Endothelialisierung von PMP-Fasern zur Verbesserung der Antithrombogenität von Oxygenator-Membranen

Introduction: Patienten mit schweren Lungenschäden, wie sie beispielsweise bei der chronisch-obstruktiven Lungenerkrankung auftreten, sind auf den Einsatz von Membranoxygenatoren zur Oxygenierung und Kohlenstoffdioxidentfernung angewiesen. Standardmäßig werden hierzu Hohlfasermembranen aus Polymeren, z.B. Polymethylpenten (PMP), eingesetzt, an deren Oberfläche der Gasaustausch stattfindet. Aufgrund der fehlenden antithrombogenen Eigenschaften des Fasermaterials kommt es jedoch zur Thrombenbildung, welche wiederum die Gasaustauschrate und damit die Lebensdauer der Membran verringert. Eine Endothelialisierung der Faseroberfläche soll daher antithrombogene Eigenschaften vermitteln1. Materials and Methods: Aus Hautbiopsaten isolierte humane dermale mikrovaskuläre Endothelzellen (HDMECs) wurden auf der Ober- und der Unterseite einer unmodifizierten PMP-Fasermatte ausgesät. Im Anschluss an die Adhäsion der Zellen, welche unter statischen Zellkulturbedingungen stattfand, wurde die Fasermatte in einen Flussreaktor eingespannt, und eine dynamische Kultivierung der Zellen für zwei bis sieben Tage fand statt. Eine weitere besiedelte Fasermatte wurde parallel als Kontrolle statisch kultiviert. Anschließend wurde die Besiedlung der Fasern, sowie die Viabilität der Zellen, ihre Proliferation, die metabolische Aktivität, die Integrität des Zellmonolayers und die Expression endothelzell-spezifischer Marker analysiert. Hierzu fand eine Lebend-Tot-Färbung mittels Fluoresceindiacetat und Propidiumiodid (FDA/PI), die Färbung des Proliferationsmarkers Ki-67, die Analyse der Metabolisierung des Tetrazoliums MTT, sowie Immunfluoreszenzfärbungen von vaskulärem endothelialem Cadherin (VE-Cadherin) und PECAM-1 statt. Der Anteil der besiedelten Faseroberfläche an der Gesamtoberfläche der Fasermatte wurde mittels einer FDA/PI-Färbung und anschließender Auswertung mit ImageJ bestimmt. Results and Discussion / References: Mittels FDA/PI-Färbung und MTT-Assay wurde direkt im Anschluss an die Adhäsionszeit nachgewiesen, dass die Bedeckung großer Teile der Faseroberfläche mit viablen Zellen erreicht werden konnte. Nach der dynamischen Kultivierung war die Zelldichte auf den Fasern reduziert, was auf die mechanische Beanspruchung der Zellen durch den Medienfluss zurückzuführen ist. Der Vergleich beider Seiten der Fasermatte nach FDA/PI-Färbung zeigte jedoch, dass ein Ablösen der Zellen lediglich von der durch Zellkulturmedium direkt angeströmten Seite der Fasern stattfand, während es auf der entgegengesetzten Seite der Fasern über die Kultivierungszeit hinweg zu einer Proliferation der Zellen kam. Sowohl nach statischer, als auch nach dynamischer Kultivierung zeigten die Zellen die Expression der Proteine VE-Cadherin und PECAM-1, welche wichtige Bestandteile der Zell-Zell-Kontakte innerhalb des Endothels darstellen und damit dessen Integrität - die Voraussetzung für die Antithrombogenität - widerspiegeln. Im Gegensatz zu früheren Studien2-4 konnte in den vorliegenden Versuchen die erfolgreiche statische Kultivierung primärer humaner Endothelzellen auf PMP-Fasern ohne vorherige Oberflächenmodifikation gezeigt werden. Auch eine dynamische Kultivierung war möglich, es zeigte sich im Vergleich zur statischen Kultur jedoch eine signifikant reduzierte Zellzahl, was auf eine eingeschränkte Zelladhäsion auf dem Fasermaterial schließen lässt. Dieser Umstand macht eine Oberflächenfunktionalisierung der PMP-Fasern notwendig, welche auch unter dynamischen Flussbedingungen die Ausbildung eines antithrombogenen Endothelzell-Monolayers erlaubt.