Hintergrund: Mit Hilfe des tissue engineering (TE) und dem Verfahren der De- und Rezellularisierung wird versucht, Ersatz für geschädigte, funktionseingeschränkte Organe zu schaffen. Grundvoraussetzung für die Implantation solcher Konstrukte – und somit der Vollblutperfusion in vivo – ist eine erfolgreiche Reendothelialisierung des Gefäßsystems. Bislang wurden für die Zellbesiedlung weitestgehend Zellen von gesunden Probanden oder Labortieren verwendet. Ungeklärt ist, ob auch Endothelzellen aus vorgeschädigten Gefäßen – isoliert von Patienten mit hohem kardiovaskulärem Risikoprofil – für solche Zwecke geeignet sind. Die Reendothelialisierung dezellularisierter boviner Karotiden (BCA) mit von Patienten gewonnenen Zellen kann dabei als Modellsystem für die Entwicklung eines tissue engineerten Gefäßersatzes (TEVG) dienen. Resultierende Erkenntnisse könnten in komplexen vaskulären Systemen getestet werden. Methodik: BCA wurden ohne Zusatz von Natriumlaurylsulfat (sodium dodecyl sulfate, SDS) dezellularisiert, charakterisiert und mit endothelialen Vorläuferzellen (endothelial colony forming cells, ECFC), isoliert von Patienten mit kardiovaskulärem Risikoprofil, in Monokultur bzw. mit MSC in Kokultur reendothelialisiert. Des Weiteren wurden Rattenpankreata und -lebern dezellularisiert und mittels allogenen Langerhans Inseln rebesiedelt sowie Rattenlebern zusätzlich mit Endothelzellen (RAEC) und mesenchymalen Stromazellen (MSC) reendothelialisiert. Ergebnisse: Alle Matrices zeigten eine erfolgreiche Dezellularisierung bei erhaltener Komposition der extrazellulären Matrix. Die biomechanischen Eigenschaften der BCA waren nach Dezellularisierung weitestgehend erhalten. Trotz erfolgreicher Isolierung von ECFC von kardiovaskulär-vorerkrankten Patienten mit typischem Phänotyp war die Reendothelialiserung von BCA-Chips ausschließlich in Kokultur mit MSC erfolgreich. Die Kokultur zeigte ein konfluentes Zellwachstum, welches bei Verwendung von Ratten-MSC im Vergleich zu humanen MSC ausgeprägter war. Humane Zellen konnten bis zu 14 Tage in xenogener Zellkultur nachgewiesen werden. Parenchymatöse Organe konnten durch allogene Zellen rebesiedelt werden. Fazit: Bei Verwendung von aus Patientenblut-isolierten ECFC und Kultivierung unter statischen Bedingungen konnte nur in Kokultur mit MSC eine konfluente Endothelzellschicht ausgebildet werden. Die Rebesiedlung parenchymatöser Organe mit organtypischen sowie organfremden Zellen, die von Labortieren isoliert wurden, war erfolgreich.
Background: Tissue engineering (TE) and the sub-area of decellularization and recellularization attempts to create replacements for damaged, dysfunctional organs. For implantation of such constructs - and thus whole blood perfusion in vivo - a successful reendothelialization of the vascular system is inevitable. So far, cells from healthy volunteers or laboratory animals have largely been used for recellularization. It is unclear whether endothelial cells from previously damaged vessels - isolated from patients with a high cardiovascular risk profile - can also be used for such purposes. The reendothelialization of decellularized bovine carotid arteries (BCA) with patient-derived cells can serve as a model system for the development of a tissue-engineered vascular graft (TEVG). Resulting findings could then be tested in complex vascular systems. Methods: Bovine carotid arteries (BCA) were decellularized through a novel protocol without usage of sodium dodecyl sulfate (SDS), characterized and reendothelialized using endothelial progenitor cells (ECFC), isolated from patients with cardiovascular risk factors, in monoculture or coculture with MSC. Rat pancreata and livers were de- and recellularized using allogenic islets of Langerhans while rat livers were also reendothelialized using allogenic endothelial (RAEC) and mesenchymal stromal cells (MSC). Results: All matrices showed successful decellularization while composition of extracellular matrix was retained. Biomechanical properties of decellularized BCA remained largely intact. While ECFC isolation form cardiovascular risk patients was successful and showed a typical ECFC-phenotype, recellularization of BCA-chips could only be achieved in coculture with MSC with a tendency for more confluent results using rat MSC compared to human MSC. Human cells were detectable for up to 14 days in xenogeneic cell culture. Recellularization of decellularized parenchymal organs with allogenic cells was successful. Conclusion: Upon usage of ECFC isolated from hospitalized patients under static conditions, no confluent endothelial layer was detected. A tendency for better reendothelialization in coculture with rat MSC or human MSC could be observed. Recellularization of decellularized parenchymal organs using cells from young and healthy laboratory animals could be achieved even in matrices from different organs.
