Niersteenvorming is een complex proces door de vele verschillende bestanddelen die urine bevat, en tot op heden is het fysisch-chemische kristallisatiemechanisme nog niet goed in kaart is gebracht. Fatma Ibis, Huseyin Burak Eral en collega’s van de Technische Universiteit Delft ontwierpen daarvoor een druppel-microfluïdische chip waarmee ze konden spelen met de stoffenconcentratie en pH in kunstmatige urinestromen.

Het hoofdbestanddeel van nierstenen is calciumoxalaat-monohydraat (CaC₂O₄·H₂O, COM) en afhankelijk van wat er precies in de urine zit, vormen zich kristallen van zo’n 80% COM. Met een 3D-printer ontwikkelden en optimaliseerden de onderzoekers de microfluïdische chip zodat er twee druppelstromen bij elkaar komen. Die druppelstromen bestaan dan uit enerzijds CaCl₂ en anderzijds natriumoxalaat, met een paar andere componenten. Die worden goed gemengd, waarna je de druppels kunt stabiliseren en observeren in een apart compartimentje (zie foto onderaan).

Wat Ibis en collega’s vonden, is dat Mg²⁺-ionen de vorming van de COM-kristallen vertraagt, maar niet zo sterk als osteopontine (OPN, ook wel SPP1 genoemd), een eiwit van zo’n 33 kDa dat in lage concentraties aanwezig is in urine. Normaal gesproken is dat minstens 100 nM, maar in patiënten met niersteenformatie is dat lager. In hun experimenten vonden de onderzoekers dat ‘normale concentraties’ OPN in hun nier-op-een-chip niersteenvorming compleet remt. Dat werpt licht op een meestal onderbelicht onderdeel in de studie naar nierstenen: macromoleculen. Hun bevindingen nemen de onderzoekers mee in vervolgstudies waarbij ze complexere kunstmatige urinestromen willen gebruiken.

Ibis, F. et al. (2021) Biomicrofluidics 15(6)