Teilprojekt R7 - Magnesiumgeflechte

Stabilisierende Magnesiumgeflechte zur Unterstützung von kardiovaskulärem Gewebeersatz im Hochdrucksystem

Projektbeschreibung:

In der kardiovaskulären Chirurgie sind rekonstruierende Operationstechniken für Herzklappen- und Gefäßersatz sowie für die Wiederherstellung von geschädigtem Herzmuskel die Therapie der Wahl. Die Verwendung von dezellularisiertem Gewebe, das durch Einwachsen von empfängereigenen Zellen wiederbesiedelt wird und damit Wachstumspotential aufweist, ohne jedoch immunogen wirksam zu sein, wird im kardiovaskulären Niederdruckbereich erfolgreich eingesetzt. Ziel des vorliegenden Projektes ist die Entwicklung von durch Magnesiumgeflechte stabilisiertem Gewebeersatz für den Hochdruckbereich der linken Herzkammer und Aorta.

Kardiovaskuläre Erkrankungen sind weltweit die häufigste Morbiditäts- und Mortalitätsursache. Koronarherzkrankheit sowie degenerative Erkrankungen der Herzklappen sind die häufigsten Herzpathologien bei erwachsenen Patienten. Es gibt zudem eine Vielzahl von Indikationen für den prothetischen Ersatz von Gefäßen und Gefäßabschnitten, insbesondere der Aorta. Ein Ziel der chirurgischen Therapie ist der Ersatz von geschädigtem Herzwand- und Gefäßgewebe durch Gewebeersatzmaterialien.

Ziel dieses Teilprojekts ist die Entwicklung eines bioartifiziellen Gewebeersatzes für den Einsatz im kardiovaskulären Hochdruckbereich (bis 240 mm Hg) des linken Herzens und der Aorta. Bisherige Ansätze, die auf der Dezellulariserung von vaskularisiertem autologem Dünndarm für den Herzmuskelersatz oder der Dezellularisierung von xenogenen Gefäßen basieren, haben sich in der Frühphase nach Implantation als nicht stabil genug erwiesen, um den Belastungen des Hochdruckbereichs standzuhalten. In diesen Prothesen kommt es durch das langsame Einwachsen von körpereigenen Zellen zu einer Wiederbesiedelung und einem anschließenden physiologischen Umbau der extrazellulären Matrix, die schließlich eine vergleichbare Haltbarkeit aufweisen wird wie das native Gewebe. Bis diese Haltbarkeit erreicht wird, sollen die biologischen Prothesen durch ein Magnesiumgeflecht stabilisiert werden.

Als biologische Substrate dienen Aortensegmente juveniler Schafe und porciner Dünndarm aus dem proximalen Bereich (Jejunum) mit dazugehörigem Blutgefäßast, die jeweils nach etablierten Methoden dezellularisiert werden. Mit einer Strangpresse und einem Duo-Walzwerk werden Rohrstrukturen und Magnesiumbleche hergestellt. Die Strukturierung der Magnesiumelemente wird mittels Wasserstrahltechnologie erfolgen. Die Schnittkantenqualität wird durch unterschiedliche Schneidmittel und ggf. nachträgliches elektrochemisches Polieren eingestellt, denn es ist ein wesentlicher Einfluss der Oberflächenrauheit auf die mechanischen und korrosiven Eigenschaften des Materials bekannt. Diese Thematik wird insbesondere gemeinsam mit dem Teilprojekt R4 erörtert.

Anschließend werden die Magnesiumbleche und –röhrchen mit den dezellularisierten biologischen Materialien kombiniert. Diese Hybridprothesen werden histologisch und elektronenmikroskopisch charakterisiert, biomechanischen Tests zugeführt und in einem Hochzykluskreislaufmodell in vitro untersucht, bevor sie in Großtierexperimenten eingesetzt werden.

Wesentliches Augenmerk bei der Entwicklung der Magnesiumstrukturen gilt der Untersuchung einer möglichen Schneidwirkung auf das gesunde und prothetische biologische Nachbargewebe, der Ermittlung der optimalen Steggeometrie sowie in Zusammenarbeit mit den Teilprojekten R1 und R2 der Entwicklung einer möglichen Beschichtung der Magnesiumstrukturen zur kontrollierten Degradation.

Die Anwendung der in diesem Teilprojekt gewonnen Erkenntnisse auf die Entwicklung von bioartifiziellen Herzklappen für den Hochdruckbereich stellt eine bedeutende wissenschaftliche Verwertungsoption für die Folgezeiträume der beantragten Förderperiode dar.

Dieses Teilprojekt ist innerhalb des Sonderforschungsbereichs "Biomedizintechnik"
dem Projektbereich "R" zugeordnet. Besonders enge Verknüpfungen bestehen zu den Teilprojekten R1 und R2, da in diesen die Entwicklung von resorbierbaren Magnesiumlegierungen und der Einfluss von Geometriedaten auf die Reaktion des Organismus betrachtet werden. Die Methodik zur Untersuchung der Dauerfestigkeit unter schwingender Belastung, die in diesem Teilprojekt im Fokus steht, wird gemeinsam mit den anderen R-Projekten entwickelt.