Herstellung einer bioartifiziellen Gefäßprothese und Kultivierung in einem speziell entwickelten Bioreaktorsystem

Abstract

Kardiovaskuläre Erkrankungen sind die Haupttodesursache in unserer modernen Gesellschaft. Diese treten typischerweise aufgrund einer Stenose oder einer Okklusion eines Blutgefäßes auf, wodurch es zu einem verringerten Blutfluss und somit zu einer Unterversorgung des Gewebes durch einen Mangel an Nährstoffen und Sauerstoff kommt. Eine chirurgische Behandlung erfolgt oft durch die Verwendung einer Gefäßprothese, welche zur Überbrückung oder zum Austausch des erkrankten Blutgefäßes eingesetzt wird. Die Verwendung von autologen Gefäßen, welche allerdings nicht immer verfügbar sind, bildet hierbei den Goldstandard für Gefäße <6 mm. Stehen diese nicht zur Verfügung oder werden größere Gefäße benötigt, werden synthetische Alternativen verwendet. Diese verfügen jedoch über schlechtere Erfolgsraten nach einem längeren Zeitraum und involvieren die andauernde Einnahme gerinnungshemmender Medikamente, um eine erneute Okklusion zu verhindern. Eine mit autologen Zellen und Materialien hergestellte, bioartifizielle Gefäßprothese könnte eine Alternative zur Verwendung rein synthetischer Gefäßprothesen bilden, die deren Nachteile überwindet. In dieser Arbeit wurden die Polymere Polydioxanon und Fibrin für die Herstellung biohybrider Scaffolds als Basis für die Herstellung einer bioartifiziellen Gefäßprothese untersucht. Sowohl mittels 3D-Druck als auch durch ein Salzlaugungsverfahren konnten Teststrukturen aus Polydioxanon mit einer sehr guten Biokompatibilität und passenden, mechanischen Eigenschaften für das Tissue Engineering von Weichgewebe hergestellt werden. Durch eine Besiedelung der Teststrukturen mit Zellen konnte ebenfalls gezeigt werden, dass Zellen gut auf den Scaffolds anwachsen und die mechanischen Eigenschaften der degradierenden Scaffolds durch zelluläre Strukturen ersetzt werden. Die Herstellung eines künstlichen Gewebes erfordert für die Versorgung der Zellen zusätzlich die Integration eines vaskulären Netzwerks. Zu diesem Zweck wurde eine Strategie zur Vaskularisierung der durch Salzlaugung hergestellten Scaffolds mit humanen, venösen Endothelzellen aus der Nabelschnur und mesenchymalen Stammzellen unter Verwendung eines mit den Wachstumsfaktoren angereicherten Zellkulturmediums innerhalb von sieben Tagen etabliert. Im letzten Teil der Arbeit wurde ein speziell entwickeltes Bioreaktorsystem für die Kultivierung einer bioartifiziellen Gefäßprothese charakterisiert und optimiert. Es konnte gezeigt werden, dass das System in der Lage ist, physiologische Bedingungen zu erzeugen, welche für die Kultivierung notwendig sind. Die Funktionalität des Systems wurde durch eine Testkultivierung unter quasi-statischen Bedingungen demonstriert.