Gerüstmaterialien für vaskuläre Endothelzellen: Untersuchungen der Struktur und der physikalisch-chemischen Eigenschaften von Oberflächen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Iwona Cicha, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik ; Herz- und Gefäßchirurgie ; Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Polymermaterialien ; Zellbiologie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 465174243

Der Ersatz von Gefäßen mit kleinem Durchmesser durch autologe Gefäßtransplantation wird bei vielen Patienten durch die geringe Verfügbarkeit von geeignetem Transplantaten eingeschränkt. Frühere Versuche des Tissue Engineerings von kleinlumigen Gefäßtransplantaten zeigten nur einen geringen klinischen Erfolg und versagten in der mechanischen Stabilität oder in der biologischen Leistungsfähigkeit. Diese Misserfolge stehen in engem Zusammenhang mit der Tatsache, dass die grundlegenden Kenntnisse über die Reaktion von Endothelzellen (ECs) auf die Eigenschaften von Transplantatmaterialien unzureichend sind. Im Mittelpunkt dieses Projekts stehen detaillierte und systematische Analysen der Materialeigenschaften und der biologischen Anforderungen für die Entwicklung verbesserter Gefäßprothesen auf Polyurethanbasis, die eine schnelle Endothelialisierung unterstützen und ausreichende mechanische Eigenschaften besitzen, um geschädigte Gefäße zu ersetzen. Die Haupthypothese unseres Projekts ist, dass die effektive Besiedlung von Polymergerüsten mit ECs von den spezifischen Struktureigenschaften des Materials abhängt und durch deren Modifikationen gesteuert werden kann. Die sekundäre Hypothese ist, dass es durch die Verwendung zellanziehender Beschichtungen möglich ist, die endothelialisierungsunterstützenden Eigenschaften von Gerüsten zu verbessern.Zur Überprüfung dieser Hypothesen werden die folgenden Hauptziele verfolgt:(1) Systematische Untersuchung des Einflusses von Polymergerüsteigenschaften (Struktur (faserig vs. porös), Fasergröße, Porengröße, Porosität, Gerüstdicke u.a.) auf die Endothelialisierung sowie umfangreiche physikochemische Analysen in 2D und 3D.(2) Oberflächenmodifikationen mit bioaktiven Beschichtungen (u.a. Polydopamin, Polytyrosin, Polyphenylalanin und Polyethylphenylamin sowie duale Beschichtungen mit den Peptiden REDV, YIGSR, IKVAV, CAG) und die detaillierte Untersuchung ihrer Wirkung auf die Besiedlung mit Gefäßzellen.(3) Funktionelle Evaluierung der tubulären Transplantate, einschließlich (a) Analysen der Hämokompatibilität und Thrombogenität; (b) Evaluierung von drei Endothelialisierungsansätzen: Aussaat magnetisch-markierter ECs auf den luminalen Oberflächen, statische Zellaussaat und Perfusions-Aussaat; und (c) Analyse der Reaktion des Endothels auf Entzündungsstimuli unter Flussbedingungen.(4) Validierung der in vitro Ergebnisse am in vivo Schafmodell.Die Analyse der Oberflächen-Zell-Interaktionen und des Effekts der Beschichtung auf die Endothelialisierung wird zur Erstellung einer großen, detaillierten Datenbank mit neuen Erkenntnissen auf dem Gebiet der Materialtechnik führen. Dank der Festlegung der Anforderungen, die für eine effektive Besiedlung des Materials mit Gefäßzellen erforderlich sind, wird dieses Projekt auch zu einer verbesserten Technologie für die zukünftige Herstellung von Gefäßtransplantaten beitragen, die eine Vorhersage und Übertragung auch auf andere biokompatible polymere Materialien ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Polen
• Kooperationspartner: Professor Dr.-Ing. Tomasz Ciach