Entwicklung von endothelialisierten Gewebegerüsten mit kleinem Durchmesser für die Herz- und Gefäßchirurgie durch Gewebezüchtung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Aldo Boccaccini; Dr. Raminder Singh
• Fachliche Zuordnung: Kardiologie, Angiologie ; Allgemein- und Viszeralchirurgie ; Biomaterialien ; Herz- und Gefäßchirurgie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 277253457

Bei Koronararterien-Bypassoperationen und in der peripheren Gefäßchirurgie werden Gefäße mit geringem Durchmesser benötigt um Arterien zu überbrücken, die durch Atherosklerose verengt sind. Aktuell verfügbare synthetische Gefäßprothesen sind durch ihre Anfälligkeit gegenüber Thrombosebildung nicht für den Ersatz von Gefäßen mit geringem Durchmesser geeignet. Darüber hinaus ist trotz Intensivierung der experimentellen Arbeiten die Bedeutung von künstlich hergestelltem Gefäßersatz mit geringem Durchmesser in der klinischen Anwendung bisher vernachlässigbar.Im ursprünglichen Projekt wurde die Eignung verschiedener, durch Gewebezüchtung hergestellte Gerüste samt neuer Methoden zur Zellbesiedlung untersucht, um adäquate Biomaterialien für die kardiovaskuläre Therapie und Regeneration zu finden. Diese Machbarkeitsstudien stellen einen wichtigen Schritt in Richtung Produktion biokompatibler und mit Zellen besiedelbarer Gefäßkonstrukte, basierend auf natürlichen Hydrogelen, dar.In dem Verlängerungsantrag werden wir eine 3D Technik anwenden, um Gefäße herzustellen, die für den Ersatz von Arterien mit kleinem Durchmesser sowohl bei Erwachsenen als auch bei Kindern in der Gefäßchirurgie verwendet werden können. Angelehnt an den klinischen Bedarf wollen wir Hohlzylinder aus Alginat/Protein Hydrogelen mit einem inneren Durchmesser von 0,5 , 1 und 2 mm herstellen. Basierend auf den bisherigen Ergebnissen sind wir überzeugt, dass das 3D-Drucken eine geeignete Methode darstellt, um einen, mit Zellen besiedelten, Gefäßersatz herzustellen. Allerdings ist das Drucken einer Gefäßwand aufgrund ihrer sehr komplexen hierarchischen Struktur, ein anspruchsvolles Ziel. Unter den wichtigsten Fragestellungen, die in diesem Zusammenhang gelöst werden müssen, ist die Auswahl und die Zusammensetzung der Materialien (Hydrogele) und die Kontrolle des Herstellungsprozesses, um für ausreichende mechanische Stabilität und Zellviabilität zu sorgen und gleichzeitig, trotz relativ hoher Lumendurchmesser und Wanddicken, die Diffusionsgrenze des Sauerstoffs nicht zu überschreiten. Wir beabsichtigen, uns auf die Verbesserung der gedruckten Biokonstrukte zu konzentrieren, inklusive der Optimierung der Zusammensetzung der Biotinte, um die Zellviabilität zu erhöhen. Zudem werden wir den 3D- Drucker, insbesondere die Düsen, weiterentwickeln, um tubuläre Bauteile/Transplantate mit verschiedenen Innendurchmessern zu produzieren, sowie die Kolonialisierung des Lumens mit Zellen verbessern und die hierarchische Struktur durch eine magnetisch unterstützte schichtweise Zellbesiedelung ermöglichen.Wir sind überzeugt, dass die Verwendung von Materialien, die das Zellwachstum unterstützen, in Kombination mit fortschrittlichen biologischen Drucktechniken, es ermöglicht, die Anwendungsgrenzen der aktuell verfügbaren Transplantate zu überwinden und Gefäßersatz mit deutlich verbesserter Struktur und Funktionalität herzustellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen