Development of a manufacturing process for textile biomimetic reinforcement structures, based on the example of an aortic valve replacement
Medical Physics, Biomedical Technology
Final Report Abstract
Viele native Gewebe zeichnen sich durch anisotrope mechanische Eigenschaften aus, welche auf Last-orientierten Fasern beruhen. Diese Last-orientierte Anisotropie ist entscheidend für die Dauerfunktionalität der entsprechenden Gewebe. Das komplexe Verhalten bei der Entwicklung von Ersatzgeweben zu berücksichtigen, stellt nach wie vor eine große Herausforderung in der biomedizinischen Technik dar. Innerhalb des beantragten Förderzeitraumes konnte am Beispiel eines biohybriden Aortenklappenersatzes ein Prozess entwickelt und evaluiert werden, der die anisotropen biomechanischen Eigenschaften einer nativen Aortenklappe auf Basis eines biomimetischen Ansatzes nachbildet. Die im Antrag formulierten Teilaspekte des Projektes konnten erfolgreich realisiert werden. Es wurde ein Prototyp für einen automatisierten Wickler entwickelt und umgesetzt, der die Ablage von last-orientierten Fasern auf einem zylindrischen Kollektor ermöglicht. Die aufgebrachte Faseranordnung konnte mit Hilfe von Elektrospinning im Scaffold fixiert werden, auch wenn hierzu noch der Zwischenschritt über eine Vorfixierung mittels Fibrin-Hydrogel erforderlich ist. Das Einbetten der textilen Bewehrungsstruktur in eine Fibrin-Hydrogelmatrix konnte erfolgreich umgesetzt werden. Für das Anwendungsbeispiel des biohybriden Herzklappenersatzes konnte durch die Entwicklung des neuen Herstellungsprozesses ein vielversprechendes Ergebnis erzielt werden. So konnten wir ein physiologisches Klappenöffnungs- und Klappenschlussverhalten des Herzklappenscaffolds ermöglichen. Hinsichtlich der hydromechanischen Eigenschaften kann der entwickelte Aortenklappenersatz mit aktuellen Ansätzen aus der Forschung konkurrieren, die sich bereits in der klinischen Evaluation befinden. Eine hohe Belastbarkeit der Kompositstruktur auch unter systemischen Bedingungen konnte gezeigt werden. Um hier die bestmöglichen Ergebnisse sowie eine hohe Dauerstabilität des Implantats zu erzielen, ist eine Weiterentwicklung der Anordnung der Faserverstärkung in zukünftigen Studien erforderlich. Unter diesen Voraussetzungen stellt die geleistete Forschungsarbeit zum einen eine solide Grundlage zur weiteren Entwicklung eines Aortenklappenscaffolds für den in-situ tissue-engineerten Herzklappenersatz dar. Zum anderen können die geleisteten Arbeiten als Orientierung und Leitfaden bei der Entwicklung von anderen faserverstärkten Ersatzgeweben mit anisotropen Eigenschaften dienen.
