Klinische und tierexperimentelle Untersuchungen an Hautlappen zur Entwicklung eines extrakorporalen Perfusionssystems für die Rekonstruktion bei defizitären Anschlussgefäßen
Final Report Abstract
Ausgehend von Berichten über eine schnelle Autonomisierung von Gewebetransplantaten und aufgrund eigener Beobachtungen wurde eine prospektive klinische Studie zur Neovaskularisierung verschiedener mikrochirurgischer Lappen in der Mundhöhle durchgeführt. Hierbei wurde der Gefäßstiel von 50 Transplantaten Ultraschall-kontrolliert kurzzeitig gegen den Unterkieferknochen komprimiert, und Hb-Oxygenierung, Blutfluss sowie Sauerstoffsättigung wurden non-invasiv mit Hilfe des O2C-Monitoring-Verfahrens bestimmt. Hierbei zeigte sich, dass nach 4 Wochen 17 und nach 12 Wochen 41 Transplantate autonom durchblutet waren (Mücke 2012); weiterhin konnte gezeigt werden, dass sich mikrovaskuläre Transplantate während ihrer Einheilung bezüglich ihrer Durchblutungsparameter unterscheiden. Mit diesen Arbeiten konnte zweifelsfrei nachgewiesen werden, dass es auch im bestrahlten Transplantatlager und ohne spezielle Maßnahmen der Präkonditionierung zu einer rascheren Autonomisierung kommt als bisher weitläufig angenommen wurde. Tierexperimentell wurde untersucht, ob die Autonomisierung des epigastrischen Lappens an der Ratte durch topische Applikation von VEGF beschleunigt werden kann. Die Auswertung der Ergebnisse an 24 bzw. 108 Tieren zeigte, dass der Einsatz von VEGF zu einer signifikanten Beschleunigung der Lappenautonomisierung führte (5 Tage vs. 7 Tage bei der Kontrollgruppe). Ebenfalls im Zusammenhang mit der extrakorporalen Perfusion wurde geprüft, wie stark die Blutversorgung von Hautlappen reduziert werden kann. Durch schrittweise Reduktion myokutaner Perforatoren an der Bauchhaut der Ratte wurden drei Versuchsgruppen gebildet, die sich bezüglich ihrer Perfusion signifikant unterschieden; Lappen mit nur einem verbliebenen Perforansgefäß entwickelten dabei ausgedehnte Nekrosezonen, die auch durch Gabe von VEGF nicht entscheidend verkleinert werden konnten. Diese Ergebnisse bestätigten, dass Hautlappen einer physiologischen Hyperperfusion unterliegen, die eine deutliche Reduktion der Blutversorgung erlaubt. Zentrale Fragestellung des Antrages war es zu untersuchen, welche Ischämieintervalle von Hautlappen toleriert werden und ob eine maschinelle extrakorporale Perfusion von Hautlappen an der Ratte über einen begrenzten Zeitraum grundsätzlich möglich ist. Voraussetzung hierfür war die Entwicklung einer geeigneten Perfusionspumpe, die nach entsprechenden Vorversuchen zu einem pulsatil arbeitenden Modell mit geschlossenem Blutkreislauf und Membranoxygenierung führte. Bei diesen Arbeiten konnte gezeigt werden, dass eine intermittierende Perfusion mit Ischämieintervallen von 4 Stunden ohne Nekrosebildung möglich war. Als wesentliches Ergebnis konnte auch gezeigt werden, dass der epigastrische Hautlappen der Ratte über 24 Stunden durch extrakorporale Perfusion vital erhalten und anschließend erfolgreich in einen Defekt einer syngenen Empfängerratte replantiert werden konnte, wobei als Perfusat heparinisiertes Eigenblut der Ratte verwendet wurde. Im Folgenden wurde eine pulsatile Perfusionspumpe für den klinischen Einsatz entworfen und in mehreren Entwicklungsstufen an konservierten sowie frischen Leichen bis zur Anwendbarkeit am Menschen getestet. Mit dieser Entwicklung war es möglich, in allen üblichen Transplantaten sowie in der gesamten oberen Extremität unter physiologischen Druckverhältnissen die Zirkulation einer angefärbten Ringerlösung zu etablieren, so dass der Einsatz der Pumpe unter Anwendung von heparinisiertem Vollblut auch am Patienten zur temporären Durchblutung von Lappen in Notfallsituationen sowie als medizinischer Heilversuch bei Patienten mit vessel depleted neck möglich wurde. Insgesamt konnte der Antrag wie geplant und fristgerecht sowie ohne unvorhergesehene Schwierigkeiten oder Probleme abgearbeitet werden. Wie oben aufgeführt, hat sich die Idee der Gewebetransplantation mit Hilfe der maschinellen Perfusion in die Realität umsetzen lassen. Momentan wird an der technischen Vereinfachung und der Entwicklung eines Standardprotokolls gearbeitet.
Publications
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Rapid autonomisation of a combined fibular- and anterolateral thigh flap transferred by a wrist carrier to an irradiated and vessel depleted neck. J Surg Oncol. 2009 Feb 1;99(2):123-6
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Autonomization of free flaps in the oral cavity: A prospective clinical study. Microsurgery. 2012 Mar;32(3):201-6
Mücke T, Wolff KD, Rau A, Kehl V, Mitchell DA, Steiner T
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Influence of irradiation and oncologic surgery on head and neck microsurgical reconstructions. Oral Oncol. 2012 Apr;48(4):367-71
Mücke T, Rau A. Weitz J, Ljubic A, Rohleder N, Wolff KD, Mitchell DA, Kesting MR
