Kultivierungsstrategien zur Entwicklung bioartifizieller Gefäßprothesen

Abstract

Das Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung von Strategien für die Erstellung und Kulti-vierung bioartifizieller, patientenspezifischer (autologer) Gefäßprothesen, die als Gefäßersatz benötigt werden. Zunächst wurde untersucht, ob eine immunsuppressive Therapie, die nach der Transplantation körperfremder Gefäßprothesen notwendig ist, um Abstoßungsreaktionen zu verhindern, einen Einfluss auf das Endothel (innere Gefäßauskleidung) eines Patienten hat. Die Ergebnisse zeigten, dass das Immunsuppressivum Tacrolimus eine dosisabhängige Toxizität auf Endothelzellen aufweist. Trotz unveränderter Zellvitalität hatte bereits eine Tacrolimuskonzentration von 18 ng/ml, die dem maximalen Talspiegel bei Standard-dosierungen nach einer Organtransplantation entspricht, negative Auswirkungen auf die 3D-Sphäroidstruktur sowie die Formation kapillarähnlicher Strukturen von Endothelzellen. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass patientenspezifische Gefäßprothesen benötigt werden, da nach deren Implantation auf eine immunsuppressive Therapie verzichtet werden kann.

Stammzellen aus dem Fettgewebe (AD-hMSCs) sind eine gut verfügbare autologe Zellquelle für das Endothel einer bioartifiziellen Gefäßprothese, wenn diese zu Endothelzellen differenziert werden können. Die Untersuchung des Differenzierungspotentials ergab, dass eine stabile Differenzierung der AD-hMSCs in Endothelzellen nicht beobachtet werden konnte, auch wenn die AD-hMSCs Merkmale reifer Endothelzellen aufwiesen. Es konnte jedoch erfolgreich gezeigt werden, dass die AD-hMSCs aufgrund ihrer parakrinen Eigenschaften, vor allem unter dynamisch-hypoxischen Kultivierungsbedingungen, angiogene Faktoren in das Zellkulturmedium sezernieren. Die Wirkung angiogener Faktoren auf die Bildung kapillarähnlicher Strukturen wurde in einer Kokultivierung von AD-hMSCs und HUVECs untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass eine indirekte Kokultur, in der AD-hMSCs und HUVECs räumlich getrennt, unter Verwendung des gleichen konditionierten Mediums kultiviert wurden, in vitro eine signifikant erhöhte Formation kapillarähnlicher Strukturen hervorrief, im Vergleich mit der indirekten Kokultur in unkonditioniertem Medium.

Zudem wurde gezeigt, dass die dynamische Kultivierung von Endothelzellen auf Fibrinogen-beschichteten Oberflächen unter Scherspannungen von 5 dyn/cm² und 20 dyn/cm² eine erfolgreiche Ausrichtung der Zellen entlang der laminaren Strömung bewirkte, sowie physio-logische Bedingungen wiederspiegelte und für eine Kultivierung und Konditionierung in ein geeignetes Reaktorsystem übertragen werden kann.