Erschließung, Charakterisierung und dynamische Kultivierung einer autologen humanen Zellquelle zur Endothelialisierung einer bioartifiziellen Gefäßprothese

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit war die Etablierung eines Kultivierungskonzepts zur Endothelialisierung einer bioartifiziellen Gefäßprothese. Dazu wurde zunächst eine passende patienteneigene (autologe) Endothelzellquelle gesucht, die den klinischen Anforderungen einer endothelialisierten Gefäßprothese entsprachen. Dazu zählt, dass die verwendeten Endothelzellen einer leicht zugänglichen Quelle entstammen und immunologisch neutral eingesetzt werden können. Im Rahmen dieser Arbeit wurde gezeigt, dass endotheliale koloniebildende Zellen (ECFCs) aus dem peripheren Blut in hoher Anzahl in unbeschichteten Zellkulturgefäßen ohne den Zusatz von artifiziellen Matrixproteinen isoliert und vermehrt werden konnten. Durch die Vermeidung fremdartiger (allogener) Oberflächenbeschichtungen wurden Richtlinien für Arzneimittel neuartiger Therapien (ATMP) berücksichtigt, die für die zukünftige medizinische Zulassung der bioartifiziellen Gefäßprothese relevant sind. Neben der immunologischen Neutralität der Zellen sollten die angesiedelten Endothelzellen auch ihre funktionellen und adhäsiven Eigenschaften unter in vivo Strömungsbedingungen beibehalten. Daher wurde die Auswirkung verschiedener Scherstressprofile sowie der Einfluss eines physiologischen Pulses auf die Funktion sowie Mechanosensitivität der isolierten ECFCs im Vergleich zu klassischen endothelialen Modellzellen aus der Literatur, den humanen Nabelschnurvenenendothelzellen (HUVECs), untersucht. Ein pulsatiler arterieller Scherstress erwies sich dabei als erforderlich, um in ECFCs eine signifikante Veränderung der Zellmorphologie, Zellausrichtung und Zell-Zell-Verbindungen hervorzurufen. Zudem wurde analysiert, inwieweit eine Vorkonditionierung unter einem hohen Scherstress zur arteriellen Differenzierung der unreifen ECFCs führte. In diesem Zusammenhang wurde gezeigt, dass eine dynamische Kultivierung der ECFCs unter einem arteriellen Scherstress ein Genprofil induzierte, das mehr in Richtung eines arteriellen als eines venösen Phänotyp weist. Außerdem konnte festgestellt werden, dass die Vorkonditionierung von ECFCs unter Fluss eine Unterdrückung atherogener Marker sowie eine Hochregulierung antithrombotischer Gene selbst unter dem Einfluss eines inflammatorischen Zytokins induzierte. Weiterhin wurde untersucht, inwieweit die isolierten ECFCs die Fähigkeit besitzen, durch die Stimulation mit dem Wachstumsfaktor PDGF-BB in Gefäßmuskelzellähnliche Zellen zu transdifferenzieren. Dabei konnte eine signifikante Hochregulierung Gefäßmuskelzellähnlicher Marker mit zunehmender PDGF-BB-Konzentration im Medium in ECFCs nachgewiesen werden.