Modifikation dezellularisierter, autolog wiederbesiedelter, xenogener Pulmonalklappen zur Verwendung als Aortenklappen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Behandlung von Herzklappenerkrankungen ist prinzipiell durch eine Implantation von Ersatzstrukturen, wie z.B. mechanischen Klappen oder biologischen Prothesen, realisierbar, birgt jedoch zahlreiche Limitationen mit sich. Trotzdem Bioprothesen eine höhere Biokompatibilität besitzen stellen sie dennoch ein nicht-vitales Gewebe mit limitierter Haltbarkeit und eingeschränkter Fähigkeit zu Wachstum und Erneuerung dar. Durch moderne Verfahren des „Tissue Engineering“ (TE) wird deshalb versucht Klappen mit vitalen und wachstumsfähigen Eigenschaften zu erzeugen. Hierbei werden entweder (1) synthetische oder biologische Gerüste (Matrices) mit körpereigenen Zellen besiedelt, anschließend in Reaktoren definiert stimuliert und danach implantiert oder (2) die Matrices sofort implantiert und im Körper selbst spontan wiederbesiedelt. Zellfreie biologische Matrices (Schwein oder Human) wurden in der Vergangenheit häufig verwendet, aber die Aspekte der Biokompatibilität und immunologischen Toleranz bisher nicht ausreichend untersucht. Im Rahmen des Projektes konnten wir geeignete immunologische Testsysteme entwickeln die eine Analyse des immunogenen Potenzials komplexer Matrices oder einzelner Strukturkomponenten (sogenannte extrazelluläre Matrixproteine) ermöglichen. Bei der Untersuchung kompletter Klappengewebe konnte eine deutlich erniedrigte Aktivierung von Immunzellen und ihrer Mediatoren durch 1.) zellfreie und 2.) eisfrei-gefrierkonservierte Matrix aus dem Schwein ermittelt werden. Letztere förderte zusätzlich die Entwicklung von endothelähnlichen Zellen. Bei den Einzelkomponenten zeigte sich eine reduzierte immunologische Erkennung von Schweine-Elastin im Vergleich zu erhöhten Reaktionen gegenüber Kollagen I (Hauptkomponenten der Klappenmatrix). Untersuchungen der analogen Proteine aus dem Rind ergaben ebenfalls Hemmeffekte bezüglich der Immunzellaktivierung sowohl bei Elastin, als auch Kollagen I. Demnach stellt insbesondere Kollagen I (Schwein) einen auslösenden Reiz für die Aktivierung und Vermehrung von überwiegend Gedächtnis-T-Zellen und die Freisetzung entzündlicher Mediatoren dar. Weiterführende Testungen zeigten jedoch, dass alle untersuchten Proteine keine Reifung von antigenpräsentierenden Zellen induzieren, die zur Aktivierung von naiven T-Zellen notwendig wären. Die Projektdaten bilden gute Ansatzpunkte für die Neu- bzw. Weiterentwicklung von biokompatiblen Herzklappenmatrices durch moderne Verfahren des TE.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Comparative Evaluation Of Human Immune Responses To Extracellular Matrix Proteins of Xenogenic and Human Origin In Vitro. 5th Biennial Meeting of The Society for Heart Valve Disease, Hilton Head Island, USA, 2009
Seifert M, Dams M, Bayrak A, Ladhoff J, Stock UA, Volk H-D
- How Immunogeneic Are Different Xenogeneic Extracellular Matrix Proteins For Human Immune Cells? Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 2009; 6: S174
Dams M, Bayrak A, Effenberger E, Ladhoff J, Stock UA, Volk H-D, Seifert M
- Human immune responses to extracellular matrix proteins of xenogenic and human origin in vitro. Immunobiology; Herbsttagung der DGFI, Wien 2009
Dams M, Ladhoff J, Stolk M, Stock UA, Volk HD, Seifert M
- Human immune responses to porcine xenogeneic matrices and their extracellular matrix constituents in vitro. Biomaterials. 2010 May;31(14):3793-803
Bayrak A, Tyralla M, Ladhoff J, Schleicher M, Stock UA, Volk HD, Seifert M
- Human immune responses to xenogeneic scaffolds and their constituents in vitro. 4th Biennal Heart Valve Meeting, Hilton Head Island, USA 2010
Bayrak A, Dams M, Ladhoff J, Schleicher M, Stock UA, Volk H-D, Seifert M
- Immune privilege of endothelial cells differentiated from endothelial progenitor cells. Cardiovasc Res. 2010 Oct 1;88(1):121-9
Ladhoff J, Fleischer B, Hara Y, Volk HD, Seifert M
- Characterization of heart valves cryopreserved with 83% cryoprotectants and stored at -80°C. 48th Annual Meeting of the Society for Cryobiology, Oregon, USA, 2011
Huber AJ, Brockbank KGM, Bayrak A, Aberele T, Schleicher M, Wendel H-P, Seifert M, Stock UA
- Ice-free cryopreservation reduces the immunogenicity of cardiovascular tissues. 5th Annual Hilton Head Workshop „Regenerative Medicine: Innovations for Clinical Applications“ , Barcelona, 2011
Bayrak A, Huber AJT, Schleicher M, Stock UA, Brockbank KGM, Volk H-D, Seifert M
- Oligonucleotide and Parylene Surface Coating of Polystyrene and ePTFE for Improved Endothelial Cell Attachment and Hemocompatibility. 2011, International Journal of Biomaterials
Schleicher M, Hansmann J, Elkin B, Kluger PJ, Liebscher S, Huber AJ, Fritze O, Schille C, Müller M, Schenke-Layland K, Seifert M, Walles H, Wendel HP, Stock UA
