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2013|14 Jahresbericht Fraunhofer IGB

74 STRATEGIEN FÜR DAS HERZKLAPPEN-TISSUE- ENGINEERING UND DIE KARDIOVASKULÄRE REGENERATIVE MEDIZIN Svenja Hinderer M. Sc., Shannon Layland B. A., Prof. Dr. rer. nat. Katja Schenke-Layland M. Sc. Fehlende Regeneration von geschädigtem Herzklappen- und Herzmuskelgewebe Trotz bedeutender Fortschritte in der Kardiologie und der Herzchirurgie sind Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems noch immer weltweit Todesursache Nummer eins. Betroffen sind dabei häufig die Herzklappen und der Herzmuskel. Bei ei- ner akuten oder chronischen Schädigung dieser Gewebe kann im erwachsenen Menschen keine Regeneration erfolgen, was die Leistungsfähigkeit des Herzens und somit die Lebensqua- lität dieser Patienten erheblich mindert. Wie eine Vielzahl von Forschergruppen arbeitet das Fraunhofer IGB daher an dem großen Ziel, die normale Funktions- und Leistungsfähigkeit des Herzens wiederherzustellen. Herstellung einer synthetischen Herzklappe nach dem Vorbild der Natur Heutzutage gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, eine de- fekte Herzklappe zu ersetzen. Die bisher verfügbaren Pro- thesen stellen jedoch, neben ihrer auf maximal 25 Jahre be- grenzten Verwendungsdauer, ein weiteres Problem dar: Sie wachsen im Kindeskörper nicht mit. Um diese Limitation zu überwinden und eine mitwachsende Herzklappe zu entwi- ckeln, versuchen wir die Natur weitgehend nachzubilden. Das Adhärieren, Proliferieren und die Differenzierung von Zellen ist abhängig von ihrer Umgebung und somit auch abhängig von den mechanischen und biochemischen Eigenschaften des verwendeten Trägermaterials. Nach einer detaillierten Analy- se hinsichtlich Architektur, mechanischer und biochemischer Beschaffenheit der nativen Herzklappe konnten wir mittels Elektrospinning ein synthetisches, biokompatibles Hybridmate- rial entwickeln, dessen Eigenschaften denen der nativen Herz- klappe ähneln. Wir konnten bereits zeigen, dass das Material geeignet ist, in vitro in einem speziell ausgelegten Bioreaktor die Funktion einer Herzklappe zu übernehmen. Zudem war es möglich, das elektrogesponnene Material mit zuvor iden- tifizierten und für die Herzklappenentwicklung wesentlichen extra­zellulären Matrixkomponenten zu kombinieren [1]. Auf- grund des langwierigen und komplizierten Prozesses zur kli- nischen Zulassung eines zellbesiedelten Materials arbeiten wir an einem zellfreien Herzklappenersatz, der »off the shelf« ver- fügbar ist und angepasst an die Größe des Patienten implan- tiert werden kann. Das Material wird derzeit so modifiziert, dass im Blut zirkulierende endotheliale Progenitorzellen ange- zogen werden und somit eine Zellbesiedelung mit körpereige- nen Stammzellen in vivo möglich wird. Proteinproduktion für das Tissue Engineering von Herzklappen und zur Herzmuskelregeneration Wir konnten extrazelluläre Matrixproteine identifizieren, die bei der humanen Herzklappenentwicklung und für die Herz- muskelregeneration wichtig sind. Molekularbiologische An­ sätze ermöglichten es nun, diese Proteine am Fraunhofer IGB humanbasiert zu synthetisieren. Die Proteine fanden Anwen- dung bei der Trägersubstratentwicklung für den Herzklap- penersatz. Darüber hinaus wurden die Proteine gemeinsam mit unserem Partner, Dr. med. Ali Nsair von der University of California (UCLA), in den Infarktbereich von Mäuseher- zen eingebracht, was zu einer erheblichen Verbesserung der 1 MEDIZIN

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