Etablierung der effektiven Repopulierung der endothelialisierten Lebermatrix mit primären Hepatozyten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Therapieansätze für terminale Lebererkrankungen und das akute Leberversagen (ALF) sind begrenzt. Liver support devices und die Lebertransplantation sind aktuell klinisch etablierte Behandlungsoptionen. Beide Ansätze weisen jedoch auf Grund des unzureichenden Leberfunktionsersatzes oder dem Mangel an Spenderorganen deutliche Limitationen in der klinischen Anwendung auf. Ein experimenteller Therapieansatz ist das zweistufige biological organ engineering, bestehend aus Dezellularisation und Repopulierung. Bei der Dezellularisierung wird eine zellfreie Organmatrix generiert, die anschließend mit Zellen repopuliert wird. Das so repopulierte Organ soll organspezifische Funktionen zeigen und für experimentelle Ansätze im Bereich bioartifical liver supporting therapies oder als Spenderorgan für die Transplantation zur Verfügung stehen. Allerdings ist speziell die Repopulierung der Matrix mit unterschiedlichen Zellen eine Herausforderung, da insbesondere der optimale Ablauf der Repopulierung noch unbekannt ist. Das Ziel dieser Studie ist daher, die Repopulierung der Lebermatix zu optimieren und die resultierende Funktion des Organs in-vitro und in-vivo zu untersuchen. Zur Optimierung der Repopulierung wurden HUVEC und primären Hepatozyten über das Gefäßsystem der Leber appliziert, um so die leberspezifische Mikroarchitektur des Organs zu besiedeln. Durch die Entwicklung eines Bioreaktors mit integrierter, computer-gesteuerter Zellapplikation gelang es, den Repopulierungsprozess zu automatisieren und die Matrix mit 1x10^10 HUVEC und 4x10^8 primären Hepatozyten zu repopulieren. Die Application der HUCEV erfolgte kombiniert über die Portal- und Lebervene. Die primären Hepatozyten wurden ausschließlich über die Lebervenen injiziert. Der Repopulierungsprozess war nach bis zu 16 Tagen abgeschlossen. Die in-vitro Experimente wiesen das Ammoniak-Detoxifikationspotenzial des repopulierten Organs über einen 25-stündigen Beobachtungszeitraum nach. Die nachfolgenden in-vivo Experimente zielten auf eine Bestätigung der vielversprechenden invitro-Ergebnisse im porcinen ALF-Modell ab. So wurde im D-Galactosamin induzierten ALF-Modell der potenzielle Therapieeinsatz des Organs untersucht. Mittels extrakorporaler Hämoperfusion sollte die eingeschränkte Leberfunktion des ALF-Schweines durch das repopulierte Organ unterstützt werden und so eine Detoxifikation von Ammoniak ermöglichen. Zwar konnte die so eingeleitete Therapie sicher durchgeführt werden, sie war jedoch nicht mit einem Überlebensvorteil bei den untersuchten Schweinen assoziiert. Ursächlich war die Anreicherung von Ammoniak und die unzureichende Detoxifikationskapazität des repopulierten Organs. Allerdings bilden diese Experimente einen wichtigen Grundstein für weiterführende Untersuchungen auf dem Gebiet des biological organ engineering und deuten auf die prinzipielle Anwendbarkeit des Konzeptes als Therapiealternative für ALF-Patienten hin.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Preclinical Experience of the Mayo Spheroid Reservoir Bioartificial Liver (SRBAL) in Management of Acute Liver Failure. Livers, 2(4), 387-399.
Felgendreff, Philipp; Tharwat, Mohammad; Hosseiniasl, Seyed M.; Amiot, Bruce P.; Minshew, Anna; Rmilah, Anan A. Abu; Sun, Xiaoye; Duffy, Dustin; Kremers, Walter K. & Nyberg, Scott L.
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Re-Endothelialization of Decellularized Liver Scaffolds: A Step for Bioengineered Liver Transplantation. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 10 (2022, 3, 10).
Li, Kewei; Tharwat, Mohammad; Larson, Ellen L.; Felgendreff, Philipp; Hosseiniasl, Seyed M.; Rmilah, Anan Abu; Safwat, Khaled; Ross, Jeffrey J. & Nyberg, Scott L.
