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Tissue Engineering von zellbesiedelten Polyurethan-Aortenklappenprothesen. Einfluss von in-vitro Präkonditionierung im pulsatilen Bioreaktor
Tissue Engineering von zellbesiedelten Polyurethan-Aortenklappenprothesen. Einfluss von in-vitro Präkonditionierung im pulsatilen Bioreaktor
In fortgeschrittenen Stadien von Herzklappenerkrankungen stellt der Klappenersatz durch eine Herzklappenprothese eine anerkannte Therapie dar. Derzeit zugelassene und erhältliche Klappenprothesen sind limitiert durch folgende Faktoren: eingeschränkte Verfügbarkeit (z.B. Homograft), begrenzte Haltbarkeit (biologische Klappenprothesen) oder Blutungsrisiko durch erforderliche Antikoagulation (mechanische Klappenprothesen). Tissue engineerte Herzklappenprothesen sind ein vielversprechender Ansatz, um diese Einschränkungen zu überwinden. Das Ziel dieser Arbeit ist es die mechanische Integrität der Zellschichten, inklusive der Ausbildung einer extrazellulären Matrix und Genexpressionsveränderungen auf tissue engineerten Herzklappen zu vergleichen: eine Gruppe nach highflow Perfusion, und eine Gruppe nach highflow Perfusion mit vorangegangener niedrigeren Konditionierungs-Perfusion. Polyurethan Herzklappen wurden in einem speziellen 3D-rotierbarem Bioreaktor dynamisch mit Fibroblasten und Endothelzellen aus humanen Vena saphena magna Segmenten beschichtet. Die besiedelten Polyurethanklappen wurden in zwei Bioreaktoren unterschiedlichen Fluss-Bedingungen ausgesetzt: Gruppe A (n = 6) ausschließlich im highflow Bioreaktor: 3 Tage, je 24 Stunden bei 1 l/min, 1.5 l/min, und anschließend bei 2 l/min; Gruppe B (n = 6): initial 5 Tage im Konditionierungs-Bioreaktor bei 1 l/min, mit anschließender Perfusion im highflow Bioreaktor für weitere 3 Tage, je 24 Stunden bei 1 l/min, 1.5 l/min, und bei 2 l/min. Gewebeproben wurden mittels Immunzytologie, Immunhistochemie, Rasterelektronenmikroskopie und real time Polymerase Kettenreaktion (rt-PCR) analysiert. Die immunhistochemische Färbung ergab eine gleichmäßige Färbung des mehrlagigen Zellüberzuges in beiden Gruppen. Rasterelektronenmikroskopie zeigte ebenfalls eine kunfluente Zellschicht in beiden Gruppen. Rt-PCR verzeichnete höhere Expressionen von IL-6 und MCP-1 in der Konditionierungs-Reaktor Gruppe. Immunhistochemisch konnte man in dieser Gruppe insgesamt eine stärkere Expression extrazellulärer Matrixproteine sowie eine deutlichere Färbung des Zellüberzuges mit dem Hinweis auf höhere Zellschichten beobachten. Wir konnten zeigen, dass highflow Perfusion nicht die Integrität der Zelloberfläche von besiedelten Polyurethanherzklappen kompromittiert. Bioreaktoren unserer Arbeitsgruppe ermöglichen Methoden, um die Reaktion von Zellen auf Scherkräfte in vitro zu erhöhen und letztendlich die mechanischen Eigenschaften von tissue engineerten kardiovaskulären Prothesen zu optimieren.
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Erlmeier, Maximilian
2016
German
Universitätsbibliothek der Ludwig-Maximilians-Universität München
Erlmeier, Maximilian (2016): Tissue Engineering von zellbesiedelten Polyurethan-Aortenklappenprothesen: Einfluss von in-vitro Präkonditionierung im pulsatilen Bioreaktor. Dissertation, LMU München: Faculty of Medicine
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Abstract

In fortgeschrittenen Stadien von Herzklappenerkrankungen stellt der Klappenersatz durch eine Herzklappenprothese eine anerkannte Therapie dar. Derzeit zugelassene und erhältliche Klappenprothesen sind limitiert durch folgende Faktoren: eingeschränkte Verfügbarkeit (z.B. Homograft), begrenzte Haltbarkeit (biologische Klappenprothesen) oder Blutungsrisiko durch erforderliche Antikoagulation (mechanische Klappenprothesen). Tissue engineerte Herzklappenprothesen sind ein vielversprechender Ansatz, um diese Einschränkungen zu überwinden. Das Ziel dieser Arbeit ist es die mechanische Integrität der Zellschichten, inklusive der Ausbildung einer extrazellulären Matrix und Genexpressionsveränderungen auf tissue engineerten Herzklappen zu vergleichen: eine Gruppe nach highflow Perfusion, und eine Gruppe nach highflow Perfusion mit vorangegangener niedrigeren Konditionierungs-Perfusion. Polyurethan Herzklappen wurden in einem speziellen 3D-rotierbarem Bioreaktor dynamisch mit Fibroblasten und Endothelzellen aus humanen Vena saphena magna Segmenten beschichtet. Die besiedelten Polyurethanklappen wurden in zwei Bioreaktoren unterschiedlichen Fluss-Bedingungen ausgesetzt: Gruppe A (n = 6) ausschließlich im highflow Bioreaktor: 3 Tage, je 24 Stunden bei 1 l/min, 1.5 l/min, und anschließend bei 2 l/min; Gruppe B (n = 6): initial 5 Tage im Konditionierungs-Bioreaktor bei 1 l/min, mit anschließender Perfusion im highflow Bioreaktor für weitere 3 Tage, je 24 Stunden bei 1 l/min, 1.5 l/min, und bei 2 l/min. Gewebeproben wurden mittels Immunzytologie, Immunhistochemie, Rasterelektronenmikroskopie und real time Polymerase Kettenreaktion (rt-PCR) analysiert. Die immunhistochemische Färbung ergab eine gleichmäßige Färbung des mehrlagigen Zellüberzuges in beiden Gruppen. Rasterelektronenmikroskopie zeigte ebenfalls eine kunfluente Zellschicht in beiden Gruppen. Rt-PCR verzeichnete höhere Expressionen von IL-6 und MCP-1 in der Konditionierungs-Reaktor Gruppe. Immunhistochemisch konnte man in dieser Gruppe insgesamt eine stärkere Expression extrazellulärer Matrixproteine sowie eine deutlichere Färbung des Zellüberzuges mit dem Hinweis auf höhere Zellschichten beobachten. Wir konnten zeigen, dass highflow Perfusion nicht die Integrität der Zelloberfläche von besiedelten Polyurethanherzklappen kompromittiert. Bioreaktoren unserer Arbeitsgruppe ermöglichen Methoden, um die Reaktion von Zellen auf Scherkräfte in vitro zu erhöhen und letztendlich die mechanischen Eigenschaften von tissue engineerten kardiovaskulären Prothesen zu optimieren.