TexValveMonitoring - Multimodale longitudinale Bildgebung von biohybriden Herzklappen

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Jockenhövel; Professor Dr. Fabian Kiessling
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 403039938

Vitale tissue-engineerte kardiovaskuläre Implantate sind vielversprechende Ansätze um die Limitationen konventioneller Implantate zu beheben. Die hohe Anpassungsfähigkeit birgt jedoch das Risiko eines fehlerhaften Umbaus und somit des Funktionsverlustes. Diagnostikverfahren, die wesentliche Prozesse des Umbaus erfassen, sind daher essentiell für den klinischen Einsatz. In der ersten Laufzeit des Paketantrages konnten wir ein Bildgebungskonzept erarbeiten, das es uns erlaubt, tissue-engineerte Gefäßtransplantate (TEVGs) umfassend zu charakterisieren. So konnten nicht degradierbare Komponenten des Textilgerüstes durch 19F MRT visualisiert und der Abbau degradierbarer Komponenten nach Markierung mit Eisenoxidnanopartikeln (SPION) im 1H MRT sichtbar gemacht und quantifiziert werden. Ferner gelang es uns, die Synthese neuer extrazellulärer Matrix mittels molekularer MRT Kontrastmittel zu erfassen, und die molekulare Ultraschallbildgebung lieferte uns wichtige Informationen über den endothelialen Reizzustand.In der zweiten Projektphase planen wir die Übertragung des Bildgebungskonzeptes auf tissue-engineerte Herzklappen. Hierfür sind wesentliche Anpassungen notwendig: Zum einen muss die Stabilität des Textilgerüstes an die höhere mechanische Belastung angepasst werden. Hierfür sollen u.a. neuartige „Elastin-like Recombinamers“ (ELR) getestet. werden. Ferner müssen wir ein tieferes Verständnis über die Synthese extrazellulärer Matrix durch die Zellen gewinnen. Interessant ist hierbei, dass wir unter in vitro Bedingungen nur eine Deposition von Kollagen, nicht aber von Elastin beobachten. Eine unzureichende αvβ3 integrin-mediierte Wechselwirkung zwischen Endothelzellen und Myofibroblasten könnte hierbei eine Ursache sein. Um diese Prozesse bildgebend beobachten zu können, muss ein Bioreaktor konstruiert werden, der MRT kompatibel ist, das Schlagen der tissue-engineerten Herzklappen im MRT erlaubt und Zugänge für Ultraschalluntersuchungen bietet, ohne die Klappe zu kontaminieren oder zu zerstören. Des Weiteren müssen die Bildgebungsverfahren an, die sich bewegenden, Herzklappen angepasst werden. Dies ist insbesondere für die MRT in hohem Maß herausfordernd, da die Segel relativ dünn sind und zudem mit strömungsbedingten Artefakten gerechnet werden muss. Um diese Herausforderungen zu meistern, soll das MR-Fingerprintingverfahren zusammen mit Bewegungsgating Einsatz finden. Ferner soll untersucht werden, ob die Kombination von MRT und Magnetpartikelbildgebung (MPI) eine sinnvolle Alternative zur schnellen und sensitiven Detektion der SPION-markierten Fasern darstellt.Somit werden für das gesamte Konsortium wichtige Monitoring-Methoden entwickelt und bereitgestellt, die zur Charakterisierung tissue-engineerter Herzklappen während der Bioreaktorreifung und nach der in vivo Implantation eingesetzt werden können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Christian Apel