Verwijdering van platinahoudende cytostatica uit urine en recuperatie van het edelmetaal

Janis Baeten
Urine: een goudmijn?PIPI!Zo, de aandacht is getrokken. Pipi, of iets beschaafder urine, geeft vaak aanleiding tot gegniffel en flauwe moppen, maar is ook het onderwerp van serieus wetenschappelijk onderzoek. Urine bevat namelijk allerlei nuttige elementen zoals fosfor en stikstof, die als meststof in de landbouw zouden kunnen dienen. Er worden veel inspanningen gedaan om methodes te ontwikkelen die de recyclage van deze stoffen mogelijk maken zonder te hoge kosten.

Verwijdering van platinahoudende cytostatica uit urine en recuperatie van het edelmetaal

Urine: een goudmijn?

PIPI!

Zo, de aandacht is getrokken. Pipi, of iets beschaafder urine, geeft vaak aanleiding tot gegniffel en flauwe moppen, maar is ook het onderwerp van serieus wetenschappelijk onderzoek. Urine bevat namelijk allerlei nuttige elementen zoals fosfor en stikstof, die als meststof in de landbouw zouden kunnen dienen. Er worden veel inspanningen gedaan om methodes te ontwikkelen die de recyclage van deze stoffen mogelijk maken zonder te hoge kosten. In sommige gevallen bevat urine echter ook platina, een edelmetaal dat met zijn prijs van € 32 000 per kilogram evenveel waard is als goud! Is urine de goudmijn van de toekomst?

Platina, wat is dat eigenlijk?

Vooraleer de huis-, tuin- en keukenwetenschapper in u zijn urine begint te ontleden in de hoop schatrijk te worden... niet iedereen heeft platina in zijn urine. Platina wordt gebruikt voor allerlei doeleinden, bijvoorbeeld voor de productie van glas, pacemakers, elektronica en juwelen. Bovendien is het een essentieel onderdeel van autokatalysatoren, apparaten die de schadelijke stoffen in de uitlaatgassen van auto’s afbreken. Maar ook in de strijd tegen kanker wordt het metaal ingezet. Platinahoudende cytostatica (PHC) zijn kankerbestrijdende stoffen die een platina-atoom bevatten. Deze medicijnen worden via een infuus toegediend, een behandeling die beter gekend is als chemotherapie. Nadat PHC in het lichaam kankercellen bestreden hebben, verlaten ze het lichaam via de urine van de patiënt. Tijdens een chemokuur kunnen er dus aanzienlijke hoeveelheden van het edelmetaal in urine aanwezig zijn.

Waarom zou je platina willen recycleren?

Het metaal platina is niet gemakkelijk vervangbaar door andere materialen. Bovendien is het erg duur en kunnen er in de toekomst tekorten van ontstaan. Om het risico op tekorten te verkleinen is intensieve recyclage noodzakelijk. Momenteel wordt platina uit afgedankte autokatalysatoren en juwelen al voor een groot deel gerecycleerd. Wat echter nog niet gebeurd, is recyclage van platina afkomstig van PHC. Momenteel komen de restproducten van PHC via het toilet in de riolering terecht. Deze stoffen zorgen voor milieuvervuiling doordat ze niet goed verwijderd worden door klassieke waterzuiveringsinstallaties. Als het mogelijk blijkt om platina uit de urine van kankerpatiënten te winnen zou dit zorgen voor minder milieuvervuiling en tegelijkertijd een nieuwe bron van platina creëren. Dat zijn twee vliegen in één klap!

Hoe haal je platina dan uit urine?

Om deze vraag te beantwoorden heb ik verschillende experimenten uitgevoerd. Om te beginnen werd de snelheid onderzocht waarmee platina wordt uitgescheiden nadat het werd toegediend via een infuus. Hiervoor werden kleine staaltjes urine van kankerpatiënten geanalyseerd met hightech instrumenten. Dit geeft ons een idee van de hoeveelheid platina die maximaal kan gerecycleerd worden per patiënt. De resultaten voor een typische behandeling met carboplatine, één van de PHC, worden weergegeven in de grafiek. Hierop kan je zien dat platina gedurende de eerste uren met een hoge snelheid wordt uitgescheiden, maar dat er binnen de 24 uur een plateau wordt bereikt van een kleine 160 mg, wat in zuivere vorm 5 euro waard is! Vooraleer het platina terug verkocht kan worden op de markt moet het echter geconcentreerd worden in een kleiner volume.

Adsorptie leek voor deze ‘opconcentratie’ van platina uit urine een interessante techniek. Adsorptie is het fysisch-chemisch proces waarbij stoffen zich hechten aan een oppervlak. Ze plakken als het ware aan een ander materiaal vast. De techniek wordt geregeld in de waterzuivering gebruikt. Het water uit je kraan bijvoorbeeld heeft een deel van zijn zuiverheid hieraan te danken. Een veel gebruikt materiaal voor adsorptie is actieve kool, dat door zijn vele microscopische kanaaltjes een oppervlakte van meer dan 500 m2 per gram bevat. Hierdoor is er veel plaats waaraan de platinahoudende moleculen zich kunnen hechten. Om te onderzoeken of adsorptie kan gebruikt worden om platina uit urine te verwijderen, werd urine van patiënten over een kolom gegoten die gevuld was met korreltjes actieve kool. De platinaconcentratie van de urine bleek kleiner aan de uitgang van de kolom, dan aan de ingang. Dit wijst erop dat de restproducten van de PHC in urine inderdaad goed adsorberen aan de korrels.

Het mag dan bewezen zijn dat de verwijdering van platina met actieve kool technisch mogelijk is, een nieuwe recyclagetechniek wordt slechts op grote schaal toegepast indien er geld mee kan verdiend worden. Platina is dan wel een van de meest kostbare metalen op aarde, de concentraties in urine zijn vaak kleiner dan 0,01 %, dus na de verwijdering met actieve kool moet het platina dat aan de korrels plakt nog verder gezuiverd worden in een gespecialiseerde fabriek. Al deze stappen kosten geld: het inzamelen van de urine vraagt tijd en energie, actieve kool moet aangekocht worden en het transport en de verwerking van de verzadigde korrels zijn ook niet gratis. Er is niet enkel een economische kost, maar ook milieubelasting door het gebruik van al deze energie en materialen. De vraag is dus of de kosten opwegen tegen de baten. Onze eerste berekeningen zijn hoopgevend wat de economische balans betreft: er wordt netto winst voorspeld! Om zeker te weten of de techniek de moeite waard is, is verder onderzoek noodzakelijk. Een bemoeilijkende factor is alvast dat urine na chemotherapie uiterst giftig is. Er moet dus voorzichtig mee omgesprongen worden.

Back to the future…

PIPI. Misschien veroorzaakt het woord nog steeds wat gegrinnik, maar het vormt nu ook stof tot nadenken. Zal er in de toekomst een speciaal toilet voorzien zijn voor patiënten die een behandeling met PHC ondergaan, waarin actieve kool het platina uit de urine filtert? Wie weet is dit binnen enkele jaren een bron van mooi blinkend metaal dat later zijn dienst doet in autokatalysatoren. Dan zijn we alweer een stapje dichter bij een circulaire economie!

Bibliografie

1.     Referenties

 

Abebe, Alebel (2014): Applicability of biomaterials for the recovery of platinum species from urine. Universiteit Gent.

Andersson, A.; Fagerberg, J.; Lewensohn, R.; Ehrsson, H. (1996): Pharmacokinetics of cisplatin and its monohydrated complex in humans. In Journal of pharmaceutical sciences 85 (8), pp. 824–827.

BBT-kenniscentrum (2012): Granulaire actief koolfilters. VITO. http://ibbt.emis.vito.be/content/granulaire-actief-koolfilters-0, geraadpleegd op 11/5/2014.

Boisdron-Celle, M.; Lebouil, A.; Allain, P.; Gamelin, E. (2001): Pharmacokinetic properties of platinum derivatives. In Bull Cancer 88 Spec No, pp. S14-9.

Bonate, Peter L. (2011): Pharmacokinetic-pharmacodynamic modeling and simulation. 2de ed. New York: Springer.

Bourne, David W. A.: Biopharmaceutics and Pharmacokinetics. University of Colorado. http://www.boomer.org/c/p4, geraadpleegd op 10/10/2014.

Cowley, Alison (Ed.) (2010): A healthy future: platinum in medical applications. Platinum in transition ‘Boom or Bust’. The Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 4de ed. (International Platinum Conference).

Daughton, Christian G. (2014): Eco-directed sustainable prescribing: feasibility for reducing water contamination by drugs. In The Science of the total environment 493, pp. 392–404.

Departement Leefmilieu, Natuur en Energie: Euronormen voor voertuigen. http://www.lne.be/themas/milieu-en-mobiliteit/milieuvriendelijke-voertu…, geraadpleegd op 29/10/2014.

Desoize, Bernard; Madoulet, Claudie (2002): Particular aspects of platinum compounds used at present in cancer treatment. In Critical Reviews in Oncology/Hematology 42 (3), pp. 317–325.

Duffull, S. B.; Robinson, B. A. (1997): Clinical pharmacokinetics and dose optimisation of carboplatin. In Clin Pharmacokinet 33 (3), pp. 161–183.

Easton, Cecilia; Turner, Andrew; Sewell, Graham (2011): An evaluation of the toxicity and bioaccumulation of cisplatin in the marine environment using the macroalga, Ulva lactuca. In Environmental pollution (Barking, Essex : 1987) 159 (12), pp. 3504–3508.

Eckert, Maxie (2015): ‘De chemo thuis krijgen zou veel miserie besparen’. In De Standaard, 4/30/2015. http://www.standaard.be/cnt/dmf20150429_01656574.

Elferink, F.; van der Vijgh, W. J.; Klein, I., Vermorken, J. B.; Gall, H. E.; Pinedo, H. M. (1987): Pharmacokinetics of carboplatin after Iv Administration. In Cancer treatment reports (71), pp. 1231–1237.

FAGG (2015): Website van het Federaal Agentschap voor Geneesmiddelen en Gezondheidsproducten. http://www.fagg-afmps.be, geraadpleegd op 11/2/2015.

Falter, R.; Wilken, R. D. (1999): Determination of carboplatinum and cisplatinum by interfacing HPLC with ICP-MS using ultrasonic nebulisation. In The Science of the total environment 225 (1-2), pp. 167–176.

Folens, Karel; Vanhaecke, Frank; Du Laing, Gijs (2014): Speciation-analysis for recycling of critical elements in aqueous waste streams. In AOG RENEW meeting, Abstracts. http://hdl.handle.net/1854/LU-4419621.

Gold Price Pty. Ltd. (2015): Gold Price. goldprice.org, geraadpleegd op 24/5/2015.

Graedel, T. E.; Allwood, Julian; Birat, Jean-Pierre; Buchert, Matthias; Hagelüken, Christian; Reck, Barbara K. et al. (2011): Recycling rates of metals. A status report. Nairobi, Kenya: United Nations Environment Programme.

Graham, M. A.; Lockwood, G. F.; Greenslade, D.; Brienza, S.; Bayssas, M.; Gamelin, E. (2000): Clinical pharmacokinetics of oxaliplatin: a critical review. In Clin. Cancer Res. 6 (4), pp. 1205–1218.

Guibal, E.; Vincent, T.; Mendoza, R. Navarro (2000): Synthesis and characterization of a thiourea derivative of chitosan for platinum recovery. In J. Appl. Polym. Sci. 75 (1), pp. 119–134.

Gunn, Gus; Benham, Antony (2009): Platinum-group elements. Britisch Geological Survey. http://www.bgs.ac.uk/mineralsUK/statistics/mineralProfiles.html.

Hann, S.; Koellensperger, G.; Stefánka, Zs.; Stingeder, G.; Fürhacker, M.; Buchberger, W.; Mader, R. M. (2003): Application of HPLC-ICP-MS to speciation of cisplatin and its degradation products in water containing different chloride concentrations and in human urine. In J. Anal. At. Spectrom. 18 (11), p. 1391.

Hann, S.; Stefánka, Zs; Lenz, K.; Stingeder, G. (2005): Novel separation method for highly sensitive speciation of cancerostatic platinum compounds by HPLC-ICP-MS. In Anal Bioanal Chem 381 (2), pp. 405–412.

Jerremalm, Elin; Videhult, Pernilla; Alvelius, Gunvor; Griffiths, William J.; Bergman, Tomas; Eksborg, Staffan; Ehrsson, Hans (2002): Alkaline hydrolysis of oxaliplatin--isolation and identification of the oxalato monodentate intermediate. In Journal of pharmaceutical sciences 91 (10), pp. 2116–2121.

Johnson, Andrew C.; Oldenkamp, Rik; Dumont, Egon; Sumpter, John P. (2013): Predicting concentrations of the cytostatic drugs cyclophosphamide, carboplatin, 5-fluorouracil, and capecitabine throughout the sewage effluents and surface waters of Europe. In Environmental toxicology and chemistry / SETAC 32 (9), pp. 1954–1961.

Johnson Matthey PLC (2014): Johnson Matthey Precious Metals Management. Johnson Matthey PLC. http://www.platinum.matthey.com/, geraadpleegd op 29/10/2014.

Kho, Yuhan; Jansman, Frank G A; Prins, Nicolaas H.; Neef, Cees; Brouwers, Jacobus R B J (2006): Population pharmacokinetics of oxaliplatin (85 mg/m2) in combination with 5-fluorouracil in patients with advanced colorectal cancer. In Therapeutic drug monitoring 28 (2), pp. 206–211.

Kümmerer, Klaus; Helmers, Eckard; Hubner, Peter; Mascart, Georges; Milandri, Milena; Reinthaler, Franz; Zwakenberg, Mirriam (1999): European hospitals as a source for platinum in the environment in comparison with other sources. In Science of The Total Environment 225 (1-2), pp. 155–165.

Lenz, K.; Mahnik, S. N.; Weissenbacher, N.; Mader, R. M.; Krenn, P.; Hann, S. et al. (2007a): Monitoring, removal and risk assessment of cytostatic drugs in hospital wastewater. In Water science and technology : a journal of the International Association on Water Pollution Research 56 (12), pp. 141–149.

Lenz, Katharina; Hann, Stephan; Koellensperger, Gunda; Stefanka, Zsolt; Stingeder, Gerhard; Weissenbacher, Norbert et al. (2005): Presence of cancerostatic platinum compounds in hospital wastewater and possible elimination by adsorption to activated sludge. In The Science of the total environment 345 (1-3), pp. 141–152.

Lenz, Katharina; Koellensperger, Gunda; Hann, Stephan; Weissenbacher, Norbert; Mahnik, Susanne N.; Fuerhacker, Maria (2007b): Fate of cancerostatic platinum compounds in biological wastewater treatment of hospital effluents. In Chemosphere 69 (11), pp. 1765–1774.

Mišík, Miroslav (2014): Acute toxic and genotoxic activities of widely used cytostatic drugs in higher plants_ Possible impact on the environment. In Environmental Research 135, pp. 196–203.

Mosselmans, Timothy (2015): Actieve kool eigenschappen. E-mail, 21/4/2015.

Nikoloski, Aleksandar N.; Ang, Kwang-Loon (2013): Review of the Application of Ion Exchange Resins for the Recovery of Platinum-Group Metals From Hydrochloric Acid Solutions. In Mineral Processing and Extractive Metallurgy Review 35 (6), pp. 369–389.

Nopens, Ingmar (2010): Modelleren en simuleren van biosystemen. Cursus 3de Bachelor Bio-ingenieur. Met assistentie van Elena Torfs. Universiteit Gent.

Rabaey, Korneel; Vlaeminck, Siegfried (2013): Microbial technology for re-use : cursus. academiejaar 2013-2014. UGent.

Rang, Humphrey P.; Dale, M. Maureen (2014): Rang and Dale's pharmacology. 7de ed. Edinburgh etc.: Elsevier/Churchill Livingstone.

Reece, P. A.; Stafford, I.; Davy, M.; Freeman, S. (1987): Disposition of unchanged cisplatin in patients with ovarian cancer. In Clinical pharmacology and therapeutics 42 (3), pp. 320–325.

Rudek, Michelle A. (2014): Handbook of anticancer pharmacokinetics and pharmacodynamics. 2de ed. (Cancer drug discovery and development).

Schierl, R.; Rohrer, B.; Hohnloser, J. (1995): Long-term platinum excretion in patients treated with cisplatin. In Cancer chemotherapy and pharmacology 36 (1), pp. 75–78.

Schierl, Rudi (2000): Environmental monitoring of platinum in air and urine. In Microchemical Journal 67 (1-3), pp. 245–248.

Sharififard, A.; Soleimani, M.; Ashtiani, F. (2012): Evaluation of activated carbon and bio-polymer modified activated carbon performance for palladium and platinum removal. In Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers 43, pp. 696–703.

Tang, X.; Hayes Ii, J W; Schroder, L.; Cacini, W.; Dorsey, J.; Elder, R. C.; Tepperman, K. (1997): Determination of biotransformation products of platinum drugs in rat and human urine. In Metal-based drugs 4 (2), pp. 97–109.

Thornthon, Lain; Butler, Butler, David; Docx, Paul; Hession, Martin; Makropoulos, Christos; McMullen, Madeleine et al. (2001): Pollutants in urban waste water and sewage sludge. Office for Official Publications of the European Communities. http://ec.europa.eu/environment/archives/waste/sludge/pdf/sludge_pollut….

Turner, Andrew; Mascorda, Llucia (2015): Particle-water interactions of platinum-based anticancer drugs in river water and estuarine water. In Chemosphere 119, pp. 415–422.

Urien, Sail; Lokiec, François (2004): Population pharmacokinetics of total and unbound plasma cisplatin in adult patients. In British journal of clinical pharmacology 57 (6), pp. 756–763.

Vermeulen, An. Prof. dr. apr. (2015). E-mail en persoonlijk gesprek, 21/4/2015.

Vermorken, J. B.; van der Vijgh, W. J.; Klein, I.; Hart, A. A. M.; Gall, H. E.; Pinedo, H. M. (1984): Pharmacokinetics of free and total platinum species after short-term infusion of cisplatin. In Cancer treatment reports 68, pp. 505–513.

Villa, Antoine F.; EL BALKHI, Souleiman; ABOURA, Radia; SAGEOT, Herve; HASNI-PICHARD, Helene; POCARD, Marc et al. (2015): Evaluation of oxaliplatin exposure of healthcare workers during heated intraperitoneal perioperative chemotherapy (HIPEC). In INDUSTRIAL HEALTH 53 (1), pp. 28–37.

Vyas, Nitin; Turner, Andrew; Sewell, Graham (2014): Platinum-based anticancer drugs in waste waters of a major UK hospital and predicted concentrations in recipient surface waters. In The Science of the total environment 493, pp. 324–329.

Wiseman, Clare L.S.; Zereini, Fathi (2009): Airborne particulate matter, platinum group elements and human health: A review of recent evidence. In Science of The Total Environment 407, pp. 2493–2500.

Won, Sung Wook; Mao, Juan; Kwak, In-Seob; Sathishkumar, M.; Yun, Yeoung-Sang (2010): Platinum recovery from ICP wastewater by a combined method of biosorption and incineration. In Bioresource technology 101 (4), pp. 1135–1140.

Working Group on defining critical raw materials (2014): Report on critical raw materials fot the EU.

Xiaolong, Chen; Guolong, Huang; Jiade Wang (2013): Electrochemical Reduction/Oxidation in the Treatment of Heavy Metal Wastewater. In Journal of Metallurgical Engineering 2 (4), pp. 161–164.

Zimova, M.; Wittlingerova, Z.; Cidlinovva, A., Petruzelkova, A., Mateju, L.; Splichalova, J.; Wranova, K. (Eds.) (2012): Health and environmental risks of cytostatic platinum group residues. 12th International Multidisciplinary Scientific Geoconference (SGEM). Bulgarije: STEF92 TECHNOLOGY LTD (5).

Universiteit of Hogeschool
Bio-ingenieurswetenschappen: milieutechnologie
Publicatiejaar
2015
Kernwoorden
Deel deze scriptie