TE des vaskuklären Systems FERTIG

• Erkrankungen der Koronararterien, angeborene Herzfehler

• Erkrankungen peripherer Blutgefäße

• Zugang für Hämodialys

• venöse Bypässe

• arterielle Bypässe

  
  

ist ein angeborener Herzfehler —> nur eine Herzkammer ist funktionell —> Blut der Kreisläufe wird vermischt

Operative Trennung der beiden Kreisläufe —> palliativer Eingriff: Verbindung zwischen unterer Hohlvene und Lungenarterie benötigt vaskulären Graft

• Umfasst alle Gefäßerkrankungen, die nicht die Aorta, Koronararterien oder Gehirn betreffen

• Arteriosklerose, Gefäßentzündungen

• Gefäßverengung, Thrombose, Embolie

• Akute oder chronische Ischämie

• Autologe Gefäßprothesen —> arterielle oder venöse

• Allogene Gefäßprothesen —> kurzlebig wegen Kalzifizierung

• synthetische Gefäßprothesen —> Röhre aus PET oder ePTFE

• funktioneller Ersatz durch TE —> artifizielle Gefäßprothesen

• synthetische Scaffolds —> expandiertes ePTFE, PET oder PUR

• bioartifizielle Prothesen —> Temporäre Trägerstruktur für zelluläre Besiedelung und Ausreifung

Wahl der (Endothel)zellen ist entscheidend für die Qualität der Gefäße beim vaskulären Tissue Engineering

• Endothezellen aus der Verna saphena

• Fibroblasten

• glatte Muskulatur

• Stammzellen

  • MSC - Kardiomyozyten, endotheliale Zelle, glatte Muskulatur differenzieren

  • HSC - Wirkung bei Injektion ins Herz wurde gezeigt

  • EPC - im Tiermodell

1. Besiedelung von Scaffolds mit Zellen

   a) Statische Besiedelung

   b) Dynamische Besiedelung

   c) Elektrostatische Besiedelung

   d) Magnetische Besiedelung

2. Herstellung/Besiedelung mittels Bioprinting

3. Zellschicht-basierende Methode

Tubuläre scaffolds werden in Zellsuspension getaucht, die durch axialen Rotation gemischt wird

synthetische Scaffolds haben eine negative Oberflächenladung —> verhindert Anhaftung der Zellen

temporäre positive Ladung wird elektrostatisch induziert

Zellen werden mit superparamagnetischen Nanopartikeln markiert

Mit radialem Magnetfeld an den Rand der Tubes transportiert

Siedeln sich innerhalb kurzer Zeit homogen an

Zellen werden zu einem dichten Zellrasen gewachsen

Zellrasen werden um nicht adhärenten Zylinder gewickelt

Nach Inkubation (mehrere Wochen) Entfernung des Zylinders

Trägerloses, vollständig biologisches Konstrukt

Bsp.: Zellrasen aus Fibroblasten

• Ausbildung d. tubulären Fibroblastenschicht

• Überschichten mit Fibroblasten-Rasen

• Besiedelung mit Endothelzellen

wenn eine oder mehr Herzklappen verlieren ihre Funktion durch

• verengte Klappe

• schlussunfähiger Klappe

• Alter

—> Operation zur Behebung des Defektes oder totaler Ersatz der Herzklappe(n) nötig

1. autologer Ersatz - Aortenklappe mit eigener Pulmonalklappe ersetzt

2. synthetische Herzklappe - mechanische Prothesen

3. biologischer Herzklappenersatz - Xenograft oder Allograft

• Thrombose - Verstofpung der Klappe oder eines Blutgefäßes

• Infektionsanfälligkeit

• kein Wachstum

• Aus Schweineaorta oder boviner Herzbeutel (acellulär)

• Vorteile:

  • unbegrenzt verfügbar

  • keine antikoagulatorische Therapie notwendig

• Nachteile:

  • begrenzte Lebensdauer

  • wachsen nicht mit

  • Infektion

• Bsp.: Matrix P/P plus - Pulmonalersatz, dezellularisierte Klappe aus Schweineaorta

• Aus Leichenspendern

• enthält Zellen des Spenders

• Vorteil: kaum thromboembolische Komplikationen

• Nachteil:

  • Abstossungsreaktionen

  • Kalzifizierung

  • limitiert verfügbar

• biokompatibel

• Wachstum mit dem Körper

• regenerative Funktione

• vergleichbar/ident mit natürlicher Herzklappe

• in vivo Koloisierung - Implantation von Konstrukten, die Einwanderung von und Besiedelung mit Zellen im Körper ermöglichen

• in vitro kolonisierung - Isolierung von autologen Zellen, Expansion, Besiedelung im Bioreaktor, Implantation

• valvar interstitional cells

• valvar endocardial cells

beide kaum verfügbar

Ersatz bzw Regeneration des abgestorbenen Gewebe

Ferziel: Engineering des gesamtes Herzens

Hauptsächlich Kardiomyozyten —> bilden quergestreiften Herzmuskel

Verabreichungsform durch Injektion —> direkt in den Herzmuskel oder intravenös, Großteil der Zellen geht in kurzer Zeit verloren

Klinische Studien: Injektion von Myoblasten, mesenchymale STammzellen und Mesoblasten

• dezellularisierte Matrix aus dem Herz

• synthetische Scaffolds aus Biomaterialien

Kombination von Zellen und Scaffolds

• in mehreren mm dick

• Integration in vaskulären Netzwerk - Vaskularisierung

• mechanische Eigenschaften - kontraktil und elektrisch stimulierbar

• Herstellung im Bioreaktor mit mechanischer Stimulation —> Bsp: mechanisch stimulierte Kollagenstränge

• Herstellung im Bioreaktor mit elektrischer Stimulation —> Bsp: elektrisch stimulierte Kollagenschwämme

• Herstellung durch Übereinanderschichtung von mehreren Zellrasen —> Patches aus überschichteten zellrasen

• Besiedelung komplexer 3D-Strukturen

• Dezellularisierung ganzer Herzen

  • Komplette ECM eines Herzens als Matrix

  • Dezellularisierung von Herzen eines Leichenspenders

  • Besiedeln mit autologen Herzmuskelzellen