EcoFilter®

Sammanfattning
PharmaLundensis utvecklar EcoFilter, som är ett system för att eliminera alla utsläpp av läkemedelsrester och multi-resistenta bakterier i sjukhusens avloppsvatten. Systemet eliminerar även alla multi-resistenta bakterier från sjukhusens avloppsrör, vilket medför att det inte längre finns risk för att dessa bakterier tar sig upp till sjukhusets vårdavdelningar och smittar patienter och personal. Läkemedel som isolerats från avloppsvattnet skickas för destruktion i förbränningsugn, medan renat vatten släpps ut i det kommunala avloppssystemet.

Vi känner inte till något annat system som kan uppnå alla dessa fördelar.

Bakgrund
Den ökande förekomsten av antibiotikaresistens hos bakterier utgör ett av de största hoten mot människors hälsa i framtiden. Läkemedelsrester i form av antibiotika hittas idag i allt större utsträckning i avloppsvatten och rötslam, och parallellt med detta blir bakterier allt mer resistenta mot antibiotika. Det har även visats att bakterier med antibiotikaresistens ackumuleras i rötslam. Som exempel var E. coli i rötslam resistenta mot 16 av 24 testade antibiotika (penicilliner, cefalosporiner, aminoglykosider, kinoloner osv). Den högsta graden av resistens (upp till 57 %) fanns för tetracyklin1. Dagens kommunala reningsverk kan inte ta bort läkemedel eller antibiotika-resistenta bakterier från avloppsvatten. I själva verket förefaller det som reningsverken i stället bidrar till att sprida antibiotikaresistens2+3. Om otillräckligt behandlat rötslam används på åkrar som gödning, kan växter bli smittbärande och infektera djur och människor med tarmbakterier. Detta finns beskrivet i många fall5.   

Sjukhusens avloppsvatten bidrar till att förorena det kommunala avloppsvattnet med läkemedel. I hela EU står sjukhus för ca 10 % av alla antibiotikautsläpp4 och på vissa ställen är det betydligt större andel. I till exempel Danmark står sjukhusen för 24 % av de totala antibiotikautsläppen i Köpenhamnsregionen. Tar man bort enkla och oproblematiska penicilliner stiger siffran till 43 % för sjukhusen. Och när det gäller de viktigaste bredspektrum antibiotika, som har direkt livräddande effekt, används de nästa fullständigt på sjukhus. De stora utsläppen av antibiotika i sjukhusens avloppssystem medför att de utgör en centralpunkt för antibiotikaresistens och att de har en avgörande roll för utveckling och spridning av antibiotikaresistens6. Ytterligare ett allvarligt problem är att gener för antibiotikaresistens som utvecklats i sjukhusens avloppssystem kan spridas mellan bakterier företrädesvis i de kommunala reningsverken. Resultatet blir att stora mängder multi-resistenta bakterier sprids i naturen. 
1. Reinthaler FF, Posch J, Feierl G, Wüst G, Haas D, Ruckenbauer G, Mascher F, Marth E. Antibiotic resistance of E. coli in sewage and sludge. Water Res. 2003 Apr;37(8):1685-90.
2. Karen L. Jury , Stuart J. Khan , Tony Vancov , Richard M. Stuetz & Nicholas J. Ashbolt. Are Sewage Treatment Plant Promoting Antibiotic Resistance? Critical Reviews in Environmental Science and Technology Volume 41, 2011 – Issue 3, Pages 243-270.
3. Rizzo L, Manaia C, Merlin C, Schwartz T, Dagot C, Ploy MC, Michael I, Fatta-Kassinos D. Urban wastewater treatment plants as hotspots for antibiotic resistant bacteria and genes spread into the environment: a review. Sci Total Environ. 2013 Mar 1;447:345-60.
4
. Heaton JC, Jones K. Microbial contamination of fruit and vegetables and the behaviour of enteropathogens in the phyllosphere: a review. J Appl Microbiol. 2008 Mar;104(3):613-26. Epub 2007 Oct 9.
5
. Kümmerer K. Antibiotics in the aquatic environment–a review–part I. Chemosphere. 2009 Apr;75(4):417-34.
6
. Hocquet D, Muller A, Bertrand X. What happens in hospitals does not stay in hospitals: antibiotic-resistant bacteria in hospital wastewater systems. J Hosp Infect. 2016 Aug;93(4):395-402.

Problem med dagens avloppssystem på sjukhus
Sjukhusens avloppssystem har idag fyra viktiga problem som måste åtgärdas:
1. Utsläpp av stora mängder läkemedel i avloppsvattnet.
2. Utsläpp av stora mängder multi-resistenta bakterier och resistensgener i avloppsvattnet.
3. Epidemier på sjukhusens vårdavdelningar orsakade av multi-resistenta bakterier från sjukhusets avloppsrör.
4. Spridning av multi-resistenta bakterier från sjukhuspatienter.

1. Utsläpp av stora mängder läkemedel i avloppsvattnet.
Många patienter på sjukhus behandlas med läkemedel. Dessa utsöndras vanligtvis i urinen eller avföringen och spolas ner på toaletten. Detta medför att avloppssystem på sjukhus innehåller höga halter av läkemedelsrester, som kan ha ekotoxiska effekter1. Av speciellt intresse är bredspektrumantibiotika, som kan leda till utveckling av multi-resistenta bakterier i naturen2.

1. Frédéric O, Yves P. Pharmaceuticals in hospital wastewater: their ecotoxicity and contribution to the environmental hazard of the effluent. Chemosphere. 2014 Nov;115:31-9.
2. Gullberg E, Cao S, Berg OG, Ilbäck C, Sandegren L, Hughes D, et al. (2011) Selection of Resistant Bacteria at Very Low Antibiotic Concentrations. PLoS Pathog7(7): e1002158.

2. Utsläpp av stora mängder multi-resistenta bakterier och resistensgener i avloppsvattnet.
Stora mängder antibiotika används på sjukhus för att behandla patienter med infektioner. Denna antibiotika utsöndras i urin och avföring och spolas ner i avloppssystemet. Detta medför att det finns en kontinuerlig och långvarig närvaro av antibiotika i sjukhusens avloppssystem. Som alltid då bakterier långvarigt exponeras för antibiotika så utvecklar bakterierna resistens. Detta medför att avloppsrören på sjukhus är fulla med multi-resistenta bakterier1. Dessa bakterier passerar genom avloppsreningsverken och sprids i naturen, där de kan smitta djur och människor. Vidare kan antibiotikaresistenta bakterier sprida sina resistensgener till ännu fler bakterier till exempel i det kommunala reningsverket. Rötslam kan därefter förorena växter och smitta djur och människor2. Det har även visats att råttor som lever i sjukhusens avloppssystem bär på multi-resistenta bakterier som kan orsaka allvarliga sjukdomar hos människor3.

1. Hocquet D, Muller A, Bertrand X. What happens in hospitals does not stay in hospitals: antibiotic-resistant bacteria in hospital wastewater systems. J Hosp Infect. 2016 Aug;93(4):395-402.
2. Rizzo L, Manaia C, Merlin C, Schwartz T, Dagot C, Ploy MC, Michael I, Fatta-Kassinos D. Urban wastewater treatment plants as hotspots for antibiotic resistant bacteria and genes spread into the environment: a review. Sci Total Environ. 2013 Mar 1;447:345-60. doi: 10.1016/j.scitotenv.2013.01.032. Epub 2013 Feb 7.

3. Hansen TA, Joshi T, Larsen AR, Andersen PS, Harms K, Mollerup S, Willerslev E, Fuursted K, Nielsen LP, Hansen AJ. Vancomycin gene selection in the microbiome of urban Rattus norvegicus from hospital environment. Evol Med Public Health. 2016 Aug 3;2016(1):219-26.

3. Epidemier på sjukhusens vårdavdelningar orsakade av multi-resistenta bakterier från sjukhusets avloppsrör.
Det finns många faktorer som kan bidra till allvarliga epidemier på sjukhus med bakterier från sjukhusets avloppssystem, inklusive felaktig konstruktion på vaskar, duschar och toaletter, läckor från avloppsrör och stopp i avloppet1. Det har även visats att bakterier i vattenlåsen på vanliga vaskar på sju dagar bildar en biofilm som sträcker sig upp till vaskens ventil. När kranen därefter spolas stänker bakterierna i biofilmen upp till en meter kring vasken, varvid de kan smitta patienter2. Om bakterierna är multi-resistenta kan de orsaka mycket allvarliga epidemier, speciellt hos patienter med nedsatt immunförsvar.
1. Breathnach AS, Cubbon MD, Karunaharan RN, Pope CF, Planche TD. Multidrug-resistant Pseudomonas aeruginosa outbreaks in two hospitals: association with contaminated hospital waste-water systems. J Hosp Infect. 2012 Sep;82(1):19-24.
2. Shireen Kotay, Weidong Chai, William Guilford, Katie Barry and Amy J. Mathers. Spread from the Sink to the Patient: in situ Study Using Green Fluorescent Protein (GFP) Expressing- Escherichia coli to Model Bacterial Dispersion from Hand Washing Sink Trap Reservoirs. Appl Environ Microbiol. 2017 Mar 31;83(8).

4. Spridning av multi-resistenta bakterier från sjukhuspatienter.
Många patienter på sjukhus, ffa de som vårdats under lång tid, är bärare av multi-resistenta bakterier i tarmen eller urinvägarna1. Vid toalettbesök spolas de resistenta bakterierna ner i avloppssystemet där de kan sprida sig. De multi-resistenta bakterierna kan därefter infektera patienter på avdelningar, som beskrivits i punkt 3 ovan. Bakterierna kan även följa med avloppsvattnet till det kommunala reningsverket där resistensgener kan överföras till andra bakterier. Resultatet blir smittorisk för multi-resistenta bakterier på sjukavdelningarna samt på åkrar och i naturen.

1. Hogardt M, Proba P, Mischler D, Cuny C, Kempf VA, Heudorf U. Current prevalence of multidrug-resistant organisms in long-term care facilities in the Rhine-Main district, Germany, 2013. Euro Surveill. 2015;20(26):pii=21171.

EcoFilter teknologi
EcoFilter systemet består av användning av evaporatorer för att ta bort vatten från vätskor som är förorenade med läkemedelsrester, vilket beskrivs i Patentansökan1. Grunden för denna separation är att vatten kokar vid 100 grader medan läkemedelsrester behöver hettas upp till mer än 600-800 grader för att förångas. Genom att ånga bort nästan allt vatten från vätskan med läkemedelsrester så isoleras dessa och kan skickas för förbränning.                                         

EcoFilter Modell 101 Jämför med en tesked salt som hälls i en kastrull med kokande vatten. Inledningsvis löser sig saltet i vattnet och försvinner, men om allt vatten kokas bort återfinns saltet som en vit beläggning på kastrullens väggar. Det är då enkelt att samla ihop saltet för vidare behandling. Detta är en robust och välbeprövad teknologi som vi använder på ett nytt sätt.

                                               EcoFilter Prototyp Modell 101

Ett problem är att ovanstående system genererar stora mängder slaskmaterial. I Patentansökan2 beskriver vi hur slaskmängden kan kraftigt reduceras så att processen blir mycket mer ekonomisk.

Det finns många andra praktiska frågor som måste lösas för att få ett effektivt system som löser alla sjukhusens avloppsproblem, vilket beskrivs i Patentansökan 3+4 som ännu inte publicerats.

Positiva resultat i kliniska tester med EcoFilter®
Undersökningar för att klargöra kapaciteten hos EcoFilter® att ta bort antibiotika i urin från intensivvårdspatienter som behandlas med mycket höga doser bredspektrumantibiotika har genomförts. Testerna visade:
* att obehandlad urin från dessa patienter innehöll extremt mycket antibiotika med en mycket uttalad antibakteriell effekt. Således har inte antibiotikan brutits ner i nämnvärd utsträckning då den passerat genom kroppen.

* att urin som behandlats med EcoFilter® fullständigt saknade antibakteriell effekt – all antibiotika hade blivit eliminerad.
* att EcoFilter® fullständigt uppfyller alla önskvärda reningskrav.

Vid dessa tester utvärderades den antibakteriella effekten genom en biologisk bio-assay metod där den bakteriedödande effekten av urinen på bakterier som växer på odlingsplattor bestämdes. Följande bredspektrumantibiotika ingick i testerna: Bensylpenicillin, Cefotaxim, Cefuroxim, Cloxacillin, Erytromycin, Metronicazol, Rifampicin, Trimetoprim-sulfa och Piperacillin-tazobaktam.

Testerna finns beskriva i följande rapporter: Rapport 1 och Rapport 2

Effekt av EcoFilter på en djupblå vattenlösning. Efter rening är lösningen helt klar!

Effekt av EcoFilter på en djupblå vattenlösning. Efter rening är lösningen helt klar. EcoFilter tar bort antibiotika med lika stor effektivitet.


Konkurrens
Teknologier för att ta bort läkemedelsrester och antibiotikaresistensgener från sjukhusens avloppssystem håller för närvande på att utvecklas. Det finns sannolikt inget företag eller organisation som idag kan erbjuda ett fullt fungerande system. Det finns dock ett antal grupper som genomför tester på detta.

Akademiska sjukhuset i Uppsala har ett pilotprojekt med ozon: http://www.akademiska.se/press#/pressreleases/reningsverk-paa-akademiska-ska-minska-antibiotikaresistens-1242668
Detta projekt förväntas inte kunna eliminera förekomst eller utsläpp av multi-resistenta bakterier från sjukhusens avloppssystem.

I Linköping byggs för närvarande ett system där ozon ska ta bort läkemedelsrester, med förväntad reningsgrad på 90 %:
https://www.tekniskaverken.se/innovation/rening-av-lakemedelsrester/
Detta projekt förväntas inte kunna eliminera förekomst eller utsläpp av multi-resistenta bakterier från sjukhusens avloppssystem.

Herlevs sjukhus i Danmark använder ett flertal tekniker för att ta bort läkemedelsrester och multi-resistenta bakterier i avloppsvattnet (membran bioreaktorer, ozon, aktivt kol och UV-strålning). Detta ger en hög grad av rening av det avloppsvatten som lämnar sjukhuset, men processen är komplicerad och dyrbar. Systemet förväntas inte heller kunna reducera växten av multi-resistenta bakterier i sjukhusets egna avloppsrör.
https://www.dhigroup.com/global/news/2016/08/hospital-wastewater-from-a-pollution-problem-to-new-water-resources

Svenska myndigheterna önskar eliminera läkemedelsutsläpp
Det finns idag en stor förståelse för att läkemedelsutsläpp i naturen är skadliga och att man därför måste rena bort läkemedelsrester från avloppsvatten. Naturvårdsverket har undersökt åt regeringen om det är möjligt att rena bort de farliga resterna och nyligen presenterat sin rapport: Naturvårdsverket 2017 Rening av Läkemedelsrester. En sammanfattning av rapporten finns på SVT Nyheter: Sverigesradio.se

Naturvårdsverket anser att det kan vara möjligt att hindra läkemedelsutsläppen genom att förse reningsverken med effektivare teknik som exempelvis kolfilter eller ozonbehandling. Bygger man om de största reningsverken, uppskattar Naturvårdsverket merkostnaden för rening till 600 miljoner kr per år. Detta avser årliga driftskostnader, till det kommer initiala investeringskostnader på mångmiljardbelopp. Ungefär hälften av allt avloppsvatten skulle då renas från läkemedel. Andra organisationer pekar på ett antal svårigheter med dagens teknik. En rapport från Sveriges Lantbruksuniversitet beskriver ett pilotprojekt på Akademiska sjukhuset i Uppsala där man försöker ta bort läkemedel från urin: Eskebaek 2016 – Rening Läkemedelsrester i urin. Här framgår att biokol adsorberade antibiotika till maximalt 55 % vid kolonnförsök. Det krävdes mindre partikelstorlek, längre kontakttid samt skakning för att få bättre bindning. Tillsats av ozon gav endast några procents reduktion av antibiotikahalterna, medan tillsats av enzymer (Pharem Biotech) för att bryta ner antibiotikan inte fungerade alls. Andra problem som framkommer i Naturvårdsverkets rapport är att det kommer att ta tid att utveckla befintlig teknik så att den passar till storskalig rening, samt att bekosta och genomföra utbyggnaden. I Schweiz, som uppfattas som ett föregångsland, har man som målsättning att ha fungerande rening av läkemedelsutsläpp först 2040, vilket är 25 år efter att Lagstiftningen trädde i kraft i januari 2016.

Patentskydd
Patentansökan 1
EcoFilter-teknologin består av användning av evaporatorer (förångningsreaktorer) för att bort vatten från vätskor som innehåller läkemedelsrester.
SE1551420.A1 Denna patentansökan har erhållit positiv granskningsrapport från PRV, samt positiv internationell PCT-granskningsrapport.

Patentansökan 2
Ett problem med att använda evaporatorer för att ta bort föroreningar är att det är svårt att ta bort mer än 70 % av vätskan, vilket genererar stora mängder slaskmaterial. Tar man bort mer vatten än så, sätter sig de lösta substanserna på väggarna av förångningsreaktorn vilket kräver en dyrbar och arbetsam rengöring. I Patentansökan 2 har detta problem lösts genom att beskriva att den avslutande vätskereduktionen sker i slaskbehållaren där det inte spelar roll ifall den lösta substansen faller ut på väggarna då slaskbehållaren i alla fall skall  destrueras. Med denna metod kan vattenhalten reduceras med upp till 100 % och slaskmängden reduceras dramatiskt.
SE1551412.A1
Detta är ett nytt och innovativt koncept som skulle kunna användas i många situationer och industrier. Exempelvis används evaporatorer för att reducera vätskeinnehåll vid svartlutförbränning vid papperstillverkning: skogssverige.se/papper/fakta

Patentansökan 2 har beviljats Patent i Sverige, och den har även erhållit en positiv granskningsrapport från internationell PCT granskare.

Patentansökan 3+4
Det finns många praktiska problem som behöver lösas för att få till ett fungerande system på ett sjukhus, vilket skyddas i EcoFilter patentansökningar 3+4 som nyligen lämnats in.

Fördjupad information

Bakgrund
Dagens reningsverk kan inte ta bort antibiotika från avloppsvattnet, utan det som släpps ut i avloppssystemet hamnar i miljön. Detta leder till ökad förekomst av antibiotikaresistenta bakterier1,2 som senare kan smitta människor med farliga infektioner. Antibiotikaresistenta bakterier finns på många sjukhus i EU, fyra miljoner patienter blir infekterade av dem varje år och de orsakar
25 000 dödsfall3. Om det sprids resistenta bakterier i naturen finns det risk för att vardagliga saker som ont i halsen eller ett barns skrubbade knä åter kan döda, enligt WHO.
1.  http://www.plospathogens.org/article/info:doi/10.1371/journal.ppat.1002158
2. http://ehp.niehs.nih.gov/wp-content/uploads/120/8/ehp.1104650.pdf
3. http://ec.europa.eu/research/fp7/pdf/antimicrobial_resistance_fact_sheet.pdf

Antibiotika får aldrig komma ut i avloppssystemet utan måste stoppas vid källan!
Det verkar närmast vara en naturlag att när det finns ständig kontakt mellan antibiotika och stora mängder bakterier så dyker det ALLTID upp antibiotikaresistens. Man kan därför vara säker på att det finns antibiotikaresistenta bakterier i avloppssystemen på alla svenska sjukhus. Det enda som förhindrar att dessa bakterier tar sig upp till vårdavdelningarna och patienterna är vattenlåsen.  Om något vattenlås torkar ut, till exempel i en golvbrunn, blåser det upp dålig lukt och då kan bakterierna följa med. Dessutom finns det sannolikt antibiotikaresistenta bakterier i sköljrummets vask, där urinpåsar normalt töms ut. Även om det används bakteriedödande rengöringsmedel i vasken är det omöjligt att döda alla bakterier i vattenlåset, där det finns tjocka avlagringar och beläggningar. Om det brukar gå antibiotika genom vattenlåset kan man vara säker på att det finns antibiotikaresistenta bakterier där. När det sedan spolas med kranen kan det stänka upp antibiotikaresistenta bakterier i rummet.

Ytterligare problem uppstår på vägen från sjukhusets avloppssystem tills avloppsvattnet når reningsverket flera kilometer bort. Under hela denna tid befinner sig antibiotikan i direkt kontakt med myriader av bakterier, vilket driver fram antibiotikaresistens. De resistenta bakterierna kan sedan komma upp till människor med exempelvis råttor och insekter. Även servicepersonal som går ner i avloppssystemen kan få med sig resistenta bakterier upp till ytan. Läckande avloppsrör kan släppa ut resistenta bakterier. Efter kraftiga regn kan avloppssystemet översvämmas så att det sköljs ut antibiotikaresistenta bakterier i avloppsbrunnar och toaletter.

Bredspektrum antibiotika
Speciellt värdefulla antibiotika kallas för bredspektrum antibiotika då dessa dödar många olika typer av bakterier. Om det kommer in en patient med en allvarlig infektion till lasarettet sätter man in ett sådant antibiotikum. Infektioner som idag kräver bredspektrum antibiotika inkluderar hjärnhinneinflammation, svåra bukinfektioner, svår lunginflammation samt blodförgiftning. Utan effektiva antibiotika överlever inte dessa patienter. Det är således av extra stort intresse att skydda värdefull bredspektrumantibiotika mot resistensutveckling. Det som driver utveckling av antibiotikaresistens hos bakterier är långvarig kontakt mellan bakterier och antibiotika. En plats som uppvisar dessa förutsättningar är avloppssystem från sjukhus. På sjukhusens infektionskliniker och intensivvårdsavdelningar används dagligen stora mängder antibiotika, och mycket är av bredspektrum typ. Efter att patienterna intagit antibiotika cirkulerar det i kroppen och utsöndras därefter vanligtvis i urinen, som i sin tur går ut i avloppet. Detta innebär att avloppsvatten från dessa sjukhuskliniker innehåller höga halter bredspektrumantibiotika i kontakt med stora mängder bakterier, varför risken för antibiotika resistens utveckling är stor.

00000000048Hemmet
Den största mängden antibiotika i Sverige konsumeras i hemmet, till exempel för behandling av halsfluss, öroninflammation osv. Dessa antibiotika har inte lika bred antibakteriell effekt, och är kanske därför inte lika viktiga som bredspektrumantibiotika. Å andra sidan är det olyckligt om bakterierna blir resistenta mot dessa ”enkla” antibiotika, eftersom man då måste behandla dessa vanliga infektioner med allt mer avancerade antibiotika, som bakterierna så småningom också kan bli resistenta emot. Det skulle vara möjligt att hindra utsläpp av ”vanliga” antibiotika i naturen om patienterna får med sig hem urinflaskor tillsamans med penicillinet. Patienterna kan sedan, när de blivit friska, lämna urinen på en återvinninscentral där man renar urinen genom ett större EcoFilter®. På så sätt kan en dramatisk reduktion av utsläppen av all antibiotika i landet uppnås. Dock kan förstås en del personer uppleva obehag att ha urin stående hemma. Men om man tänker på konsekvenserna av antibiotikaresistens, dvs att idag ”enkla” infektioner kan döda oss i framtiden, är det kanske värt att offra lite på bekvämligheten. Dessutom är det naturligtvis fullt möjligt att varje dag lämna in urinflaskorna till återvinninscentral, om man inte vill ha dem hemma.