3D-gedruckte Transplantate: Durchbruch bei der Bekämpfung von postoperativen Thrombosen und Aneurysmen

Herz-Kreislauf-Erkrankungen, die jährlich mehr als 18 Millionen Todesfälle verursachen, erfordern häufig einen Gefäßersatz aufgrund von schweren Verengungen oder Verschlüssen. Autologe Blutgefäße stehen nur in begrenztem Umfang zur Verfügung, was das Interesse am vaskulären Tissue Engineering geweckt hat. Thrombose und aneurysmatische Dilatation stellen jedoch nach wie vor eine große Herausforderung dar. Angesichts dieser Herausforderungen ist es wichtig, innovative Lösungen für die Entwicklung von Gefäßtransplantaten zu finden.

Ein Forschungsteam der Donghua University und der Shanghai Jiao Tong University veröffentlichte am 8. April 2024 eine Studie in der Zeitschrift “Burns & Trauma”. Sie entwickelten 3D-gedruckte, elektrogesponnene Gefäßprothesen, die mit Tetramethylpyrazin (TMP) beladen sind, um die bestehenden Einschränkungen derzeitiger Prothesen zu überwinden. Die Studie beschreibt die Herstellung, Charakterisierung und erfolgreiche Implantation dieser Prothesen in die Bauchaorta von Ratten.

Im Fokus der Studie steht die Entwicklung von Gefäßprothesen zur Bekämpfung häufiger postoperativer Komplikationen wie Thrombosen und aneurysmatischen Dilatationen. Die Forscher kombinierten Elektrospinning und 3D-Druck zur Herstellung dieser Prothesen, wobei die innere Schicht aus elektrogesponnenen Poly(L-lactic-co-caprolactone) (PLCL) Nanofasern und die äußere Schicht aus 3D-gedruckten Polycaprolacton (PCL) Mikrofasern besteht. Dieses zweischichtige Design verbessert sowohl die mechanische Stabilität als auch die Flexibilität. Die Einbindung von TMP, das aus der traditionellen chinesischen Medizin Ligusticum chuanxiong stammt, verlieh den Prothesen signifikante antithrombotische und gerinnungshemmende Eigenschaften. In vitro-Tests zeigten, dass die Prothesen die Plättchenadhäsion effektiv reduzierten und eine gute Zytokompatibilität mit menschlichen Nabelschnurvenenendothelzellen aufwiesen.

In vivo-Experimente, bei denen die Bauchaorta von Ratten durch diese Prothesen ersetzt wurde, zeigten eine hervorragende Biokompatibilität und mechanische Festigkeit über sechs Monate. Die Prothesen blieben durchgängig, ohne akute Thrombosen oder signifikante aneurysmatische Dilatationen zu entwickeln, was auf ihr potenzielles klinisches Potenzial hinweist. Diese innovative Herangehensweise könnte die Ergebnisse für Patienten, die vaskuläre Grafts benötigen, verbessern und sowohl mechanische als auch biologische Herausforderungen in der Gefäßgewebetechnik angehen.

Dr. Hongbing Gu, einer der leitenden Forscher, erklärte: „Diese Studie stellt einen bedeutenden Fortschritt in der vaskulären Gewebezüchtung dar. Die Kombination aus Elektrospinnen und 3D-Druck sowie die Einbindung von TMP haben zu einem Gefäßtransplantat geführt, das nicht nur die mechanischen Anforderungen erfüllt, sondern auch eine hervorragende Blutverträglichkeit aufweist. Diese Ergebnisse ebnen den Weg für künftige klinische Anwendungen.“

Die erfolgreiche Entwicklung von 3D-gedruckten, elektrogesponnenen Gefäßprothesen mit TMP bietet vielversprechende Lösungen für die Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Diese Prothesen könnten postoperative Komplikationen wie Thrombosen und aneurysmatische Dilatationen reduzieren und die Patientenergebnisse verbessern. Zukünftige Forschung wird sich auf Langzeitergebnisse in größeren Tiermodellen und die weitere Erforschung der molekularen Mechanismen der Gefäßregeneration konzentrieren.

Mehr Details dazu findet man in der wissenschaftlichen Arbeit “Development of 3D printed electrospun vascular graft loaded with tetramethylpyrazine for reducing thrombosis and restraining aneurysmal dilatation“.