Große Fortschritte bei biotechnischen Herzimplantaten

Tissue-Engineering (TE), d. h. die Züchtung von Gewebe, und die regenerative Medizin (RM) werden in Zukunft den Kern der Herzchirurgie bilden. Eine EU-Initiative hat eine Expertenplattform geschaffen, um für Forschende Weiterbildung der Spitzenklasse bereitzustellen und damit die Entwicklung von biotechnisch weiterentwickelten kardiovaskulären Implantaten zu ermöglichen.

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Gesundheit

Europa leidet in den sich schnell formierenden Gebieten Tissue-Engineering und regenerative Medizin unter einem Mangel an ausgebildeten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern. Das von der EU finanzierte Projekt TECAS (Towards tissue engineering solutions for cardiovascular surgery) hat nun ein interdisziplinäres und sektorübergreifendes Schulungsprogramm für Nachwuchsforscherinnen und Nachwuchsforscher (Early Stage Researchers, ESR) entwickelt. Reparatur und Ersatzteile für die „Pumpe“ Sotiris Korossis, Projektkoordinator, dazu: „Die strukturierte Doktorandenausbildung des TECAS-ITN in kardiovaskulärem TE auf einer europäischen Ebene durch Erschaffung einer europaweiten Forschungs- und Ausbildungsinfrastruktur erhöht weiter die europäische Wettbewerbsfähigkeit in TE und RM.“ Das Team des Netzwerks für Erstausbildung (Initial Training Network, ITN) konzentrierte sich auf Herzklappenersatz-, reparatur, Myokardrekonstruktion (Herzmuskelgewebe) und Patch-Graft-Angioplastie zur Reparatur großer Blutgefäße. Die Forscher verwendeten biologische Gewebe, die zwecks Entfernung ihrer Zellen behandelt wurden, um azelluläre, nicht immunogene Gerüste zu produzieren, die keine Immunantwort auf die Implantation auslösen würden. Diese Gerüste können dann entweder dem Patienten direkt implantiert oder mit den eigenen Zellen des Patienten besiedelt und im Labor unter physiologisch relevanten physikalischen Reizen trainiert werden, um vor der Implantation vollständige biologische und biomechanische Funktionsfähigkeit zu erlangen. Der Erfolg des Projekts widerspiegelt sich in der Zahl der zur kommerziellen Verwertung geeigneten Entwicklungen, die ohne Weiteres in der klinischen Praxis umsetzbar sind. „Im Einzelnen hat die Infrastruktur die schnelle Umsetzung einer halbautomatischen Mustererkennungsmethode zur histopathologischen Bewertung von Bildern in der Praxis der Medizinischen Hochschule Hannover ermöglicht. Überdies werden die entwickelten Sterilisierungs- und Konservierungsverfahren für dezellularisierte klappenförmige Gerüste von Corlife oHG in der Produktion eingesetzt“, hebt Korossis hervor. Demnächst in der Klinik TECAS-ITN-Forschung hat eine Reihe von revolutionären Technologien entwickelt, die maßgebliche medizinische Auswirkungen haben werden. Besonders nennenswert sind Strömungsbioreaktoren zur Bewertung der Funktionsfähigkeit von Klappengerüsten, um Materialermüdung und Kalkeinlagerung über längere Zeit sowie Gerüste für kardiovaskuläre Patches zu bestimmen. „Auf diese Weise“, erklärt Korossis, „wird man zusammen mit einer zerstörungsfreien Methode zur Qualitätskontrolle von besiedelten TE-Konstrukten die Entwicklung und die Qualitätsproduktionsüberwachung der Gerüste für sichere klinische Anwendung optimieren und damit die Notwendigkeit von Tierversuchen deutlich reduzieren können.“ Man geht davon aus, dass die drei neuartigen Klappenprothesen und das lebende myokardiale Patch, die im Rahmen des Projekts entwickelt wurden, Remodellierung und Regeneration von Gewebe fördern und so den Bedarf an kostenintensiven Revisionseingriffen verringern werden. Noch wichtiger ist, dass der Kalkanlagerungs-Bioreaktor und das Patch die Überwachung von Kalkeinlagerungen bzw. Herzinfarkt ermöglichen und neue Therapien für diese Erkrankungen in vitro untersucht werden können. Die TECAS-ITN-Forschung resultierte in fünf patentierbaren Technologien, darunter ein In-vitro-Kalkeinlagerungssystem, eine gegen Kalkeinlagerung wirkende Behandlung für Gerüste, eine dezellularisierte perkutane Perikard-Herzklappe und die Mustererkennungsmethode zur Qualitätskontrolle von Konstrukten aus Gewebezüchtungen. Korossis betont das kommerzielle Potenzial und weist darauf hin, dass „externe Unternehmen Interesse an der Verwertung aller fünf Technologien bekundet haben, die man unmittelbar nach der Erteilung der entsprechenden Patente kommerzialisieren wird.“ Die TECAS-Technologie bekanntmachen Zur umfassenden Verbreitung zählen 19 von Experten begutachtete wissenschaftliche Arbeiten, wobei weitere 19 Arbeiten in Vorbereitung sind. Zudem wurden von den Nachwuchsforscherinnen und -forschern auf vorrangigen Konferenzen die beeindruckende Anzahl von 47 Podiums- und Posterpräsentationen gehalten. Die ITN-Forscherinnen und Forscher veröffentlichten gleichermaßen sechs Wiki-Artikel. Das TECAS-Konsortium organisierte im Rahmen großer Konferenzen acht Symposien zu kardiovaskulärem Tissue-Engineering, während die Nachwuchsforscherinnen und -forscher sieben Wissenschaftsmessen mit Exponaten, Workshops und Vorträgen organisierten und an ihnen teilnahmen. Für Schülerinnen und Schüler weiterführender Schulen und Lehrkräfte wurden fünf Sommerschulen veranstaltet, die auch weiterhin jährlich stattfinden werden. Das Bildungsnetz wurde um Workshops an Grundschulen erweitert und es wurden Seminare abgehalten, um die Patienten über die neuen Fortschritte auf dem Gebiet des Herzklappen-Tissue-Engineering zu informieren. Insgesamt fasst Korossis die Bedeutung von TECAS wie folgt zusammen: „Im Ganzen hat das TECAS-Netzwerk für Erstausbildung eine Menge an umsetzbaren Schlüsseltechnologien produziert, die für eine Reihe von verschiedenen Interessengruppen einschließlich breiterer Gruppen von Akademikern und Kardiothoraxchirurgen sowie den medizintechnischen Industriesektor bedeutende und direkte wissenschaftliche, klinische und kommerzielle Vorteile bieten werden. Im Endeffekt werden die Patientinnen und Patienten die Begünstigten sein, indem sie sicherere Implantate mit personalisiertem Potenzial erhalten, wodurch die Notwendigkeit der Revisionschirurgie verringert wird.“

Schlüsselbegriffe

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Towards Tissue Engineering Solutions for Cardiovascular Surgery

Große Fortschritte bei biotechnischen Herzimplantaten

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