EndoSpray

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Foto von Lena Thiebes © Urheberrecht: Felix Merkord

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Lena Thiebes

Forschungsgruppenleiterin Respiratorisches Tissue Engineering

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EndoSpray: Effiziente Zellbesiedlung von biohybriden Lungen durch Zerstäubung von scherbeständigen Endothelzellen aus induzierten pluripotenten Stammzellen

Chronische Lungenerkrankungen sind weltweit eine der häufigsten Todesursachen von nicht übertragbaren Krankheiten mit der chronisch obstruktive Lungenerkrankung, abgekürzt COPD, als häufigste Erkrankung. Exazerbationen bei Patienten mit schwerer COPD sind häufig mit akutem Atemversagen mit Kohlendioxid-Anreicherung im Blut verbunden, wodurch eine mechanische Beatmung der Patienten erforderlich wird. Wenn diese künstliche Beatmung versagt, müssen die Patienten über einen Oxygenator extrakorporal beatmet werden.

Mit solchen extrakorporalen Lungenunterstützungssystemen sind Komplikationen verbunden, wie Entzündungsreaktionen, Hämolyse, Blutungen und Thrombosen. Ihre Anwendung erfordert daher eine kontinuierliche intensivmedizinische Beobachtung. Darüber hinaus reduziert die unspezifische Proteinadsorption an der Membran allmählich die Effizienz des Gasaustausches. Beide Aspekte werden auf die geringe Hämo- und Biokompatibilität der gasdurchlässigen Membranen zurückgeführt. Trotz erheblicher Forschungsaktivitäten bleibt das Kernproblem der begrenzten Hämokompatibilität ungelöst.

Um diese Probleme zu überwinden, wird eine Endothelialisierung der Gasaustauschmembranen vorgeschlagen, um eine natürliche nicht-thrombogene Oberfläche zu bilden und eine langfristige Nutzung einer solchen Biohybridlunge zu ermöglichen EndOxy . Es wurden bereits viele Anstrengungen zur Endothelialisierung von Gasaustauschmembranen unternommen, jedoch ohne Nachweis der Upscaling-Machbarkeit, mit spärlichen Daten zum Gastransfer und begrenztem Langzeiterfolg.

In diesem Projekt untersuchen wir die Herstellung von Endothelzellen und Techniken zur Membranbesiedlung für die Entwicklung einer biohybriden Lunge. Endothelzellen aus humanen induzierten pluripotenten Stammzellen (hiPSC-ECs) werden verwendet. Das Zellsprühen CellSpray gilt als universelle effiziente Methode, um Zellen auf unterschiedliche Substrate aufzubringen. Für die Besiedlung der Gasaustauschmembranen versprühen wir die Endothelzellen, um eine gleichmäßige Zellschicht zu erzeugen. In diesem Projekt untersuchen wir das mittel- und langfristige Verhalten von hiPSC-ECs nach der Atomisierung insbesondere unter dynamischer Kultur.

Mit den beschriebenen Techniken wird in diesem Projekt eine Machbarkeitsstudie mit Langzeitevaluation eines endothelialisierten Oxygenatormodells durchgeführt.

Partner

  • Dr. Ruth Olmer, Medizinische Hochschule Hannover

Förderer

  • Deutsche Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Schwerpunkprogramms „Auf dem Weg zur implantierbaren Lunge“ (Link: https://www.ukaachen.de/kliniken-institute/klinik-fuer-anaesthesiologie/forschung/spp-towards-an-implantable-lung/)