Herstellung biofunktionalisierter Gefäßprothesen durch Elektrospinning humaner ECM und adjuvanter Oligonukleotidbeschichtung als Fängermoleküle für Endotheliale Progenitorzellen (EPC)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Für einen optimalen Ersatz geschädigter kardiovaskulärer Strukturen stellen synthetische elektrogesponnene Gefäßstrukturen (Scaffolds) einen vielversprechenden Ansatz dar. Günstige mechanische Eigenschaften und Biokompatibilität des synthetischen Transplantats sowie eine schnelle Besiedlung mit Endothelzellen nach der Implantation sind Schlüsseleigenschaften, um ein langfristig funktionsfähiges Implantat zu gewährleisten. Das neu entwickelte hydrophobe polymere thermoplastische Polycarbonat-Urethan (TPCU) wurde entwickelt, um die notwendigen Eigenschaften der Weichheit und der Elastizität miteinander zu verbinden. Wir stellten ein röhrenförmiges Gefäßgerüst her, dessen mechanische Eigenschaften mit denen eines nativen Blutgefäßes vergleichbar sind. Die Funktionalisierung der Gefäßtransplantate wird durch eine Beschichtung des Materials mit Proteinen oder Proteinfragmenten, die eine spezifische Zelladhäsion vermitteln können, ermöglicht. Wir verwendeten zum Beschichten der Scaffolds in dieser Studie zwei extrazellulären Matrixproteine, Decorin (DCN) und Fibronektin (FN). Beide Proteine sind vielversprechende Kandidaten, um die Adhäsion von Endothelzellen zu fördern. Wir konnten zeigen, dass auf FN-beschichteten Gerüsten unter dynamischen Bedingungen eine funktionell intakte Endothelzellschicht gebildet wird. Darüber hinaus lockten synthetische Gerüste, die sowohl mit FN als auch mit DCN beschichtet waren, endotheliale Vorläuferzellen an. Um ihre Eignung als Gefäßtransplantatmaterial im Hinblick auf die biologische Kompatibilität zu beurteilen, analysierten wir ihre immunologischen Eigenschaften genauer und konzentrierten uns dabei auf das angeborene Immunsystem. Neben der Verwendung gut etablierter Assays für Monozyten und Makrophagen haben wir einen zuverlässigen Assay für die Aktivierung polymorpher Kernzellen entwickelt, einem Immunzelltyp der ersten Verteidigungslinie. Alle untersuchten Untergruppen des angeborenen Immunsystems wiesen nur schwache Anzeichen einer Aktivierung auf (polymorphe Kernzellen, Monozyten), was darauf hindeutet, dass das TPCU-Gerüst bei der Implantation in den Körper wahrscheinlich keine nachteiligen Auswirkungen haben wird. Wir fanden auch, dass die aufgetragene Proteinbeschichtung mit den beiden ECM-Proteinen DCN und FN die Effekte auf Immunzellen nicht verändert. Aufgrund seiner vorteilhaften mechanischen Eigenschaften, seiner Biokompatibilität im Hinblick auf das immunologische Reaktionsprofil und die Adhärenz der Endothelzellen ist das neu entwickelte biofunktionalisierte synthetische Gefäß ein attraktiver Kandidat für den Einsatz als Implantat in der Bypass-Chirurgie. Weiterführend sind in vivo-Studien erforderlich, um die Ergebnisse zu bestätigen und die zukünftige klinische Anwendbarkeit zu beurteilen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Surface functionalization of electrospun scaffolds using recombinant human decorin attracts circulating endothelial progenitor cells. Sci Rep. 2018;8(1):110
Hinderer S, Sudrow K, Schneider M, Holeiter M, Layland SL, Seifert M, Schenke-Layland K
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A Polymorphonuclear Leukocyte Assay to Assess Implant Immunocompatibility. Tissue Eng Part C Methods. 2019; 25(8):500-511
Becker M, Schneider M, Stamm C, Seifert M
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Fibronectin Adsorption on Electrospun Synthetic Vascular Grafts Attracts Endothelial Progenitor Cells and Promotes Endothelialization in Dynamic In Vitro Culture. Cells. 2020; 9(3). pii: E778
Daum R, Visser D, Wild C, Kutuzova L, Schneider M, Lorenz G, Weiss M, Hinderer S, Stock UA, Seifert M, Schenke-Layland K
