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Tissue Engineering

Kardiovaskuläres Tissue Engineering

Tissue Engineering ist eine junge Disziplin, deren Ziel es ist, unter Einsatz der Methoden und Kenntnisse verschiedener wissenschaftlicher Fachrichtungen natürliche Gewebe und Organe als Ersatz für erkranktes Patientengewebe herzustellen. In der Therapie von Erkrankungen, wo heute künstliche Implantate verwendet werden, könnten tissue-engineerte Konstrukte als körpereigene und biologische Gewebe zahlreiche Nachteile von künstlichen Implantaten eliminieren.

Tissue-engineerte Herzklappen

Abb.1: Tissue-engeineerte Herzklappe

Für die betroffenen Patienten bieten Tissue-engineerte Herzklappen völlig neue Perspektiven. Bei Kindern mit angeborenen Herzfehlern kann eine tissue-engineerte Klappenprothese verwendet werden, die im Laufe der Zeit mit dem Organismus des Patienten wachsen kann und die heute oft notwendigen wiederholten Operationen überflüssig macht. Diese Klappen werden auf der Basis biologischer Klappengerüste individuell im Labor hergestellt. Zusätzlich werden patienteneigene Zellen eingesetzt, wodurch die Notwendigkeit für eine Immunsuppression und ebenso die Notwendigkeit für eine lebenslange Blutverdünnung entfällt. Auch das Infektionsrisiko (Herzklappen-Endokarditis) scheint im Vergleich zu den heute üblichen Prothesen reduziert zu sein. Schließlich haben tissue-engineerte Herzklappen nahezu vollständig physiologische Eigenschaften und bieten eine ideale Grundlage für natürliche Flusseigenschaften im Herz-Kreislaufsystem, wodurch der Herzmuskel geschont wird.

Die Forschung ist in diesem Bereich bereits weit fortgeschritten. So haben bereits erste Kinder mit angeborenen Fehlbildungen der Pulmonalklappe einen tissue-engineerten Klappenersatz erhalten, und die Verlaufskontrollen zeigen eine exzellente Klappenfunktionen sowie deren Wachstum parallel zum Wachstum des Patientenorganismus. Während für den Pulmonalklappenersatz (Abb.1) erste klinische Studien in greifbarer Nähe gerückt sind, zielen unsere heutigen experimentellen Bemühungen auf die Herstellung tissue-engineerter Klappenprothesen für den Ersatz der Aorten- und Mitralklappe.

Tissue-engineerter Herzmuskelersatz

Abb.2: Fluoreszenzfärbung einer Herzmuskelzelle

Eine große Anzahl an herzchirurgischen Patienten erleidet einen Krankheitsverlauf, der schließlich in Herzmuskelschwäche mündet. Daher besteht eine weitere Ausrichtung unserer Forschung auf der Konstruktion eines biologischen Herzmuskelersatzes. Das Ziel ist Herstellung von ganzen Herzmuskelfragmenten, sodass viele Patienten, die heute als einzige langfristige Option die Transplantation oder die Implantation eines Kunstherzens haben, eine schonendes Therapieverfahren mit geringeren Nebenwirkungen und Risiken erhalten können.

Mit heutigen technischen Möglichkeiten können patienteneigene Herzmuskelzellen (Abb. 2) nicht zu einer genügenden Anzahl und Qualität vermehrt werden. Daher besteht ein wissenschaftlicher Schwerpunkt auf der Generierung von Herzmuskelzellen aus alternativen Quellen, so z.B. aus sog. adulten Stammzellen, etwa aus dem Knochenmark. Des Weiteren ist die Optimierung der dreidimensionalen Anordnung von Herzmuskelzellen in einem tissue-engineerten Verband sowie die Etablierung eines Gefäßsystems zur Versorgung der Zellen nach deren Einbettung in den tissue-engineerten Verband ein Forschungsschwerpunkt.

Wissenschaftliche Mitarbeiter