Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Carolyn Hinz

In-vivo-Studie über dezellularisierte Segmente der ovinen Aorta und der Arteria pulmonalis als Aortenersatz

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-103932

title (engl.)

In vivo study of decellularized parts of the ovine aorta and pulmonary artery as aortic replacement

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2013

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/hinzc_ws13.pdf

abstract (deutsch)

Jährlich sind beim Menschen deutschlandweit ca. 7000 operative Eingriffe an der Aorta nötig. Bisher verfügbare Prothesen insbesondere aus PET und PTFE sind jedoch mit erheblichen Nachteilen verbunden, wie Thrombogenität, Degeneration und schwer beherrschbare Infektionen. Daher wird seit einigen Jahren der Ansatz verfolgt, eine bioartifizielle Gefäßprothese zu entwickeln. Bei dem sogenannten Tissue Engineering werden natürliche Matrices als Grundlage für die Prothesen herangezogen, die in vivo wieder mit Zellen besiedelt werden. Dieses Prinzip wurde bereits erfolgreich als Grundlage bei einem experimentellen Aortenklappenersatz angewendet (BARAKI et al. 2009). Im Bereich der Gefäßchirurgie wurden dezellularisierte Schweineaorten unter der Haut der Ratte getestet (BADER et al. 2000), dezellularisierte Pulmonalarterienteilstücke in gesetzten Defekten der Pulmonalarterie und Aorta (KETCHEDJIAN et al. 2005) eingesetzt, und dezellularisierte Pulmonalarterienteilstücke im Bereich der thorakalen Aorta verwendet (LEHR et al. 2011). In der vorliegenden experimentellen Studie wurden daher im Schafmodell allogene Aorten- und Pulmonalarteriengrafts dezellularisiert und ihre Eignung als prothetisches Substrat für eine regenerative Aortenprothese funktionell, histologisch, immunhistochemisch und mittels Magnetresonanztomographie untersucht. Die Hälfte der Versuchstiere erhielt zur passageren Stabilisierung der biologischen Grafts eine degradierbare Magnesiumspange. Die getestete Implantationsdauer lag bei einem, drei und sechs Monaten. Bei der histologischen Begutachtung der dezellularisierten Gefäße aller anderen Tiere, zeigte sich eine Neointimabildung aus Endothelzellen, glatten Muskelzellen und Myofibroblasten auf allen dezellularisierten Gefäßen. Die Rebesiedlung der dezellularisierten Grafts fand vorwiegend von der Adventitia-Seite ausgehend statt. Anzeichen einer Entzündung waren in keinem der dezellularisierten Grafts nachweisbar. Allerdings sind zwei der 18 Tiere auf Grund eines rupturierten Pulmonalarteriengrafts verendet. Die Pulmonalarteriensegmente sind aufgrund ihrer geringen Länge, der schwierigen intraoperativen Handhabung, dem Rupturrisiko und dem Nachweis einer Verdichtung der Grafts bei zeitgleich massiver Hyperplasie der Neointima als Ersatzmaterial im kardiovaskulären Hochdrucksystem nicht geeignet. Die dezellularisierten Aorten zeigten dagegen eine gute Handhabbarkeit, positive Dezellularisierungsergebnisse, eine hervorragende Integration in den Wirtsorganismus, eine mittelmäßige Rebesiedlung und geringere Verdichtung sowie keine Anzeichen von Dilatation oder Ruptur. Die degradierbaren Magnesiumspangen zeigten eine gute Biokompatibilität und ein entsprechend der angestrebten Funktion angemessenes Degradationsverhalten. Auf Grund der gesehenen Rupturen muss geschlussfolgert werden, dass die Spangen zur Stabilisierung der dezellularisierten Pulmonalarterien nicht ausgereicht haben. Zur Optimierung der zellulären Rebesiedlung der dezellularisierten Aorten kann eine In-vitro-Rebesiedlung mit autologen Zellen erwogen werden.

abstract (englisch)

Nearly 7000 aortic replacements surgeries are conducted per year in the human aorta using Dacron or PTFE prostheses. These prostheses have many disadvantages like thrombogenicity, infection and degeneration. Therefore many groups have worked in the last years on a successful development of a bioartificial aortic prosthesis. Already bioartificial heart valves have been successfully developed and applied in an animal model, using an acellular matrix as a scaffold which would be reseeded in vivo (BARAKI et al. 2009). In the area of aortic replacement, decellularized porcine aorta in a subcutan rat model (BADER et al. 2000) and decellularized pulmonary artery pieces in orthotopic and descending aortic position (KETCHEDJIAN et al. 2005; LEHR et al. 2011) have been tested. But so far there exist no complete decellularized aorta which has been tested in a big animal model. In this study we tested a complete decellularized aorta in descending aortic position in a sheep model. For this we used decellularized allogenic aorta and pulmonary artery, implanted in descending aortic position partially stabilized with a degradable magnesium clip over a period of one, three and six months. The three time groups consisted of two subgroups each with three sheep with and without clip. The histological examination of all decellularized vessels showed a complete neointima formation consisting of myofibroblasts and endothelial cells. The adventitial site of the vessels were reseeded with cells, the luminal side of the vessel wall was free of cells. Furthermore we found a decrease of the whole width of the decellularized vessel walls and a dilatation in the pulmonary arteries. There were no signs of inflammation in the decellularized vessels, even with the presence of the magnesium clips. Two of the 18 sheep died due to the rupture of the pulmonary artery one with and one without magnesium clip. The pulmonary artery graft has many disadvantages. It was to short, had no good handling, risk of rupture, partially concentration of the grafts and massive hyperplasia of the neointima. On the other hand the decellularized aortic grafts revealed good decellularization results, good handling, excellent integration in vivo, moderate reseeding, concentration of the graft and no signs of dilation and rupture. The degradable magnesium clips showed to have a good biocompatibility and degradation. Our conclusion is that the pulmonary artery graft is not suitable as aortic replacement material in the high pressure system. The magnesium clip showed no evident advantages for the decellularized aortic graft. The decellularized aortic graft showed no dilatation and good reseeding from the adventital site of the vessel. But it is reasonable to further investigate in the decellularized aortic graft without magnesium clip. A further experiment with decellularized aortic grafts should cover a longer implantation time and a reseeding of the grafts in vitro.

keywords

Aorta, Dezellularisierung, Schaf, Pulmonalarterie; aorta, decucellularization, sheep, pulmonary artery

kb

4.338