Dokument: Etablierung und Charakterisierung eines voll automatisierten computergesteuerten Bioreaktors zur artifiziellen Kalzifizierung von ovinen Aortenklappen unter physiologischen Parametern und Flussbedingungen
| Titel: | Etablierung und Charakterisierung eines voll automatisierten computergesteuerten Bioreaktors zur artifiziellen Kalzifizierung von ovinen Aortenklappen unter physiologischen Parametern und Flussbedingungen | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=52109 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20200130-105750-9 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Feichtner, Sabine [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. med. Akhyari, Payam [Gutachter] Priv.-Doz. Dr. Dr. med. Huhn-Wientgen, Ragnar [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Die Aortenklappenstenose (AKS) ist die häufigste erworbene Herzklappenerkrankung in den Industriestaaten und führt unbehandelt zu Linksherzinsuffizienz und zum Tod. Momentan besteht die einzige Therapie im Ersatz der Klappe, da die zu Grunde liegenden Mechanismen dieser Erkrankung noch nicht vollständig verstanden sind.
In der vorliegenden Arbeit wurde ein ex vivo Modell zur Kultivierung einer kompletten nativen Aortenklappenbasis mit einem pulsatilen Strömungsprofil etabliert. Über die automatische Adjustierung der Temperatur, des Drucks und des pH’s konnte der computergesteuerte Bioreaktor physiologische Bedingungen aufrecht erhalten. Zunächst wurde das System in Vorversuchen optimiert und dadurch die Anzahl der erfolgreichen Läufe verdreifacht. Die Aortenklappentaschen ovinen Ursprungs wurden nach einer siebentägigen, vollautomatisierten Kultivierung unter kalzifizierenden Bedingungen histologisch und mittels eines biochemischen Assay‘s zur Quantifizierung der Kalzifizierung untersucht. In der groben Durchsicht von Gewebeschnitten nach HE-Färbung zeigten sich im histologischen Aufbau keine Unterschiede zwischen frischen Aortenklappentaschen und solchen, die unter Standard- oder kalzifizierenden Bedingungen im Bioreaktor kultiviert wurden. Um eine deutlichere Aussage zum Strukturerhalt treffen zu können wurde eine Movat-Pentachrom-Färbung durchgeführt, und so ein Erhalt der dreischichtigen Struktur nachgewiesen. Anhand der Immunfluoreszenzfärbung des Endothelzellmarkers von-Willebrand-Faktor und des in Endothel und valvulären Interstitialzellen (VIC) exprimierten Vimentin konnte ein Erhalt der VIC’s bei den kultivierten Aortenklappentaschen im Vergleich zu den nativen Aortenklappentaschen festgestellt werden. Jedoch wurde ein Verlust des Endothels bei den kultivierten Klappentaschen im Vergleich zu frischen Klappentaschen verzeichnet. Allerdings wurde eine erhaltene Vitalität im gesamten Klappengewebe gezeigt. Diesen Ergebnissen folgend lässt sich der Bioreaktor als weitestgehend biokompatibel einstufen. Interessanterweise wurde in der von-Kossa-Färbung eine deutliche Kalzifizierung der unter kalzifizierenden Bedingungen kultivierten Klappentaschen im Vergleich zu den Kontrollen sichtbar. Dabei war nicht nur eine oberflächliche, sondern auch eine infiltrative Kalzifizierung zu beobachten. Übereinstimmend mit diesen Ergebnissen konnte auch im quantitativen Assay ein erhöhter Kalziumgehalt in den unter kalzifizierenden Bedingungen kultivierten Aortenklappentaschen festgestellt werden. Die Unterschiede waren statistisch nicht signifikant, zeigten jedoch trotz der kleinen Stichprobe eine deutliche Tendenz (p=0,1). Die aktuellen Ergebnisse legen nahe, dass der Bioreaktor ein vielversprechendes Modell zur artifiziellen ex vivo Kalzifizierung von nativen Aortenklappentaschen dar-stellen könnte. Zukünftige Untersuchungen werden sich mit den Auswirkungen der Bioreaktor-Kultivierung auf die Genexpression und den Proteinhaushalt befassen. Im Zusammenspiel mit bereits bekannten in vivo und in vitro Modellen könnte der vorgestellte Bioreaktor in Zukunft einen wertvollen Beitrag zur Ursachen- und Therapieforschung der Degeneration von Aortenklappen leisten.Calcific aortic valve disease is the most common valve disease in developed coun-tries and leads, if left untreated, to left heart failure and finally to death. The only treatment is replacing the diseased valve, since underlying mechanisms are not fully understood. Thus a suitable model to investigate these mechanisms is necessary. In this study an ex vivo model was established as a method to cultivate native ovine aortic valves under physiological conditions and a pulsatile flow profile. The comput-er-controlled bioreactor maintained these conditions via automated control and regu-lation of temperature, pressure and pH adjustment. The bioreactor handling was op-timized in preliminary tests and the success rate of cultivations was tripled. Ovine aortic valves were cultivated ex vivo for seven days using control or pro-degenerative conditions. Readout analysis was performed using histological analysis and a biochemical calcium quantification assay. Hematoxylin and eosin stain showed no structural differences between the native aortic valves and aortic valves cultivated in control or pro-degenerative conditions. The typical three-layered structure of aortic leaflets was detected using Movat-pentachrome staining and revealed no differences between native and cultivated aortic valves. In addition an immune fluorescence staining of von-Willebrand-factor (Endothelial cell marker) and vimentin (endothelial and valvular interstitial cell marker (VIC)) was conducted. While the amount of VIC stayed the same in native and ex vivo cultivated aortic valves, a loss of endothelial cells was observed after bioreactor cultivation compared to native aortic valves. However, general cell viability was observed throughout the valve tissue. Following these results the bioreactor can be seen as biocompatible. Furthermore calcium deposits could be found in aortic valves cultivated in pro-degenerative conditions via von-Kossa-staining, but not under native and control conditions. These calcium deposits were not only found on the surface but also inside the tissue of the aortic valves. The results of the von-Kossa-staining were confirmed by quantitative assay measuring tissue calcium content. Although results were not statistically significant, a clear tendency (p=0.1) was observed despite small number of replicates. Thus cultivation using pro-degenerative conditions was capable of inducing calcific degeneration in aortic valves. The current results suggest that the bioreactor is a sufficient ex vivo model to induce calcific degeneration in aortic valves. Future studies will focus on the effects of bioreactor cultivation on RNA and protein expression levels. In combination with current in vivo and in vitro studies the bioreactor could be a useful model to investigate the causes of calcific aortic valve disease and to develop novel treatment strategies against this disease. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 30.01.2020 | |||||||
| Dateien geändert am: | 30.01.2020 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 29.05.2019 | |||||||
| Datum der Promotion: | 22.01.2020 |
