Einleitung: Aufgrund der steigenden Prävalenz von arteriellen Gefäßerkrankungen, nimmt der Bedarf an Gefäßprothesen stetig zu. Da die Verfügbarkeit von allogenen und autologen Transplantaten stark limitiert ist und alloplastische Prothesen keine zufriedenstellenden Langzeitergebnisse liefern, ist die Entwicklung neuartiger, biologischer Gefäßprothesen erforderlich. Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer azellulären, xenogenen Gefäßprothese aus der bovinen Arteria carotis (BAC), die biokompatibel und mechanisch belastbar ist. Methodik: Zur Entfernung aller tierischen Zellen aus der BAC wurden verschiedene chemische Dezellularisierungsverfahren systematisch untersucht und anhand des verbliebenen DNA-, RNA- sowie Protein-Gehalts in behandelten BACs verglichen. Zellfreie BACs wurden zur Beurteilung der Biokompatibilität auf Toxizität sowie Immunkompatibilität untersucht. Letztere erfolgte anhand von Immunfärbungen auf bekannte Xenoantigene, wie das αGal-Epitop (Galα1-3Galβ1-4GlcNAc-R) und das MHC-I (Haupthistokompatibilitätskomplex-I), sowie mittels Humanserum auf unbekannte Immunogene. Ferner wurde die mechanische Belastbarkeit in Zugbelastungstests analysiert. Zur Senkung des thrombogenen Potenzials wurden Gefäßfragmente Heparin-beschichtet und im subkutanen Rattenmodell auf Biokompatibilität geprüft. Ergebnisse: Von den vier angewendeten Detergenzien konnten BACs nur mit 1 % 3-[(3-Cholamidopropyl)dimethylammonio]-1-propanesulfonate vollständig dezellularisiert werden. Der DNA-Gehalt wurde auf 0,2 ± 0,2 % (p<0,001) und der Protein-Gehalt auf 0,6 ± 0,3 % (p<0,001) im Vergleich zu nativen BACs reduziert. RNA- sowie toxische Rückstände konnten nicht nachgewiesen werden. Das immunogene Potenzial dezellularisierter BAC konnte, bezogen auf die native Kontrolle, um 99,9 % (p<0,01) gesenkt werden. Bekannte Immunogene wie αGal und MHC-I waren nach der Dezellularisierung nicht mehr nachzuweisen. Eine Beeinträchtigung der mechanischen Stabilität dezellularisierter BACs konnte ebenfalls nicht festgestellt werden. Durch die Heparin-Beschichtung wurde die Wiederbesiedlungsfähigkeit der Gefäße signifikant reduziert (p<0,05). Toxische Effekte konnten nicht nachgewiesen werden. Schlussfolgerung: Die mit dem neu entwickelten Protokoll hergestellte, azelluläre Gefäßprothese aus BAC ist biokompatibel (nicht-toxisch, nicht-immunogen) und mechanisch (zugfest) belastbar. Jedoch sind weitere Untersuchungen zur Thrombogenität und zur mechanischen Belastbarkeit sowie die Überprüfung der Prothese im Tiermodell ausstehend. Die Ergebnisse dieser Arbeit sind vielversprechend, sodass die dezellularisierte BAC möglicherweise zukünftig in der Gefäßersatztherapie Anwendung finden kann.
Introduction: Due to the increasing prevalence of arterial vascular diseases, the need for vascular prostheses is constantly increasing. Since the availability of allogeneic and autologous grafts is limited and alloplastic prostheses lack satisfactory long-term results, the development of novel biological vascular prostheses is necessary. Aim of this project was the development of an acellular, xenogeneic vascular prosthesis from the bovine carotid artery (BAC), which is biocompatible and mechanically resistant. Methods: To remove all xenogeneic cells from BAC, various chemical decellularization methods were systematically investigated and compared by remaining DNA, RNA and protein residues. Cell-free BACs were tested for toxicity and immunocompatibility to verify biocompatibility. Immunocompatibility was analyzed by immunohistochemical staining of known xenoantigens such as the αGal epitope (Galα-3αGal-4GlcNAc-R) and the MHC-I (main histocompatibility complex I). Furthermore, human serum staining was established to additionally identify unknown immunogens. Mechanical stability was investigated by measuring the ultimate tensile strength. To reduce the thrombogenic potential, vascular fragments were coated with heparin and tested for biocompatibility in a subcutaneous rat model. Results: Four detergents were tested for decellularization of BACs, only 1 % 3-[(3-Chol-amidopropyl)dimethylammonio]-1-propanesulfonate removed all xenogeneic cells. DNA content was reduced to 0.2 ± 0.2% (p<0.001) and protein content to 0.6 ± 0.3% (p<0.001) compared to native BACs. RNA and toxic residues were not detectable. The immunogenic potential of decellularized BACs was reduced by 99.9% (p<0.01) and known immunogens such as αGal and MHC-I were not detectable after decellularization. The decellularization process did not affect the mechanical stability of BACs. The heparin coating significantly reduced the recellularization of the vessels (p<0.05), but toxic effects were not identified. Conclusion: The acellular vascular prosthesis made of BAC is biocompatible (non-toxic, non-immunogenic) and mechanically resistant (tensile strength). However, further investigations on thrombogenicity and mechanical strength as well as testing in animal models are necessary. Nevertheless, the results are promising and the decellularized BAC may be used in vascular replacement therapies in the near future.
