Von Strümpfen und Klappen Textil-bewehrte, lebendige Implantate

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1 Von Strümpfen und Klappen Textil-bewehrte, lebendige Implantate Zitex-Pressefrühstück 10. Nov Prof. Dr. med. S. Jockenhoevel Tissue Engineering & Textile Implants AME -Angewandte Medizintechnik Helmholtz Institute für Biomedizinische Technik ITA Institut für Textiltechnik

2 Transfakultäre Brückenprofessur Tissue Engineering & Textile Implants Polymer Entwicklung Textile Produktionskette (Bio-) Funktionalisierung Präklinische Testung Klinische Testung & Zulassung Fak. 4 Fak. 10

3 Textilien in der Medizin Implantate Schutz- und Stützprodukte OP-Bekleidung Wundauflagen Filtration Nahtmaterial

4 aus: Bild der Wissenschaft 2005 Die Vision vom perfekten Implantat

5 Aktuelle Herzklappenprothesen Mechanische Herzklappen - lebenslange Antikoagulation - Thromboembolische Risiken Biologische Herzklappen - Degeneration/Kalzifizierung Klinischer Hintergrund: Herzklappenersatz fehlendes Wachstumspotential! Das ideale Implantat autologen Herzklappenprothese mit den Mechanismen: Remodellings Self-Repairs vollständigen, immunologischen Integrität physiologische Hämokompatibilität geringe Infektanfälligkeit Wachstumspotential

6 Prinzip des Tissue Engineerings Biopsie Zellisolation & -kultivierung Zellaussaat (Seeding) Transfer Prä-Konditionierung Patient Zelluläre Komponente Bioreaktorsystem Trägerstruktur (Scaffold) vitale Implantat autologe Transplantation

7 Tissue Engineering & Tissue Regeneration These: > Tissue Engineering muss den Prozess der Geweberegeneration nachahmen < Regeneration ist eng verknüpft mit der Hämostase Fibrin (Gel) ist eine Art physiologisches Substrat der Geweberegeneration/Tissue Engineering

8 Herstellungsprinzip einer Fibrin-basierten Herzklappe individuelle Klappengussform Echokardiographie Nabelschnurblut autologes Fibrin-Gel Myofibroblasten Zellen Nabelschnur Spritzguss & Kultivierung Endothelzellen dynamische Endothelialzellbesiedelung Filmbeitrag aus 2057-Die Welt in der Zukunft ZDF autologes Klappenconduit Thoracic Cardiovasc Surg 2002 Biomaterials 2007

9 Feasibility Study in Large Animal Model (sheep) cusps cusps PT Tissue Engineering 2009

10 Translation Pulmonalklappe => Aortenklappe? 3DL-Segel TM Driessen NJB. J Biomech Peskin CS. Am J Physiol Textil-bewehrte Herzklappen

11 Die Evolution des Menschen Arteriosklerose Killer N o 1 in der westlichen Welt Bypass-Operation Stent-Angioplastie

12 Klinischer Hintergrund: Gefäßprothesen Der OP-Erfolg ist wesentlich abhängig von der Qualität des Bypassmaterials Autologe Grafts Vene Arterie Synthetische Grafts eptfe (GoreTex TM ) PET (knitted)(dacron TM ) PUR

13 Prinzip: Vascular Composite Graft Vollblut Fibrin-Gel Biopsie Myofibroblasten Endothelzellen hoch-poröse, textile Stützstruktur Vascular Composite Graft dynamisches Endothelzell- Coating Prä-Konditionierung im Bioreaktorsystem

14 Makroporöse Textilstruktur Doppel-Raschel-Wirk-Technik ermöglicht die Produktion von : planen/tubulären/verzweigten Strukturen Kombination von Materialien Variable Porosität Thermales Processing mechanisch/elastische Eigenschaften

15 Fasermaterial Machbarkeitsstudie mit Nicht-degradable BioMaterialien Polyester (Dacron TM ) Polyvinylidenfluoride (PVDF) Artif. Organs 2008 Artif. Organs 2009

16 EU-Konsortium Produktionskette des Vascular Composite Grafts Polymerentwicklung & Faserproduktion Biofunktionalisierung Textiltechnische Verarbeitung Tissue Engineering & präklinische Testung Finnland Irland

17 in vitro Produktion Tissue Engineering Part A 2009

18 in vivo Studie in Carotis Position (Schaf) eptfe Kontrolle auf d. kontralaterale Seite GoreTex Graft Biomaterials 2010

19 Stent Angioplastie 1. Fremdkörperreaktion & Barotrauma 2. Zellproliferation & luminal Ingrowth In-Stent Restenosis Quelle: 3. Thrombusformation

20 Konzept BioStent Prinzip: Integration einer selbstexpandierenden Stentstruktur in ein vitales, tissue engineertes Gefäß atherosklerotischer Plaque natives Endothel Ziel komplette Exklusion des atherosklerotischen Plaques vom Blutstrom luminales Coating mit einem vitalen, funktionellaktiven Endothel BioStent ERS Pathfinder Project

21 Konzept BioStent Vollblut Fibrin-Gel Myofibroblasten selbstexpandierende Stentstruktur Biopsie Endothelzellen BioStent dynamisches Endothelzell-Coating Präkonditionierung im Bioreaktorsystem

22 Modifizierte Spritzguss-Technik embedded in Technovit 9100

23 Evaluation der Gewebeentwicklung DAPI αsma Coll III merged

24 Erste Implantationsstudie custom-made 14 Fr Katheter

25 Potential des BioStent-Konzepts NNH-Stent endobronchialer Stent FP7- PulmoStent Projekt (NMP ) Ösophagus-Stent Gallengangsstent FP7- CODID Project (Health ) gastroenterologischer Stent kardiovaskulärer Stent Ureter-/Urethrastent F&E Projekt Patentanmeldung

26 Zusammenfassung Tissue Engineering ist ein hochinterdisziplinäres Forschungsfeld (Ingenieurwissenschaften, Biologie und Medizin) Die Trägerstruktur (Scaffold) ist ein zentrales Element im Tissue Engineering Die Kombination mit textilen (biodegradierbaren) Strukturen erlaubt: eine kürzere Implantatherstellung eine Steigerung der mechanischen Stabilität eine gerichtete Beeinflussung der Lastaufnahme Textil-bewehrte Hydrogele als innovative Biomaterialien

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