Präklinische Charakterisierung und Optimierung von blut- und gewebekontaktierenden Implantatmaterialien zur Reduktion Biomaterial-assoziierter Komplikationen

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URI: http://hdl.handle.net/10900/120119
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:21-dspace-1201193
http://dx.doi.org/10.15496/publikation-61492
Dokumentart: Dissertation
Date: 2021-10-26
Language: German
Faculty: 7 Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
Department: Biologie
Advisor: Wendel, Hans-Peter (Apl. Prof. Dr.)
Day of Oral Examination: 2021-09-29
DDC Classifikation: 570 - Life sciences; biology
610 - Medicine and health
Other Keywords: Blut
Hämokompatibilität
Biomaterialien
Biomaterial-assoziierte Komplikationen
Wundheilung
License: Publishing license excluding print on demand
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Inhaltszusammenfassung:

Biomaterialien finden im 21. Jahrhundert vielfältige Anwendung in der Medizin: In ihrer einfachsten Form als Verbands- und Nahtmaterialien zum Wundverschluss, nach Implantation zur Unterstützung der Frakturheilung oder Ersatz von Ge-lenkstrukturen sowie im vaskulären System zum Abstützen von Gefäßwänden oder als Gefäßprothesen. Dadurch kann ein großer Beitrag zur Verbesserung der Mobili-tät und Lebensqualität von Betroffenen diverser Erkrankungen geleistet werden. Jedoch konnten unerwünschten Biomaterial-assoziierten Komplikationen bis heute nicht vollständig eliminiert werden und so ist beispielsweiße beim Einsatz von blut-kontaktierenden Biomaterialien zu berücksichtigen, dass thrombotische Reaktionen induziert werden könnten oder es zu initialen Immunreaktion bis hin zu chroni-schen Entzündungen kommt. Zudem sind chirurgisch implantierte Materialien an-fällig für Infektionen, da die lokale Gewebeabwehr durch das Operationstrauma be-einträchtigt ist. Diese Effekte sind vorher nur schwer abzuschätzen und können den Heilungsverlauf negativ beeinflussen oder sogar einen erneuten operativen Eingriff nötig machen, was in einer zusätzlichen Belastung für die Betroffenen re-sultiert. Ziel dieser Arbeit war es daher, die Optimierung von Biomaterialien hinsichtlich präklinischer Testung, Hämokompatibilität, sowie zur Verbesserung der Wundhei-lung voranzubringen: Dazu wurde ein dynamisches Modell für die Inkubation von tubulären Implantaten mit humanem Vollblut etabliert, welches es in Übereinstim-mung mit der EU-Norm ISO 10993-4 ermöglichte, die Hämokompatibilität verschie-dener Materialien basierend auf der Analyse von Parametern wie Blutzellzahlen und verschiedenen plasmatischen Hämokompatibilitätsmarkern zu bewerten. Im nächsten Schritt wurden zur Evaluierung einer neuartigen Fibrin-Heparin-Beschichtung für neurovaskuläre Stents zwei Vollblut-Hämokompatibilitätsmodelle angewendet und die Blutzellzahlen sowie die Sekretion von plasmatischen Ent-zündungs- und Gerinnungsmarkern analysiert. Die Resultate der Testung zeigten, dass Implantate mit der Fibrin-Heparin-Beschichtung im Vergleich zum unbeschich-teten Metallimplantaten eine signifikant geringere Neigung zur Aktivierung der Thrombozytenadhäsion auf der Oberfläche, sowie zur Bildung des Thrombin-Antithrombin III (TAT)-Komplexes nach Inkubation mit Blut aufwiesen. Im weiteren Verlauf wurde die endothelialisierungsfördernde Charakteristik der Beschichtung analysiert, wobei durch die Fibrin-Heparin-Beschichtung eine leichte Verbesserung erzielt wurde. Weiterhin wurde eine neuartige messenger RNA-Beschichtung entwickelt, welche die Wundheilung und Zellproliferation durch die autologe Expression von Wachs-tumsfaktoren fördern soll und beispielhaft auf chirurgischem Nahtmaterial aufge-bracht wurde. Dazu wurde im ersten Schritt evaluiert, welches Transfektionsreagenz für die Verwendung in einem Coating am geeignetsten ist und anschließend ver-schiedene Hautzelltypen durch die etablierte Beschichtung mit wachstumfaktor-kodierender messenger RNA transfiziert. Die Resultate zeigten, dass die Expression von therapeutischem Protein durch die Beschichtung ermöglicht wurde und dabei weder die Zellvitalität beeinflusst, noch eine proinflammatorische Reaktion induziert wurde. Auch bei der Inkubation mit humanem Vollblut zeigte sich kein negativer Einfluss auf die Zellzahlen oder das Gerinnungs- bzw. Komplementsystem durch die bioaktive Beschichtung. Die Ergebnisse der vorliegenden Dissertation stellen somit einen neuartigen Ansatz zur Optimierung von verschiedenen Biomaterialien für die klinische Anwendung dar, mit welchem bestehende, Biomaterial-assoziierte Komplikationen hinsichtlich unerwünschter Aktivierung der Gerinnungs- oder Komplementkaskaden sowie Wundheilungsstörungen minimiert oder sogar verhindert werden können.

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