Durch Herz-Kreislauf-Erkrankungen verursachte verstopfte Blutgefäße können zu schwerwiegenden Folgen wie Herzinfarkt oder Schlaganfall führen. Der Zustand kann behandelt werden, indem die Blockade mithilfe eines Gefäßes von einer anderen Stelle im Körper des Patienten chirurgisch umgangen wird. Wenn dies nicht möglich ist, wird im Allgemeinen ein synthetisches Gefäßtransplantat verwendet. Bei synthetischen Transplantaten kommt es jedoch häufig zu Fehlschlägen aufgrund einer chronischen Entzündung, die durch die Abstoßung einer Fremdsubstanz durch den Körper verursacht wird. Eine weitere Option sind aus menschlichen Geweben gewonnene Gefäßtransplantate (TEVGs), die vielversprechend sind in vivo Ergebnisse, deren Erstellung jedoch langwierige, komplexe und teure Prozesse erfordert.
Nun, Forscher bei INSERMs Labor für Bioengineering von Geweben (BioTis U1026) an der Universität Bordeaux haben erfolgreich TEVGs mit kleinem Durchmesser unter Verwendung von Fäden aus menschlichen Fruchtwassermembranen (HAM) in Kombination mit einer textilinspirierten Webstrategie hergestellt. Beschreiben Sie den Prozess in BiofabrikationSie behaupten, dass diese Transplantate bemerkenswerte Eigenschaften haben, die einen Umzug rechtfertigen in vivo Labortierversuche.
HAM, die innerste Membranschicht, die einen Fötus während der Entwicklung umgibt, stellt ein brauchbares biologisches „Gerüst“ für die Gewebezüchtung dar. Es weist entzündungshemmende Eigenschaften, antimikrobielle Wirkung, geringe Immunogenität (die Fähigkeit, eine Immunantwort auszulösen), Blutverträglichkeit, Nahthaltevermögen und hohe mechanische Festigkeit auf. Außerdem wird es von Krankenhäusern routinemäßig entsorgt und ist daher weit verbreitet und erschwinglich.
Garnproduktion
Hauptermittler Nicolas L'Heureux und Kollegen stellten HAM-Garne aus fötalen Membranen her, die von einwilligenden Patienten nach Kaiserschnittentbindungen gesammelt wurden. Sie bereiteten die Membranen für die Verwendung vor, indem sie die Gewebe wiederholt in destilliertem Wasser spülten, die Membranen in rechteckige Blätter von 10 x 18 cm schnitten und Amnion und Chorion (innere und äußere Membran) manuell trennten. Anschließend schnitt eine motorisierte Schneidevorrichtung die HAM-Blätter in 5 oder 10 mm breite Streifen.
Um mechanisch starke Fäden zu erzeugen, befestigten die Forscher diese Bänder an einer rotierenden Vorrichtung, die sie mit 5, 7.5 oder 10 Umdrehungen/cm drehte. Der Garndurchmesser nahm nach dem Zwirnen ab und erreichte bei 7.5 Umdrehungen/cm ein Plateau, während die Zugfestigkeit nach dem Zwirnen bei 7.5 und 10 Umdrehungen/cm deutlich anstieg.
Die HAM-Garne (Bänder und Fäden) wurden bei Raumtemperatur getrocknet, aufgewickelt und bei -80 °C gelagert, ein Prozess, der als Devitalisierung bekannt ist, da er die Zellen abtötet. Bei Bedarf rehydrierten die Forscher die Garne in destilliertem Wasser.
Da es ihr Ziel war, ein serienmäßiges Implantat bereitzustellen, untersuchten die Forscher die Auswirkungen der Dezellularisierung und Sterilisierung mit Gammabestrahlung auf die HAM-Bänder. Die Histologie zeigte, dass die Dezellularisierung die nach der Devitalisierung verbliebenen Zellbestandteile effektiv entfernte, die HAM-Festigkeit nicht beeinträchtigte und ihre Dehnbarkeit erhöhte.
Als trockene HAM-Bänder gammasterilisiert wurden, wurden sie dünner, steifer und weniger dehnbar. Indem die HAM-Bänder während der Sterilisation feucht gehalten wurden, konnten viele dieser Effekte verhindert werden. Die Forscher stellten fest, dass die Nasssterilisation keinen Einfluss auf die Fähigkeit von HAM hatte, die Anheftung und das Wachstum von Endothelzellen zu unterstützen.
Weben der Gefäße
Im letzten Schritt fügten die Forscher die HAM-Garne zu TEVGs zusammen. Sie verwendeten einen speziell angefertigten Rundwebstuhl, um TVEGs um einen Edelstahldorn zu weben. Um einen gewebten Schlauch herzustellen, wurde ein Umfangsfaden (der „Schuss“) zwischen einem beweglichen und einem festen Satz gespannter Längsbänder (der „Kette“) eingefügt. Die beiden Kettgarnsätze wurden so bewegt, dass sie sich über den Schuss kreuzten, der Umfangsfaden wurde erneut zwischen ihnen geführt und der Vorgang wurde 50 Mal wiederholt.
Das Team verwendete 51 Längsbänder (5 mm breit) und einen Doppelband-Umfangsfaden, um TVEGs mit einem durchschnittlichen Innendurchmesser von 4.4 ± 0.2 mm zu weben. Die gewebten TEVGs waren mechanisch robust und hatten eine überlegene Nahthaltefestigkeit und einen durchschnittlichen Berstdruck im Vergleich zu menschlichen inneren Brustarterien, dem bevorzugten Gefäß für Herzbypass-Operationen.
Da die transmurale Permeabilität jedoch möglicherweise zu hoch war, erstellte das Team einen zweiten Satz TVEGs mit 10 mm breiten Längsbändern und demselben Umfangsfadendesign. Dadurch entstanden TEVGs mit einem größeren Innendurchmesser von 5.2 ± 0.4 mm. Die Wände zeigten eine erhöhte Garndichte und eine drastisch verringerte transmurale Durchlässigkeit. Der Berstdruck erhöhte sich und die Nahthaltekraft blieb gleich.
„Die Kombination von kostengünstigem HAM mit einer Webmontagemethode senkt die Kosten für die Herstellung von TEVGs, indem der Einsatz von Zellen und Bioreaktoren vermieden wird, die bei anderen Methoden erforderlich sind“, schreiben die Autoren. „Keine heute verwendete Montagemethode ermöglicht die kostengünstige Produktion von HAM-basierten TVEGs mit nachgewiesenen mechanischen Eigenschaften, die mit der arteriellen Implantation kompatibel sind.“
Gegenüber in vitro Herstellung von Blutgefäßen
Die Forscher weisen darauf hin, dass textilinspirierte Montagestrategien durch Weben, Stricken und Flechten bereits weit verbreitet sind, um medizinische Geräte herzustellen. Daher sollte es nicht schwierig sein, Maschinen für die Verarbeitung von HAM-Garn zu entwickeln und nach erfolgreichen klinischen Studien die Massenproduktion von TVEGs zu ermöglichen. Sie fügen hinzu, dass Garndurchmesser, mechanische Festigkeit und andere mechanische Eigenschaften leicht geändert werden können, um verschiedene Spezifikationsanforderungen zu erfüllen.
Als nächstes planen die Forscher, die Auswirkungen der Dezellularisierung und der Gammasterilisierung nach dem Zusammenbau auf die verschiedenen Eigenschaften des gewebten TVEG zu bewerten, insbesondere im Hinblick auf Permeabilität und Dehnbarkeit.
