AG Hilfiker

Tissue Engineering

Mit Methoden des Tissue Engineering sollen Implantate zur Wiederherstellung oder für den Ersatz geschädigter Organe entwickelt werden. Dazu werden biologische Matrixstrukturen und primäre gewebetypspezifische Zellen verwendet. Der optimale Ersatz von erkranktem oder zerstörtem Gewebe bzw. von Teil-Organen (z.B. Herzklappen, Gefäße, Gefäßklappen) erfolgt durch autologe (patienteneigene) Zellen, die auf eine Matrix aufgebracht werden. Schwerpunkt der Laborarbeit liegt derzeit im Bereich der Zell- und Entwicklungsbiologie sowie der Zellkulturtechnik. Durch die zur Verfügung stehenden biomedizinischen Technologien sollen Form und Funktion des erzeugten bioartifiziellen Gewebes soweit in einem sogenannten Bioreaktor in vitro „vorgefertigt“ werden, dass vitales Gewebe dann in Patienten implantiert werden und abschließend in vivo durch körpereigene Prozesse die endgültige Stabilität und volle Funktion erreicht. Durch die Verwendung körpereigener Zellen des späteren Implantatempfängers sollte:

• die Gefahr der Abstoßung minimiert werden,
• auf den Einsatz von immunsuppressiven Medikamenten verzichtet werden,
• die Übertragung von Infektionen ausgeschlossen werden,
• das Mitwachsen des Implantats bei Kindern gewährleistet werden.

Herzklappen und Gefäße

Ziel der bearbeiteten Projekte ist die Entwicklung mittels Methoden des Tissue Engineerings von autologisierten Konstrukten für den Herzklappen- (Pulmonalklappe, Aortaklappe und Mitralklappe) sowie grosslumigen Gefäßersatz (Aorta und klappentragende Venen). Die so entwickelten Prothesen sollen die folgenden Eigenschaften aufweisen, damit sie einen Einsatz in der Herz- sowie auch in der Gefäßchirurgie im humanen Bereich erlauben:

• autologisiert – nicht immunogen,
• antithrombogen,
• wachstumsfähig.

Als Basis der Konstrukte dient ein allogenes, oder xenogenes Stück Gefäß, das matrixschonend dezellularisiert wird, um es anschließend unter simulierten physiologischen Bedingungen mit Empfänger eigenen Endothelzellen wieder zu besiedeln. Die Testung der entwickelten Konstrukte erfolgt im Großtiermodell.

Vaskularisierter Tracheaersatz

Das Fehlen eines befriedigenden artifiziellen Tracheaersatzes, der nach Tumorektomie oder Traumata der Trachea benötigt würde, aber auch zur Anwendung bei chirurgischen Korrekturen von angeborenen Schäden der Atemwege zur Anwendung käme, ruft nach einer bioartifiziellen Lösung des Problems. Das angestrebte Konstrukt besteht aus einem autogenen Stück Dünndarm mit seinem versorgenden Kapillar und Gefäßsystem, außen zur Stabilisierung mit Knorpelspangen bewehrt und innen mit autologen Epithelzellen ausgekleidet.

Vaskularisierter myokardialer Patch

Weltweit wird intensiv geforscht um die Behandlung des akuten Herzinfarktes zu optimieren. Dabei werden Stammzellen unterschiedlichster Quellen direkt in das Infarktgeschehen gespritzt, in der Hoffnung bedrohte Kardiomyozyten vor dem Untergang zu retten oder aber durch Differenzierung von Stammzellen neue Kardiomyozyten zu erzeugen. Für die Behandlung von myokardialen Ereignissen, die bereits Tage oder Wochen zurückliegen, könnten Ersatzgewebe zur Verwendung kommen, die mittels Tissue Engineering generiert wurden. Dabei werden in vitro Herzmuskelzellen auf vaskularisierten Matrices zu einem kontraktilen Gewebe herangezüchtet, das anstelle des fibrösen Narbengewebes ins Myokard implantiert wird. Zur präklinischen Testung werden Kleintier- wie auch Großtiermodelle verwandt.