–55.CrossRef
20.
Zurück zum Zitat Hirayama Y, Oda S, Wakabayashi K, Sadahiro T, Nakamura M, Watanabe E, Tateishi Y. Comparison of interleukin-6 removal properties among hemofilters consisting of varying membrane materials and surface areas: an in vitro study. Blood purif. 2011;31:18–25.CrossRef Hirayama Y, Oda S, Wakabayashi K, Sadahiro T, Nakamura M, Watanabe E, Tateishi Y. Comparison of interleukin-6 removal properties among hemofilters consisting of varying membrane materials and surface areas: an in vitro study. Blood purif. 2011;31:18–25.CrossRef
21.
Zurück zum Zitat Rimmelé T, Kellum JA. High-volume hemofiltration in the intensive care unit: a blood purification therapy. Anesthesiology. 2012;116:1377–87.CrossRef Rimmelé T, Kellum JA. High-volume hemofiltration in the intensive care unit: a blood purification therapy. Anesthesiology. 2012;116:1377–87.CrossRef
22.
Zurück zum Zitat Doi K, Iwagami M, Yoshida E, Marshall MR. Associations of polyethyleneimine-coated AN69ST membrane in continuous renal replacement therapy with the intensive care outcomes: observations from a claims database from Japan. Blood Purif. 2017;44:184–92.CrossRef Doi K, Iwagami M, Yoshida E, Marshall MR. Associations of polyethyleneimine-coated AN69ST membrane in continuous renal replacement therapy with the intensive care outcomes: observations from a claims database from Japan. Blood Purif. 2017;44:184–92.CrossRef
Metadaten
Titel
Involvement of ionic interactions in cytokine adsorption of polyethyleneimine-coated polyacrylonitrile and polymethyl methacrylate membranes in vitro
verfasst von
Kazuhiro Moriyama
Yu Kato
Daisuke Hasegawa
Yasuyoshi Kurimoto
Takahiro Kawaji
Tomoyuki Nakamura
Naohide Kuriyama
Yasuyo Shimomura
Osamu Nishida
Publikationsdatum
11.05.2020
Verlag
Springer Japan
Erschienen in
Journal of Artificial Organs / Ausgabe 3/2020
Print ISSN: 1434-7229
Elektronische ISSN: 1619-0904
DOI
https://doi.org/10.1007/s10047-020-01173-0

Weitere Artikel der Ausgabe 3/2020

Journal of Artificial Organs 3/2020 Zur Ausgabe

Echinokokkose medikamentös behandeln oder operieren?

06.05.2024 DCK 2024 Kongressbericht

Die Therapie von Echinokokkosen sollte immer in spezialisierten Zentren erfolgen. Eine symptomlose Echinokokkose kann – egal ob von Hunde- oder Fuchsbandwurm ausgelöst – konservativ erfolgen. Wenn eine Op. nötig ist, kann es sinnvoll sein, vorher Zysten zu leeren und zu desinfizieren. 

Recycling im OP – möglich, aber teuer

05.05.2024 DCK 2024 Kongressbericht

Auch wenn sich Krankenhäuser nachhaltig und grün geben – sie tragen aktuell erheblich zu den CO2-Emissionen bei und produzieren jede Menge Müll. Ein Pilotprojekt aus Bonn zeigt, dass viele Op.-Abfälle wiederverwertet werden können.

Im OP der Zukunft läuft nichts mehr ohne Kollege Roboter

04.05.2024 DCK 2024 Kongressbericht

Der OP in der Zukunft wird mit weniger Personal auskommen – nicht, weil die Technik das medizinische Fachpersonal verdrängt, sondern weil der Personalmangel es nötig macht.

Nur selten Nachblutungen nach Abszesstonsillektomie

03.05.2024 Tonsillektomie Nachrichten

In einer Metaanalyse von 18 Studien war die Rate von Nachblutungen nach einer Abszesstonsillektomie mit weniger als 7% recht niedrig. Nur rund 2% der Behandelten mussten nachoperiert werden. Die Therapie scheint damit recht sicher zu sein.

Update Chirurgie

Bestellen Sie unseren Fach-Newsletter und bleiben Sie gut informiert.

S3-Leitlinie „Diagnostik und Therapie des Karpaltunnelsyndroms“

Karpaltunnelsyndrom BDC Leitlinien Webinare
CME: 2 Punkte

Das Karpaltunnelsyndrom ist die häufigste Kompressionsneuropathie peripherer Nerven. Obwohl die Anamnese mit dem nächtlichen Einschlafen der Hand (Brachialgia parästhetica nocturna) sehr typisch ist, ist eine klinisch-neurologische Untersuchung und Elektroneurografie in manchen Fällen auch eine Neurosonografie erforderlich. Im Anfangsstadium sind konservative Maßnahmen (Handgelenksschiene, Ergotherapie) empfehlenswert. Bei nicht Ansprechen der konservativen Therapie oder Auftreten von neurologischen Ausfällen ist eine Dekompression des N. medianus am Karpaltunnel indiziert.

Prof. Dr. med. Gregor Antoniadis
Berufsverband der Deutschen Chirurgie e.V.

S2e-Leitlinie „Distale Radiusfraktur“

Radiusfraktur BDC Leitlinien Webinare
CME: 2 Punkte

Das Webinar beschäftigt sich mit Fragen und Antworten zu Diagnostik und Klassifikation sowie Möglichkeiten des Ausschlusses von Zusatzverletzungen. Die Referenten erläutern, welche Frakturen konservativ behandelt werden können und wie. Das Webinar beantwortet die Frage nach aktuellen operativen Therapiekonzepten: Welcher Zugang, welches Osteosynthesematerial? Auf was muss bei der Nachbehandlung der distalen Radiusfraktur geachtet werden?

PD Dr. med. Oliver Pieske
Dr. med. Benjamin Meyknecht
Berufsverband der Deutschen Chirurgie e.V.

S1-Leitlinie „Empfehlungen zur Therapie der akuten Appendizitis bei Erwachsenen“

Appendizitis BDC Leitlinien Webinare
CME: 2 Punkte

Inhalte des Webinars zur S1-Leitlinie „Empfehlungen zur Therapie der akuten Appendizitis bei Erwachsenen“ sind die Darstellung des Projektes und des Erstellungswegs zur S1-Leitlinie, die Erläuterung der klinischen Relevanz der Klassifikation EAES 2015, die wissenschaftliche Begründung der wichtigsten Empfehlungen und die Darstellung stadiengerechter Therapieoptionen.

Dr. med. Mihailo Andric
Berufsverband der Deutschen Chirurgie e.V.