Dokument: Charakterisierung der ex-vivo-Aortenklappenkalzifizierung in einem vollautomatisierten Bioreaktor-Modell unter prokalzifizierenden Bedingungen

Titel:	Charakterisierung der ex-vivo-Aortenklappenkalzifizierung in einem vollautomatisierten Bioreaktor-Modell unter prokalzifizierenden Bedingungen
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=62680
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20230612-105033-2
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Shakiba, Babak [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 2,04 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 16.05.2023 / geändert 16.05.2023
Beitragende:	Prof. Dr. med. Payam Akhyari [Gutachter] PD Dr. med. Florian Simon [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit
Beschreibungen:	Die kalzifizierende Aortenklappenstenose (engl. CAVD) ist die häufigste erworbene Herzklappenerkrankung in Industrienationen. Die Früherkennung in den asymptomatischen Stadien gestaltet sich schwierig, der Aortenklappenersatz in den Spätstadien stellt bis heute die Therapie der Wahl dar. Darüber hinaus ist jedoch auch die Lebensdauer der sodann häufig eingesetzten biologischen Klappenprothesen durch Degenerationsprozesse begrenzt. Die zugrundeliegende Pathophysiologie ist aufgrund weniger verfügbarer Modelle, die die komplexen Zusammenhänge hinreichend detailliert widerspiegeln können, bisher nur unvollständig verstanden. Als ex-vivo-Modellsystem wurde in dieser Arbeit ein voll automatisierter computergesteuerter Bioreaktor verwendet, dessen Eignung für die Simulation der Aortenklappenkalzifikation bereits in vorangegangen Arbeiten anhand von histologischen und immunohistologischen Methoden belegt werden konnte. Dieser erlaubt, die Herzklappentaschen dynamischen Druckveränderungen und einem Scherstress auszusetzen. Zur Charakterisierung der ex-vivo-Aortenklappenkalzifizierung wurden ovine Aortenkonduits unter Zugabe prokalzifizierender Substanzen sowie unter Standardbedingungen im vollautomatisierten computergesteuerten Bioreaktor (BR) über einen Zeitraum von sieben Tagen kultiviert, wobei die Messdaten während des Versuches fortlaufend erfasst wurden. Analog dazu wurden ovine Aortenkonduits über sieben Tage statisch kultiviert sowie native Aortenkonduits gewonnen. Anschließend wurde die Expression etablierter Degenerationsmarker in den Klappentaschen per qPCR und Western-Blot untersucht. Die Klappentaschen zeigten eine Schrumpfung mit Dickenzunahme nach BR-Kultur. In der qPCR zeigte sich ein signifikanter Anstieg der Osteopontin-Expression nach BR-Kultivierung. Bei der Untersuchung der Osteopontin-Expression im Western-Blot zeigten sich mehrere Banden, darunter eine Bande des C-terminalen Osteopontin-Fragments bei 15kDa, die in der prokalzifizierenden BR-Kultur signifikant höher exprimiert war als in der prokalzifizierenden statischen Bedingung. Dieser Unterschied konnte in den Standardbedingungen nicht beobachtet werden. Darüber hinaus wurden signifikant höhere Level des Hypoxie-induzierten Faktors 1α nach BR-Kultivierung gegenüber statisch kultivierten Segeln gemessen. In den im BR kultivierten Aortenklappen blieb die Alpha1-Typ1-Kollagen-Expression im Gegensatz zur statischen Bedingung weitgehend erhalten. Die Kultivierung der Aortenklappenkonduits im BR bewirkt somit bereits nach sieben Tagen Veränderungen der Gen- und Proteinexpression, die für eine CAVD-typische Degeneration sprechen. Calcific aortic valve disease (CAVD) is the most common acquired heart valve disease in developed countries. Early diagnosis in asymptomatic stages is difficult, aortic valve replacement in the late stage remains the therapy of choice. Moreover, the lifespan of frequently used biological valve prostheses is limited by degeneration processes. Due to a lack of models reflecting the complex interactions sufficiently, the underlying pathophysiology is still poorly understood. In this study, an ex vivo model consisting of a fully automated computer-controlled bioreactor was used, which has already been established for the simulation of aortic valve calcification in previous studies focussing on histological and immunohistological findings. This model allows for the exposure of aortic valve leaflets to dynamic pressure changes and shear stress. In order to characterize the ex vivo aortic valve calcification on the gene and protein expression level, ovine aortic conduits were cultivated under procalcific and standard conditions for seven days in the fully automated and computer-controlled bioreactor, while cultivation parameters were continuously logged. Analogously, ovine aortic conduits were statically cultivated for seven days and native aortic conduits were harvested. Afterwards, the expressions of established degeneration markers were analyzed by qPCR and western blot. The leaflets showed significant shrinking and increased optical density after bioreactor cultivation. In the qPCR analysis, a significant increase in osteopontin expression after BR-cultivation was shown. In the western blot analysis, multiple bands of osteopontin were detected. One band of c-terminal osteopontin at 15kDa showed a significantly increased expression in the procalcific BR-condition compared to the procalcific static condition. This difference could not be demonstrated under the corresponding standard conditions. Moreover, the expression of hypoxia-inducible factor 1-alpha was significantly increased due to bioreactor cultivation. Contrary to statically cultivated aortic leaflets, the expression of collagen type 1 was not significantly altered after bioreactor cultivation. Collectively, the aortic valve leaflets showed changes in protein and gene expression levels indicative of CAVD-like degeneration after seven days of bioreactor cultivation.
Lizenz:	Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz
Fachbereich / Einrichtung:	Medizinische Fakultät
Dokument erstellt am:	12.06.2023
Dateien geändert am:	12.06.2023
Promotionsantrag am:	11.07.2022
Datum der Promotion:	09.05.2023