Kalzifizierung von TAVI Prothesen: Korrelation von Kalzifizierungs-Hotspots mit mechanischer Belastung und thrombotischen Ablagerungen

• Antragstellerinnen: Dr. Mareike Barth; Dr. Johanna Clauser
• Fachliche Zuordnung: Herz- und Gefäßchirurgie ; Biomedizinische Systemtechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556971496

Die Transkatheter-Aortenklappenimplantation (TAVI) hat sich zu einer weithin akzeptierten Alternative zum herkömmlichen chirurgischen Klappenersatz entwickelt. Aufgrund der steigenden Zahl der TAVI-Eingriffe gewinnt die Langzeit-Haltbarkeit der Prothesen an Bedeutung. Die meisten Studien beschränken sich jedoch auf einen Zeitraum von 8 Jahren post-OP. Dementsprechend ist die Langzeit-Haltbarkeit von TAVI-Klappen im Hinblick auf strukturellen Klappenverschleiß und insbesondere Kalzifizierung bisher nur unzureichend untersucht. Die möglichen Auslöser dafür sind vielfältig und reichen von einem unausgewogenen Verhältnis zwischen Verkalkungsinduktoren und -inhibitoren über die Migration von Blutzellen in das Klappenmaterial und die Adhäsion von Proteinen auf dem Material bis hin zu Scherbelastungen durch Crimpen und Re-positionieren. Bis heute sind die Gründe für die eingeschränkte Langzeit-Haltbarkeit von TAVI-Klappen noch lange nicht geklärt. In diesem Projekt werden wir die Kalzifizierung in TAVI-Klappen aufgrund von mechanischer Belastung und Wechselwirkungen mit Blut untersuchen. An selbstgebauten TAVI-Klappenprototypen werden umfassende In-vitro-Kalzifizierungstests mit gecrimpten, re-positionierten und nicht gecrimpten Klappen durchgeführt und die Gewebeintegrität sowie der räumlichen und quantitativen Verkalkungsablagerung untersucht. Die Unterschiede zwischen den Gruppen werden mit Hotspots der mechanischen Belastung korreliert und anhand klinischer Bilddaten zum Zeitpunkt vor Vale-in-TAVI-Eingriffen validiert. Perikardpatches werden mit humanem Vollblut in einem Chandler-Loop-System inkubiert, um die Interaktion mit Blutzellen zu untersuchen. Die Blut- und Materialproben werden auf Anzahl Blutzellen, Proteinkonzentrationen und Histologie analysiert. Anschließend werden die Patches direkt in einen Kalzifizierungstest überführt, um den Einfluss der Blut-Material-Wechselwirkungen auf die Kalzifizierung zu untersuchen. Die Patches werden wie zuvor analysiert und mit Referenzmaterialien ohne Blutkontakt verglichen. Zuletzt werden gecrimpte und nicht-gecrimpte TAVI-Prototypen einem In-vitro-Thrombogenitätstest gefolgt von einem Kalzifizierungstest untersucht. Die Kombination aus mechanischer Belastung und vorherigem Blutkontakt ermöglicht die abschließende Analyse der Kalzifizierung von TAVI-Klappen. Die Ergebnisse werden mit den klinischen Bilddaten verglichen, um Kalzifizierungs-Hotspot zu validieren. Am Ende des Projekts ist die Korrelation zwischen mechanischer Belastung, Thrombogenität und dem Ursprung der Verkalkung von TAVI-Klappen untersucht. Zukünftig können Herzklappenprothesen gezielt so konzipiert und getestet werden, dass Kalzifizierungs-Hotspots vermieden werden. Zukünftige Projekte könnten die Entwicklung spezifischer Anti-Kalzifizierungs-Beschichtungen, die Verbesserung von Crimp-Protokollen und die Evaluierung weiterer Einflussfaktoren wie Valve-in-Valve-Verfahren oder alternative Materialien für TAVI-Prothesen adressieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen