Vascular Composite Graft : Entwicklung einer kleinlumigen Gefäßprothese auf der Basis einer Fibringelmatrix ; Optimierung von Gussverfahren, Bioreaktor und Kulturbedingungen

Cornelissen, Anne; Jockenhövel, Stefan

doi:3910

Vascular Composite Graft : Entwicklung einer kleinlumigen Gefäßprothese auf der Basis einer Fibringelmatrix ; Optimierung von Gussverfahren, Bioreaktor und Kulturbedingungen = Vascular composite graft : development of a fibrin hydrogel based small caliber vessel graft ; optimizing moulding, bioreactor and culture conditions

Cornelissen, Anne (Author)

2011 & 2012

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Anne Cornelissen, geb. Glitz

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2011

Umfang244 S. : Ill.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2011

Prüfungsjahr: 2011. - Publikationsjahr: 2012

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Jockenhövel, Stefan (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2011-12-08

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-39103
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/64530/files/3910.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Angewandte Medizintechnik (811001-1)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Tissue Engineering (Genormte SW) ; Fibrin (Genormte SW) ; Blutgefäß (Genormte SW) ; Gefäßprothese (Genormte SW) ; Medizin (frei) ; Tissue Engineering (frei) ; fibrin (frei) ; blood vessel (frei) ; blood vessel prosthesis (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Die Arteriosklerose bleibt trotz großer Fortschritte der Medizin die häufigste Todesursache in der westlichen Welt. Ein prothetischer Ersatz der erkrankten Gefäße ist zwar grundsätzlich möglich, doch hängt der dauerhafte Erfolg des Gefäßersatzes wesentlich vom verwendeten Prothesenmaterial ab. Dabei zeigen körpereigene Gefäße deutlich bessere Offenheitsraten als synthetische Gefäßprothesen; ihr Einsatz ist allerdings häufig durch ihre eingeschränkte Verfügbarkeit begrenzt. Das kardiovaskuläre Tissue Engineerung bietet die Möglichkeit der Herstellung kleinlumiger Gefäßprothesen unter Verwendung autologer Materialien. Unter der Zielsetzung einer zeitnahen und bedarfsgerechten Verfügbarkeit der Gefäßprothesen trotz minimalen Einsatzes von Fremdmaterialien wurde von Jockenhövel et al. das Vascular Composite Graft konzipiert. Es handelt sich um eine kleinlumige Gefäßprothese auf Fibringelbasis, unterstützt durch eine Textilstruktur aus PVDF. Ziel der vorliegenden Dissertation ist die Optimierung des von Röhl beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines Vascular Composite Grafts. Das in dieser Arbeit vorgestellte Gussverfahren der Gefäßprothese ermöglicht die einheitliche Polymerisation des Fibrins in der Gussform und bietet durch besonders gleichmäßige Zellbesiedlung der Textilstruktur optimale Voraussetzungen für ihre vollständige Integration in die Gefäßwand. Die Möglichkeit der Einbringung der Gussform als Flusskammer in den Bioreaktor, sowie das Zusammenführen der vormals getrennten Kreisläufe zur mechanischen Konditionierung des Gewebes und zum Abtransport von Stoffwechselprodukten sind wesentliche Verbesserungen des im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Bioreaktorsystems. Als wichtige Voraussetzung für eine Serienproduktion können zudem mehrere Gefäßprothesen parallel in einem Bioreaktor kultiviert werden. Überdies wird die Kultivierung der Vascular Composite Grafts unter standardisierten Bedingungen ermöglicht. Die Untersuchung geeigneter Kulturbedingungen für das Vascular Composite Graft ergab eine Flussrate von 100 ml/min, sowie ein sukzessive ansteigendes Druckniveau bis auf einen Mitteldruck von 100 mmHg als ideale Parameter zur mechanischen Konditionierung. Diese Ergebnisse unterstreichen insbesondere die Relevanz einer Adaptation der mechanischen Belastungen eines Gewebes an seinen Entwicklungsstand, sodass in Zukunft auch ansteigende Flussraten hinsichtlich der Gewebeentwicklung untersucht werden sollten.

Atherosclerosis remains the main cause of mortality in the western hemisphere despite remarkable advances in medicine. Though a prosthetic replacement of the diseased vessels is feasible, the long-term outcome depends on the type of prosthesis that is used, especially in small-calibered vessels. The patency rates of autologous vessels are significantly higher than those of vascular substitutes. However the availability of suitable vein or artery tissue is limited. Cardiovascular tissue engineering has emerged as an opportunity to produce small-caliber vascular grafts using autologous materials. Jockenhoevel et al. developed the Vascular Composite Graft to assure short-term availability of a vascular graft while minimizing the use of foreign material. This concerns a small-caliber vascular graft based on fibrin gel and autologous myofibroblasts, supported by a textile structure of PVDF. The matter of this dissertation is the improvement of the production process of Vascular Composite Graft, firstly described by Röhl. The new moulding process of the vascular graft faciliates an all-over polymerisation of the fibrin gel inside the mould and allows the equal distribution of cells upon the textile structure as condition precedent to its complete integration into the vascular wall. The main improvements of the existing bioreactor are: 1. The opportunity of integrating the mould as a flow chamber into the bioreactor system itself and 2. the fusion of the formerly separated circulations for applying physical forces and for providing stable culture conditions on the other. As a condition for a serial production serveral Vascular Composite Grafts can be produced at the same time. Furthermore the new bioreactor makes the cultivation of the vascular grafts under standardized conditions possible. This permits the production of Vascular Composite Grafts in a simple and reproducible way. The evaluation of suitable culture conditions for Vascular Composite Graft indicated a flow rate of 100 ml/min and a successively increasing mean pressure up to 100 mmHg as ideal parameters for physical stimulation. These results emphasize the importance of an adaptation of the physical stress applicated to cultured tissue to its state of development. In the future, increasing flow rates will have to be examined with regard to tissue development.

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