A pulsatile bioreactor system for durability testing and compliance estimation of vascular grafts

Aachen / Publikationsserver der RWTH Aachen University (2011) [Doktorarbeit]

Seite(n): 198 S.: Ill., graph. Darst.

Kurzfassung

Trotz etablierter Methoden wie der Bypassoperation und der Ballon-Angioplastie, sind kardiovaskuläre Erkrankungen immer noch die Haupttodesursache weltweit. Tissue Engineering (TE) findet schon klinische Anwendung in der Haut- und Knorpelregeneration und in anderen Bereichen, wie beispielsweise den Gefäßprothesen, werden große Fortschritte erzielt. Damit tissue-engineerte Gefäßprothesen unter kontrollierten Bedienungen kultiviert und konditioniert werden können, werden Bioreaktoren verwendet. Solche Systeme können physiologische O2 und CO2 Konzentrationen aufrechterhalten und durch bestimmte Belastungen wie Druck und Dehnung, die Zellproliferation und Extrazellulärmatrixproduktion fördern. Im Bereich des kardiovaskulären TE, ist die Konditionierung unter pulsatilem Druck üblich. In dieser Studie wird ein Bioreaktorsystem vorgestellt, das einstellbare Druckprofile an Gefäßprothesen anlegen kann. Zusätzlich kann das System den Durchmesser des Gefäßes messen anhand dessen kann die Compliance des Gefäßes berechnet werden. Die Compliance ist der relative Volumenunterschied eines Gefäßes aufgrund eines Druckunterschieds. Es ist ein sehr gutes Maß für die mechanischen Eigenschaften eines Gefäßes und man kann das Wachstum und die Entwicklung des neuen Gewebes damit überwachen. Eine Zentrifugalpumpe fördert Medium aus dem Mediumreservoir auf die innere und äußere Seite des Gefäßes in der Perfusionskammer des Bioreaktors. Mit speziellen Sensoren, die in einer weiteren Kammer eingebaut sind, werden Blutgasmessungen (O2, CO2 und pH) kontinuierlich durchgeführt. Ein linearer Motor generiert Druckpulse mittels einer Silikonmembran und mit Hilfe eines LabView® Programmes werden die Pulse kontrolliert. Außerdem werden der Druck, der Fluss und die Blutgaswerte des Zellkulturmediums aus dem System mit dem Programm erfasst. Zusätzlich wird der Durchmesser des Gefäßes mit einem optischen Mikrometer gemessen. Das Bioreaktorsystem wurde in einem Zeitraum von bis zu 4 Wochen mit Tissue-Engineerten Gefäßen und nativen Schweinekarotiden evaluiert. Das System ließ sich leicht unter sterile Bedienungen zusammenbauen und lief problemlos über die gesamte Versuchsdauer. Die Blutgaswerte wurden mit den eingebauten Sensoren oder externen Sensoren gemessen. Die Compliance wurde während der Kultivierungsdauer exakt berechnet. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung des Systems für die Durchführung von Dauerhaltbarkeitstestungen, laut ISO und FDA Normen für ähnliche Produkte wie Stents und Herzklappen. Das entwickelte Bioreaktorsystem kann eine große Hilfe für Produkte sein, die auf den Weg zur klinischen Anwendung sind.

Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Diamantouros, Stefanos-Evangelos

Gutachterinnen und Gutachter

Jockenhövel, Stefan

Identifikationsnummern

  • URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-37997
  • REPORT NUMBER: RWTH-CONV-124438