Konstruktion eines thromboresistenten Gefäßtransplantats mittels Dezellularisierung und Rezellularisierung für gefäßchirurgische Zwecke

Abstract

Bei der peripheren arteriellen Verschlusskrankheit handelt es sich um eine durch Atherosklerose bedingte Stenose oder einen kompletten Verschluss der peripheren Arterien. In den letzten Stadien der Krankheit müssen interventionelle oder sogar offenchirurgische therapeutische Eingriffe durchgeführt werden. Im Falle der Notwendigkeit einer Bypass-Operation werden aus Gründen der Biokompatibilität und Materialeigenschaften idealerweise autologe Venen verwendet. Diese Gefäße stehen jedoch in mehr als 20 % der Fälle nicht zur Verfügung und machen die Herstellung personalisierter biologischer Gefäßtransplantate als möglichen Ersatz erstrebenswert. Die Rebesiedelung von dezellularisierten bovinen Karotiden könnte die Grundlage für ein implantierbares Gefäßtransplantat darstellen. Wesentlich für den Erfolg eines solchen Verfahrens und den Einsatz als Gefäßersatz sind dabei jedoch eine physiologische Luminalbedeckung des Gefäßtransplantats und die ex vivo Thromboresistenz. In dieser Studie wurden dezellularisierte bovine Karotiden mit humanen endothelialen Vorläuferzellen und mit aus der Nabelschnurvene isolierten humanen mesenchymalen Stammzellen rezellularisiert. Die luminale Endothelzellbedeckung (LECC) wurde anhand der Glukose- und Laktatwerte im Zellüberstand kalkuliert. Anschließend wurden rezellularisierte Gefäßtransplantate mit einer LECC >50 % und dezellularisierte Gefäßtransplantate ex vivo zwei Stunden mit humanem Vollblut perfundiert. Unter anderem wurden die Hämolysewerte und die Thrombozytenzahl stündlich ausgewertet, gefolgt von der histologischen Auswertung. Die Vollblutperfusion der dezellularisierten Gefäßtransplantate verursachte einen statistisch signifikanten Thrombozytenverbrauch. Der Thrombozytenverbrauch der mit Vollblut perfundierten rebesiedelten Gefäßtransplate war statistisch insignifikant (p = 0,7284). Dieses Ergebnis wurde durch die makroskopische Auswertung und durch die histologische Charakterisierung bestätigt, welche ergab, dass die rezellularisierten Transplantate keine CD41-positiven Thrombozyten aufwiesen. Diese Arbeit liefert somit den Nachweis für einen positiven Effekt der Oberflächenmodifikation durch Rebesiedelung von Gefäßtransplantaten auf deren Thromboresistenz in einem ex vivo Vollblutperfusionssystem.

Peripheral arterial disease is stenosis or complete occlusion of the peripheral arteries due to atherosclerosis. In case of the need for bypass surgery, autologous veins are ideally used for reasons of biocompatibility and material properties. However, these vessels are not available in more than 20 % of cases, making the production of personalized biological vascular grafts as a possible substitute desirable. The repopulation of decellularized bovine carotids could provide the basis for an implantable vascular graft. We present a method to precondition vascular grafts using biological scaffolds and test thromboresistance of seeded grafts in an ex vivo setup using human whole blood. Moreover, we evaluate a non-invasive method to indicate luminal coverage (LECC) of the grafts. A 48h-protocol was established for static seeding with vascular cells, which was followed by dynamic culture over 14 (n=5) and 10 (n=9) days. Glucose and lactate were implemented as non-invasive indicators of LECC. Thromboresistance was tested in an ex vivo long-term whole blood perfusion setup. Immediately after seeding, recellularized grafts with estimated LECC >50 % were perfused for 2 hours. Perfusion of acellular scaffolds was used as a comparison. Hourly hemolysis and complete blood count evaluation was performed. Histological and immunohistochemical analysis followed. Whole blood perfusion of the decellularized vascular grafts caused a statistically significant platelet consumption. Platelet consumption of the repopulated vascular grafts perfused with whole blood was statistically insignificant (p = 0.7284). This result was confirmed by macroscopic evaluation and by histologic characterization, which revealed that the recellularized grafts had no CD41-positive platelets on the luminal surface. This study confirmed ex vivo thromboresistance of vascular grafts preconditioned with human EPC and addressed multiple bottlenecks of ex vivo dynamic whole blood perfusion experimental setups by exposing engineered vascular grafts to human whole blood recirculating at high flow rates over two hours.