Dokument: Evaluation eines detergenzienfreien Dezellularisationsverfahrens zur Herstellung kardiovaskulärer Implantate

Titel:	Evaluation eines detergenzienfreien Dezellularisationsverfahrens zur Herstellung kardiovaskulärer Implantate
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=46240
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20180620-095453-7
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Struß, Marc [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 8,06 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 15.06.2018 / geändert 15.06.2018
Beitragende:	Priv.-Doz. Dr. med. Assmann, Alexander [Gutachter] Univ.Prof. Dr. med. Oberhuber, Alexander [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Die derzeitigen Therapieoptionen für den Ersatz erkrankter Herzklappen weisen bedeutende Limitationen auf. Mechanische Herzklappen bedürfen einer lebenslangen Antikoagulation, biologische Herzklappen sind in ihrer Haltbarkeit begrenzt und erfordern gehäuft komplikationsreiche Zweitoperationen. Die Gewebezucht (Tissue Engineering) von Herzklappen vermag diese Limitationen zu überwinden. Sie kann durch das Potential dieser Implantate zum Mitwachsen insbesondere jungen Patienten eine adäquate Therapie zukommen lassen. Herkömmliche Protokolle basieren zwecks effektiver Entfernung zellulärer Bestandteile häufig auf Detergenzien und proteolytischen Substanzen, denen jedoch Bedenken in Bezug auf Toxizität und Gewebestruktur entgegenstehen. In der vorliegenden Arbeit wurde als Alternative ein detergenzien- und proteasen- freies, rein biologisch basiertes Dezellularisierungsregime untersucht. Als Ausgangswebe dienten Aortenkonduits der Spezies Ratte und der Spezies Schwein, für welche das Verfahren jeweils in umfangreichen Versuchsreihen optimiert wurde. Die Ergebnisse wurden mit denen aus Proben verglichen, welche über ein detergenzien- basiertes Standardverfahren dezellularisiert wurden. Histologische Untersuchungen der behandelten Gewebe ergaben durchweg adäquate Zellfreiheit bei sehr gutem Erhalt der extrazellulären Matrix inklusive der luminalen Basalmembran. Der DNA-Gehalt der biologisch dezellularisierten Prothesen war deutlich geringer im Vergleich zum Standardverfahren (porcin: 0,019 μg/mg ± 0,004 μg/mg versus 0,174 μg/mg ± 0,014 mit p<0,001). ß-Actin und ß2-Mikroglobulin als Marker für intrazelluläre Proteine wurden effektiv aus allen Proben entfernt. Der Glykosaminoglykangehalt aller dezellularisierten Gewebe war deutlich reduziert, wobei das biologisch basierte Protokoll deutlich niedrigere Rest- Konzentrationen erbrachte (porcin: 113,84 μg/g ± 9,11 μg/g versus 240,41 μg/g ± 23,09 μg/g in nativen Geweben mit p<0,001 und versus 182,39 μg/g ± 23,39 μg/g in Detergenzien-behandelten Geweben mit p = 0,099). Der relative Kollagenanteil der Präparate war konsekutiv erhöht. In Zellkulturexperimenten mit humanen Nabelschnurvenenendothelzellen und konditioniertem Medium ließen sich nach Abschluss der Verfahren jeweils keine zytotoxischen Effekte durch die generierten Gerüste feststellen. In vitro Rebesiedelungsversuche zeigten keine Unterschiede in Abhängigkeit von der Wahl des Dezellularisierungsverfahrens. In der vorliegenden Arbeit konnte somit gezeigt werden, dass das verwendete, auf biologischen Substanzen basierende Dezellularisierungsverfahren eine gute Balance zwischen Azellularität und strukturellem Erhalt der extrazellulären Matrix kardiovaskulärer Klein- und Großtierprothesen erzielt, und daher eine weitere Evaluation des Verfahrens als Alternative zu herkömmlichen Dezellularisierungsprotokollen gerechtfertigt erscheint. The current therapy options for heart valve replacement have significant limitations. Mechanical valves require lifelong anticoagulation, bioprosthetic valves are limited in their duration and often require complicated replacement surgery. The technique of Tissue Engineering of heart valves is a possibilty to surpass these limitations. A tissue-engineered valve can also potentially grow with its host making an adequate therapy of young patients possible. Most common regimens used to create cell-free scaffolds are based on detergents and proteolytic substances raising concerns regarding toxicity and structural preservation of the tissue. The present study evaluated an alternative detergent- and protease-free decellularization regimen (BIO). After being optimized specifically for each tissue, this new regimen was applied to rat aortic conduits and porcine aortic valve samples comparing it with a standard detergent-based decellurization regimen (DET). Histological studies of the tissues treated with BIO showed an effective elimination of cells and preservation of the extracellular matrix including the basement membrane. The DNA content of the BIO group was significantly lower than in the DET group (porcine: 0.019 μg/mg ± 0.004 μg/mg versus 0.174 μg/mg ± 0.014 with p<0.001). Beta-actin and ß2-microglobulin as markers of intracellular proteins were effectively removed from all samples. The glycosaminoglycan content of all decellularized samples was reduced with lower remaining concentrations in the BIO group (porcine: 113.84 μg/g ± 9.11 μg/g versus 240.41 μg/g ± 23.09 μg/g in native tissue with p<0.001 and versus 182.39 μg/g ± 23.39 μg/g in DET-treated tissue with p = 0.099. Consecutively, the relative collagen content was increased. In cell culture experiments with human umbilical vein endothelial cells with conditioned cell culture media, no toxic effects of the produced scaffolds were observed. In vitro cellular repopulation trials showed no difference between BIO and DET. In summary, this study showed that the detergent-free decellurization regimen achieves a good balance between elimination of cells and structual preservation of the extracellular matrix in small and large animal heart valve prostheses. Hence, further translational investigation of this procedure as an alternative to the existing methods is promising and justified.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät
Dokument erstellt am:	20.06.2018
Dateien geändert am:	20.06.2018
Promotionsantrag am:	21.09.2017
Datum der Promotion:	12.06.2018