Aus der Klinik für Herz-, Thorax- und Gefäßchirurgie
Deutsches Herzzentrum Berlin
(Ärztlicher Direktor: Professor Dr. med. Dr. hc mult. R. Hetzer)

Tissue Engineering von kardiovaskulären Geweben

Habilitationsschrift

zur Erlangung der Venia legendi
für das Fach Herzchirurgie

an der
Medizinischen Fakultät
der
Humboldt-Universität
Berlin

vorgelegt von

Dr. med. Ralf Sodian

Berlin 2004

Öffentlich-wissenschaftlicher Vortrag am: 18. April 2005

Gutachter:
1. Prof. Dr. Moosdorf (Universität Marburg)
2. Prof. Dr. G. Zünd (Universitätsspital Zürich)
3. Prof. Dr. T. Lueth (Charité) (didaktisches Gutachten)

Inhaltsverzeichnis

• 1  Einleitung
  • 1.1 Allgemeiner Teil
  • 1.2 Tissue Engineering
    • 1.2.1 Prinzipien des „Tissue Engineerings“ von kardiovaskulären Geweben
    • 1.2.2 Potentielle Zellquellen für das „Tissue Engineering“ von kardiovaskulären Geweben
    • 1.2.3 Biomaterialien und „Tissue Engineering“
    • 1.2.4 Bioreaktoren
    • 1.2.5 „Tissue Engineering“ von Herzklappen – Stand der Technik
    • 1.2.6 „Tissue Engineering“ von Gefäßen – Stand der Technik
    • 1.2.7 Myokard und Zelltransplantation zur Myokardregeneration
• 2  Eigene Arbeiten
  • 2.1 Evaluierung resorbierbarer Polymergerüste für das „Tissue Engineering“ von Herzklappen
  • 2.2 Herstellung eines Herzklappengerüst für das „Tissue Engineering“
  • 2.3  Bioreaktorsystem für die Herstellung von „tissue engineerten“ Herzklappen
  • 2.4  In-vitro-Herstellung von „tissue engineerten“ Herzklappen
  • 2.5  In-vivo-Ergebnisse von „tissue engineerten“ Herzklappen
    • 2.5.1 Ergebnisse mit einem porösen PHOH-Herzklappengerüst
    • 2.5.2  In-vivo-Ergebnisse mit einer in-vitro hergestellten Herzklappe
  • 2.6  Limitationen des bisherigen Konzeptes und potentielle Modifikationsmöglichkeiten
    • 2.6.1 Anwendung von stereolithographischen Techniken für die Herstellung von Herzklappengerüsten
    • 2.6.2 Modifiziertes Bioreaktorsystem zur Herstellung von klappentragenden Konduits
    • 2.6.3 Bioreaktorsystem zur Herstellung eines „Patches“
  • 2.7 Erste Ergebnisse mit humanen Zellquellen für das „Tissue Engineering“ von kardiovaskulären Geweben
• 3  Relevante Originalarbeiten
  • 3.1 Evaluierung von resorbierbaren, dreidimensionalen Polymergerüsten für das „Tissue Engineering“ von Herzklappen
  • 3.2  Herstellung eines Herzklappengerüst aus einem Polyhydroxyalkanoid für das „Tissue Engineering“
  • 3.3  Entwicklung eines neuartigen Bioreaktorsystems für die in-vitro-Herstellung von „tissue engineerten“ Herzklappen
  • 3.4  In-vitro-Herstellung von „tissue engineerten“ Herzklappen
    • 3.4.1 „Tissue Engineering“ einer dreisegligen Herzklappe – In-vitro Ergebnisse mit einem kombinierten Polymer (PGA/PHOH)
    • 3.4.2 „Tissue Engineering“ von Herzklappen: In-vitro Ergebnisse (poröses PHOH)
  • 3.5  In-vivo-Ergebnisse von „tissue engineerten“ Herzklappen
    • 3.5.1 Frühe in-vivo Ergebnisse mit einer „tissue engineerten“, dreisegligen Herzklappe
    • 3.5.2 In-vivo - Ergebnisse mit einer in-vitro hergestellten Herzklappe
  • 3.6  Limitationen des bisherigen Konzeptes und potentielle Modifikationsmöglichkeiten
    • 3.6.1 Anwendung von stereolithographischen Techniken für die Herstellung von Herzklappengerüsten für das „Tissue Engineering“
    • 3.6.2 Kombiniertes Besiedlungs- und Perfusionssystem zur Herstellung von Gefäßen und klappentragenden Konduits
    • 3.6.3 Ein neuartiger pulsatiler Bioreaktor zur Herstellung von „tissue engineerten Patches“
  • 3.7  Effekte von bFGF und TGFβ auf humane, vaskuläre Zellkulturen für das „Tissue Engineering“ von humanen, kardiovaskulären Geweben
• 4  Diskussion
  • 4.1 Evaluierung von resorbierbaren Polymergerüsten für das „Tissue Engineering“ von Herzklappen
  • 4.2 Herstellung eines Herzklappengerüst für das „Tissue Engineering“
  • 4.3  Bioreaktorsystem für die Herstellung von „tissue engineerten“ Herzklappen
  • 4.4  In-vitro-Herstellung von „tissue engineerten“ Herzklappen
  • 4.5  In-vivo-Ergebnisse von „tissue engineerten“ Herzklappen
  • 4.6  Anwendung von stereolithographischen Techniken für die Herstellung von Herzklappengerüsten
  • 4.7  Modifiziertes Bioreaktorsystem ( Konduits )
  • 4.8  Bioreaktorsystem zur Herstellung eines „Patches“
  • 4.9 Erste Ergebnisse mit humanen Zellquellen für das „Tissue Engineering“ von kardiovaskulären Geweben
• 5  Zusammenfassung und Perspektive
• 6  Terminologie
  • 6.1 Tissue Engineering
  • 6.2 Polymere
  • 6.3 Bioreaktor
• Literaturverzeichnis
• Abkürzungsverzeichnis
• Tierversuchsgenehmigungen / Ethikanträge
• Danksagung
• EIDESSTATTLICHE VERSICHERUNG

Tabellen

• Tabelle 1: Vor – und Nachteile der aktuell verwendeter Klappen, sowie theoretische Vor- und Nachteile von „tissue engineerten“ Herzklappen

Bilder

• Abbildung 1: Verschiedene Typen von Herzklappen a) Beispiel für Xenograft (a) Hancock Herzklappe und b) Homograft (Aortenposition) c) Beispiel für eine mechanische Herzklappe (St. Jude Medical)
• Abbildung 2 zeigt das grundsätzliche Konzept des Tissue Engineerings
• Abbildung 3 ) Verwendung eines Patch bei der operativen Therapie einer Aortenisthmusstenose. Aus: J Card Surg 2000;15:373
• Abbildung 4a) P4HB
• Abbildung 4b) PGA/P4HB
• Abbildung 4c) PHA
• Abbildung 5a) ESEM-Aufnahme
• Abbildung 5b) HE-Färbung