Oxygenator-Thrombogenität: Pumpeninduzierte von Willebrand Faktor Auffaltung als der entscheidende Parameter (vWFOx)

• Antragstellerin: Dr. Johanna Clauser
• Fachliche Zuordnung: Biomedizinische Systemtechnik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 576770669

Extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO) wird bei kritisch kranken Patienten mit akutem Lungen- und/oder Herzversagen eingesetzt. Dabei kommt es häufig zu Komplikationen aufgrund von Gerinnung oder Blutungen. Der von Willebrand-Faktor (vWF) spielt dabei eine zentrale Rolle, da er die Hämostase bei Gefäßverletzungen aufrechterhält. vWF vermittelt die Adhäsion von Thrombozyten an das Subendothel und trägt zur Aggregation von Thrombozyten bei, insbesondere bei hohen Scherkräften in Arterien. Wenn die Scherkräfte 5000 s⁻¹ deutlich überschreiten, kommt es jedoch zur Auffaltung und anschließenden Proteolyse des vWF, was zu einer Funktionsstörung und zum Verlust der hämostatischen Funktion führt. In ECMO-Systemen wirken hohe Scherkräfte durch die Pumpe auf das Blut, während die großen künstlichen Oberflächen des Oxygenators das Risiko der vWF-Adhäsion und der anschließenden Aktivierung von Thrombozyten erhöhen. Dies führt zu Blutungen aufgrund der beeinträchtigten vWF-Funktion oder thrombotischen Komplikationen durch die Wechselwirkungen von vWF mit den künstlichen Oberflächen, was eine große Herausforderung in der ECMO-Therapie darstellt. Wir stellen die Hypothese auf, dass sich der in der Pumpe aufgefaltete vWF vor dem Eintritt in den Oxygenator je nach Distanz zwischen Pumpe und Oxygenator sowie den Scherkräften in den Verbindungsschläuchen wieder zusammenfalten kann. In einem teilweise oder vollständig gefalteten Zustand präsentiert der vWF keine Bindungsstellen für Fremdmaterialien oder Thrombozyten, wodurch das thrombogene Potenzial des Oxygenators und des gesamten ECMO-Systems verringert wird. Im Gegensatz dazu kann entfalteter vWF beim Erreichen des Oxygenators leicht an die Membranfasern binden und die Adhäsion von Thrombozyten, deren Aktivierung und die Gerinnung fördern. Um unsere Hypothese zu beweisen, nutzen wir im ersten Schritt einen live imaging In-vitro- Ansatz. Mittels Mikrofluidik Kanal-Versuchen wird das Verhalten von vWF in Echtzeit visualisiert und Zeiten sowie Distanzen der Zusammenfaltung gemessen. Auf Basis der gewonnenen Parameter werden zwei Pumpen-Oxygenator-Abstände für die folgenden In-vitro-Versuche gewählt. Zunächst werden Experimente mit isoliertem vWF in Pufferlösung durchgeführt, wobei der Fokus auf der vWF-Aktivität, -Quantität und -Oberflächenbindung liegt. Zweitens werden Experimente mit Humanblut durchgeführt, um die Auswirkungen der vWF-Auffaltung und der Bindung an die Fasermatten auf den gesamten Koagulationsprozess zu untersuchen. Wenn unsere Hypothese bestätigt wird, haben wir einen neuen Ansatz zur Reduzierung der Thrombogenität von Oxygenatoren in ECMO-Systemen identifiziert, indem der Abstand zwischen Pumpe und Oxygenator an die vWF-Auffaltungskinetik angepasst wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen