Pilotstudie zum in-vivo Verhalten von unter Fluss endothelialisierten Kollagenmatrix-Gefäßprothesen im Schweinemodell

Abstract

Mit der steigenden Inzidenz kardiovaskulärer Erkrankungen steigt auch die Anzahl jähr-lich durchgeführter Bypassoperationen. Neben dem autologen Bypassmaterial, wie der Vena saphena magna, werden auch synthetisch hergestellte Prothesen wie ePTFE- und Dacron-Prothesen insbesondere für großkalibrige Gefäße, erfolgreich klinisch ein-gesetzt. Aufgrund früher Thrombenbildung, Infektionen oder der Ausbildung einer su-bendothelialen Intimahyperplasie (SIH), liegt die 5-Jahresoffenheitsrate für den kleinka- librigen Gefäßersatz jedoch nur bei 40-50%. Eine Alternative zu synthetischen Prothe-sen ist die Entwicklung von „tissue engineerten“ bioartifiziellen Gefäßprothesen für den kleinkalibrigen Gefäßersatz. Das Ziel der vorliegenden Pilotstudie war es, das in-vivo Verhalten, die Biokompatibilität sowie die Offenheitsrate einer unter Fluss endothelialisierten großporigen Kollagenmat- rix-Gefäßprothese aus bovinen Typ 1- Kollagen zu untersuchen. Nach vorheriger Ve-nenentnahme zur EC-Gewinnung und Endothelialisierung der Versuchsprothesen er-folgte in einem 6-wöchigen Tierversuch die Implantation endothelialisierter und mit Myo-fibroblasten besiedelter Kollagenmatrix-Gefäßprothesen in die Arteria femoralis superfi-cialis von 6 Schweinen. Zur Kontrolle diente eine nicht endothelialisierte Kollagenmatrix-Gefäßprothese sowie eine ePTFE- Prothese. Dopplersonographisch zeigten alle Pro-thesen der untersuchten Gruppe nach 14 sowie nach 28 Tagen gute Offenheitsraten. Dabei lag die durchschnittliche Durchflussrate vor der Explantation am 14. postoperati-ven Tag bei 56 cm/s und am 28. postoperativen Tag bei 62 cm/s. Nur die sonographi- sche Flusskurve des Tieres Nr.99 zeigte vier Wochen nach der Implantation Hinweise auf eine Stenose. Die sonographischen Ergebnisse stehen im Widerspruch zu den his-tologischen Ergebnissen. Die generell follikulären entzündlichen mononukleären Infiltra-te mit einem hohen Anteil an Leukozyten sowie Fibroblasten sind als eindeutige Hin-weise auf eine Abstoßungsreaktion auf das bovine Kollagen zu werten. Das Explantat der ePTFE-Gefäßprothese wies im Gegensatz zu den Explantaten der Kollagenmatrix-Gefäßprothesen typische diffuse entzündliche Infiltrationen auf. Aufgrund der starken Abstoßungsreaktion konnte die Offenheit der endothelialisierten Gefäßprothese nicht mit Sicherheit überprüft werden. Die Anastomosen der Gefäßprothesen wiesen einen hämodynamisch ungünstigen Übergang auf, da die Durchmesser zwischen Prothese und der Arterie stark differierten. Histologisch bestand nur bei dem Explantat des Tieres Nr.97 das morphologische Korrelat einer Thrombenbildung. Die Kollagenmatrix-Gefäßprothesen erwiesen sich als ausreichend mechanisch stabil und es kam zu keiner Aneurysmabildung oder Ruptur der Prothesenwandung. Ziel zukünftiger Versuche mit Kollagenmatrix- Gefäßprothesen sollte die Modifikation und Optimierung des in-vitro Systems sein, um die Prothese in Struktur und Beschaffenheit zu verbessern. Zur Beur- teilung des Einflusses der Myofibroblasten auf die Struktur und das Einwachsen der Prothesen, sollten Versuche mit und ohne Beschichtung von Myofibroblasten auf der Außenoberfläche der Prothese erfolgen. Um ein Compliance-Mismatch resultierend aus dem rapiden Wachstum der Schweine und somit auch des Gefäßsystems und der im-plantierten Gefäßprothesen zu vermeiden, könnte ein Tiermodell mit Zwergschweinen verwendet werden. Des Weiteren sollte das Studiendesign so optimiert werden, dass die Kollagenmatrix-Gefäßprothese in ihrer Biokompatibilität und Funktionalität beurteilt werden kann. Dabei wären unter anderem eine Immunsuppression zur Vermeidung ei-ner Abstoßungsreaktion sowie identische Durchmesser zwischen Prothese und Arterie anzustreben. Erst mittels dieser Zusatztherapie kann die Eignung der endothelialisierten Gefäßprothese als Gefäßersatz sicher überprüft werden. Diese Studie ist ein weiterer Schritt zur Implementierung von tissue engineerten Gefäßprothesen in der Praxis.

The increasing number of anual bypass operations goes along with an increasing incidence of cardiovascular diseases such as peripheral arterial disease. Beside autologous bypass material, synthetic grafts such as ePTFE and Dacron grafts are suitable for large peripheral arteries. The 5-year patcency rate of small calibre ePTFE grafts is 45-50%, partly because of early thrombosis, infection or the development of intimal hyperplasia at the distal anastomosis. An alternative of synthetic bypass grafts is the development of tissue engineered small calibre bypass grafts. Aim of this pilot study was the examination of biocompatibility, in vivo behaviour and patency rate of a shear stress pretreated endothelialized collagenmatrix bypass graft. After vein explantaion for harvesting endothelial cells and myofibroblasts, endothelialization of the lumen has been done under dynamic conditions. In a 6 week animal model the endothelialized and with myofibroblasts covered prostheses were implanted in the a. femoralis of 6 pigs.An endothelialized ePTFE prostheses and a non-endothelialized collagenmatrix bypass graft were served as a contoll group. The duplexsonography shows good patency rates 14 and 28 days after implantation of the collagenmatrix bypass graft. The average patency rate 14 days after implantation was 56 cm/s. 28 days after implantation the patency rate was 63 cm/s. Just one sonography shows a stenoses. The sonographic results are contradictory to the histological results. The general folicular inflammatory mononuclear infiltrats are a tissue rejection of the bovine collagen. Contrary to the collagen prostheses the ePTFE vascular graft shows diffuse inflammatory infiltrats. The patcency rate couldn´t be proofed definitely. The anastomosis had an inappropriate hemodynamically transition. The diamter of the vascular prostheses differ to the arteries. The histological examination shows one thrombus formation of one collagenmatrix bypass graft. The collagenmatrix bypass grafts were stable, there was no aneurysma formation or rupture. Aim of consecutively studies is the modification and the improvment of the in vitro-system. The influence of myofibroblasts of structure and the incorporation of the prostheses should be prooved in a further study with and without myofibroblasts. A compliance mismatch could be avoid by using mini pigs. Furthermore the design of the study should be improved. Therefore an immune suppression or same diamters between artery and prostheses should be aimed. This is a further step for implementation of a biological tissue engineered graft.