Multidimensionale Analyse unterschiedlicher Dezellularisierungsmethoden für diaphragmatische Extrazellularmatrizen im murinen Modell

Abstract

This research hereby provides an insight into the complex topic of tissue engineering for striated skeletal muscle with specific regard to the murine diaphragm. Within this evolving field, the cornerstones of tissue engineering constitute the decellularization of predominantly xenogenic tissues and the de novo construction of tissue prostheses of primarily xenogenic or alloplastic origin. In addition to their establishment in the current medical standard, matrices of decellularized donor tissues are subject of intensive research for the development of novel and improvement of previously known tissue prostheses. Based on manifold different approaches within decellularization methods, the objective of this study outlines a systematic, multidimensional analysis of constitutional, functional, and compositional properties of divergently decellularized matrices. From the most established decellularizing agents SDS and SDC in varying concentrations as well as immersion- and perfusion-based application modes, six protocols evolved which were characterized by means of macro- and microscopic evaluations, DNA quantification, biomechanical testing, and proteomics. In summary of all acquired data, no clear, statistically significant superiority of one singular protocol could be identified, whereby gradual differences between the processing methods were determinable. SDS in either concentration showed promising results across all analyses. The integration of the acquired data into the current research context is followed by a critical discussion including limitations and development potential of the research work. Furthermore, this dissertation explores ethical, economic, and innovative aspects of skeletal muscle tissue engineering and these matrices with immense regenerative potential, especially stem cell-based recellularization techniques. At the same time, basic requirements to matrices for ailment of different pathologies as well as the implementability into the clinical context are evaluated.

Die vorliegende Forschungsarbeit gibt einen Einblick in die komplexe Thematik des Tissue Engineering für quergestreifte Skelettmuskulatur im spezifischen Hinblick auf das murine Zwerchfell. Innerhalb dieses sich rasant entwickelnden Forschungsfeldes bilden die Grundpfeiler des Tissue Engineering die Dezellularisierung prädominant xenogener Gewebe und die de novo Konstruktion von Gewebsprothesen vor allem xenogenen oder alloplastischen Ursprungs. Neben ihrer Etablierung in den aktuellen medizinischen Standard sind Matrizen aus dezellularisierten Geweben Gegenstand intensiver Forschung zur Entwicklung neuartiger und Verbesserung vorbekannter Gewebsprothesen. Aufgrund der mannigfaltigen Ansätze unter diversen Dezellularisierungsmethoden ergibt sich die Zielsetzung einer systematischen, multidimensionalen Analyse der konstitutionellen und funktionellen Eigenschaften unterschiedlich dezellularisierter Matrizen für diese Arbeit. Aus den etabliertesten dezellularisierenden Agenzien Sodium-Deoxycholat (SDC) und Sodium-Dodecyl-Sulfat (SDS) in variierenden Konzentrationen sowie immersions- und perfusionsbasierten Applikationsmodi wurden sechs Protokolle entworfen. Mittels makro- und mikroskopischer Evaluationen, DNA-Quantifikation, biomechanischer Testung und Proteomics wurden die prozessierten Matrizen charakterisiert. In Zusammenschau aller akquirierten Daten konnte keine klare, statistisch signifikante Überlegenheit eines Protokolls gegenüber den anderen identifiziert werden, wobei jeweils graduelle Differenzen zwischen den Prozessierungsmethoden erfasst wurden. Insbesondere SDS als dezellularisierendes Agens zeigte methodenübergreifend vielversprechende Ergebnisse. Der Einordnung der akquirierten Daten in den aktuellen Forschungskontext schließt sich eine kritische inhaltliche sowie konzeptionelle Diskussion der Ergebnisse einhergehend mit Limitationen und Entwicklungspotential der Forschungsarbeit an. Weiterhin greift diese Dissertation ethische, ökonomische und innovative Aspekte des Skelettmuskel- Tissue Engineerings auf, insbesondere stammzell-basierter Rezellularisierungstechniken. Zugleich werden grundlegende Anforderungen an Gewebsmatrizen für variierende Defektversorgungen und Krankheitsbilder sowie die Implementierbarkeit in den klinischen Kontext abschließend evaluiert.