EndOxy

  EndOxy-Conzept (from Hellmann et al. Artificial Organs 2020 Urheberrecht: © BioTex EndOxy-Conzept (from Hellmann et al. Artificial Organs 2020 (Link: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/aor.13712))

EndOxy – Entwicklung einer biohybriden Lunge

Bei Patienten mit lebensbedrohlichem Lungenversagen kann die extrakorporale Membranoxygenierung (engl. extracororeal membrane oxygenation; ECMO) überschüssiges Kohlendioxid aus dem Blut entfernen und es zugleich mit Sauerstoff anreichern. Hierzu werden große Blutgefäße kanüliert und das Blut durch einen Blut-Gas-Austauscher (Oxygenator) geleitet, der den lebensnotwendigen Austausch der Atemgase durch eine gasdurchlässige Membran ermöglicht.

Aktuelle Forschungsergebnisse erlauben eine mittelfristige Anwendung von ECMO-Systemen, noch ist ihre Anwendung jedoch mit Entzündungsreaktionen, Hämolyse, Blutung und Thrombose verbunden. Diese Komplikationen werden auf die schlechte Hämokompatibilität der gasdurchlässigen Membran zurückgeführt, die in direktem Blutkontakt steht und folglich eine Langzeitanwendung von ECMO verhindert.

Im EndOxy-Forschungsprojekt befassen wir uns mit dem Kernproblem der begrenzten Hämokompatibilität und schlagen einen biohybriden Ansatz mit Endothelzellen vor. Im menschlichen Körper kleiden Endothelzellen das Lumen von Blutgefäßen aus, wobei sie eine natürliche, nicht-thrombogene Oberfläche bilden, von der bekannt ist, dass sie in direktem Kontakt mit Blut keine entzündlichen und koagulatorischen Reaktionen auslöst. Somit verspricht die Beschichtung der Oxygenatormembran mit autologen Endothelzellen (sogenannte Endothelialisierung) eine bessere Hämokompatibilität.

Die Zellbeschichtung stellt jedoch zusätzliche Anforderungen an das Design einer solchen biohybriden Lunge. Insbesondere muss die Gasaustauschleistung maximiert werden, während eine integrale und funktionelle Zellbeschichtung erhalten bleibt, die eine langfristige Lungenunterstützung ermöglicht. Aus diesem Grund streben wir die Entwicklung und Evaluierung eines neuartigen biohybriden Lungenunterstützungssystems an, das auf dem Konzept eines Flachmembran-Oxygenators basiert. Im Gegensatz zu aktuellen Lungenunterstützungssystemen wird sich der EndOxy durch eine verbesserte Hämokompatibilität und Gasaustauschleistung auszeichnen, die Patienten mit chronischen Lungenerkrankungen eine langfristige Lungenunterstützung ermöglicht.

Im Rahmen des DFG-geförderten Schwerpunkprogramms „Auf dem Weg zur implantierbaren Lunge“ (Link: https://www.ukaachen.de/kliniken-institute/klinik-fuer-anaesthesiologie/forschung/spp-towards-an-implantable-lung/) bearbeiten wir zwei Projekte, die sich weitergehen mit dem EndOxy-Konzept beschäftigen:

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

EndOxy in Flame : Einfluss einer Biohybriden Lunge auf entzündliche Signalwege und Wechselwirkungen zwischen Immunsystem und Endothelzellen

Förderer:

  • Interdisziplinäres Zentrum für Klinische Forschung der Medizinischen Fakultät der RWTH Aachen
  • Exzellenzinitiative des Bundes und der Länder im Rahmen von i³tm Seed Fund und Step2Project
  • Deutsche Forschungsgemeinschaft