Tissue Engineering (TE) von kardiovaskulären Geweben

Beim Tissue Engineering werden sogenannte Polymergerüste als dreidimensionale Matrix für autologe Zellen verwendet, um einen individuellen und funktionellen Gewebeersatz zu erreichen. Dabei besteht das Hauptziel darin, dass es sich um einen vitalen Gewebeersatz handeln sollte, der sich in das umgebende Gewebe integriert und „normale“ biologische Fähigkeiten besitzt, wie z.B. mitzuwachsen und sich zu regenerieren. Dieser Gewebeersatz wird außerhalb des menschlichen Körpers (in-vitro) hergestellt und sollte zu einem späteren Zeitpunkt beim gleichen Patienten implantiert werden von dem ursprünglich die Zellen entnommen wurden.

Heutzutage werden weltweit hauptsächlich künstliche Prothesen implantiert, um geschädigte Herzklappen und Gefäße zu ersetzen. Wie bereits erwähnt haben all diese Prothesen gemeinsam, dass sie aus körperfremdem Material bestehen, welche nicht mitwachsen und nach einiger Zeit degenerieren und somit wiederum ausgetauscht werden müssen. Eine sogenannte tissue engineerte Prothese hätte theoretisch diesen Nachteil nicht und würde sich nach der Implantation in das umliegende Gewebe integrieren und dauerhaft erhalten bleiben. Im Labor für Tissue Engineering und Zell-Transplantation an der Klinik für Herzchirurgie am Klinikum der Universität München – Großhadern beschäftigen wir uns daher intensiv mit der Evaluation von verschiedenen menschlichen Zellquellen, dem optimalen Design der Polymergerüste, der Zell-Polymer-Interaktion, sowie mit der Entwicklung von weitgehend zuverlässigen in-vitro – Methoden, um reproduzierbar tissue engineerte Konstrukte herzustellen.

Das Hauptziel für die Zukunft besteht ganz klar darin, vitale, autologe Gewebekonstrukte für die menschliche Herzchirurgie herzustellen. In den letzten sieben Jahren wurden aufgrund der guten interdisziplinären Zusammenarbeit von Biologen, Chemikern, Physikern, Ingenieuren und Chirurgen enorme Fortschritte auf diesem Forschungsgebiet erreicht.

Um die zukünftige, routinemäßige Anwendung dieser „tissue engineerten“ Konstrukte in der Herzchirurgie wahrscheinlicher zu machen, liegt ein Schwerpunkt unserer Arbeit darin, neuartige in-vitro-Systeme für die Herstellung von kardiovaskulären Geweben zu entwickeln und auf der Basis von humanen Zellquellen autologes Gewebe herzustellen. Trotz der ersten ermutigenden Ergebnisse muss diese Methode weiterhin modifiziert und perfektioniert werden, bevor ein solches Konstrukt zuverlässig in der Herzchirurgie angewendet werden kann.  

Nachdem wir bereits in Tierexperimenten und zahlreichen in-vitro Versuchen mit humanen Zellen das grundsätzliche Konzept etablieren konnten, haben wir uns aktuell auf Zellen aus der menschlichen Nabelschnur für das TE von kardiovaskulären Geweben konzentriert.

In unserem Forschungsprojekt werden angeborene Herzfehler durch pränatalen Ultraschall bereits vor der Geburt diagnostiziert. Somit kann man nach der Geburt die Nabelschnurgefäße gewinnen und die vaskulären Zellen isolieren. Um eine Zellquelle zu erhalten, die nicht nur unmittelbar nach der Geburt eingesetzt werden kann, sondern auch im Kindesalter oder gar bei jungen Erwachsenen, sollen die vaskulären Nabelschnurzellen kryokonserviert werden. Zu einem späteren Zeitpunkt werden die Zellen dann wieder rekultiviert und für das Tissue Engineering einer Herzklappe verwendet. Zusammen mit allen Kooperationspartnern sollen weitere neuartige Zellquelle evaluiert und die in-vitro Herstellung einer tissue engineerten Herzklappe für die humane Applikation modifiziert werden.

Veröffentlichungen:

• News zum Thema
• Labor Priv.-Doz. Dr. Ralf Sodian
• Labor Dr.-Ing. M.Sc. Bassil Akra, Biomedical Engineer