Herz

, Volume 29, Issue 3, pp 341–347 | Cite as

Kultivierung humaner Zellen auf polymerbeschichteten Bioimplantaten—ein neues Konzept zur Verbesserung der Implantateigenschaften

Ergebnisse initialer In-vitro-Untersuchungen
  • Melanie Pierkes
  • Bung Jun Chang
  • Dunjana Alt
  • Oswald Prucker
  • Jürgen Rühe
  • Manfred Dahm
Originalarbeit

Hintergrund und Ziel:

Kalzifikation und Degeneration stellen die Hauptprobleme im Langzeitverlauf nach Implantation biologischer Prothesen dar. In Vorläuferstudien konnte gezeigt werden, dass sich durch eine Bedeckung der Oberfläche des Biomaterials mit Zellen eine Reduktion der Calciumaufnahme erzielen lässt. Allerdings ist eine vollständige Oberflächenbesiedelung schwer zu erreichen. Daher wurde das Konzept der kovalenten Bindung von Polymeren an die Oberfläche des Implantats und der sich daran anschließenden Zellbesiedelung entwickelt. Ziel der aktuellen Studie war die Austestung verschiedener Polymere auf ihre Fähigkeit, die Adhärenz humaner Zellen zu fördern, so dass sich ein intakter Monolayer ausbildet.

Material und Methodik:

Zehn an Glas gebundene ultradünne Polymere mit unterschiedlichen physikochemischen Eigenschaften wurden mit humanen Endothelzellen und vier von diesen zehn Polymeren mit Fibroblasten besiedelt. Das Wachstumsverhalten wurde mit dem der Zellen auf einer Glasoberfläche verglichen. Das Wachstum wurde photographisch im Phasenkontrastmikroskop und in der Elektronenmikroskopie dokumentiert.

Ergebnisse:

Bei fünf der zehn Polymere sowie auf Glas zeigten sich ein exzellentes Wachstum und eine vollständige Zellbedeckung nach 2 Wochen, bei zwei Polymeren nahm die Zelladhärenz nach 1 Woche wieder ab, und drei zeigten bis auf einzelne nicht im Zellverbund wachsende Zellen kein Wachstum. In der Elektronenmikroskopie der fünf Polymere mit exzellentem Wachstum konnte ein intakter Monolayer dargestellt werden. Fibroblasten wuchsen gut auf Glas, jedoch auf keinem der vier getesteten Polymere. Es wurde keine Korrelation zwischen den physikochemischen Eigenschaften und dem Zellwachstum gefunden.

Schlussfolgerung:

Ultradünne Polymere können mit humanen Endothelzellen besiedelt werden, jedoch ohne Korrelation zwischen den physikochemischen Eigenschaften und dem Wachstumsverhalten der Zellen. Die kovalente Bindung von Polymeren an biologisches Gewebe mit anschließender Zellbesiedelung hin zur kompletten Oberflächenbedeckung erscheint als viel versprechender Ansatz, um die kalzifizierende Degeneration biologischer Implantate zu verhindern.

Schlüsselwörter:

Tissue-Engineering Zellbesiedelung Bioimplantate Polymer 

Cultivation of Human Cells on Polymer Covered Biomaterial—a New Concept to Improve Long-Term Performance of Biologic Implants

Background and Purpose:

Calcific degeneration with the resulting need for operative replacement remains the major drawback of bioprostheses. Previous studies have shown that cellular surface seeding decreases calcium uptake in vitro and in vivo, but complete coverage remains difficult to achieve. A new approach is presented, masking glutaraldehyde residues with a covalently bound polymer layer thus facilitating cell seeding. The aim of this study was to evaluate different polymers for their ability to promote surface cell adhesion and formation of complete monolayers.

Material and Methods:

Ten ultrathin polymers, covalently bound to glass and exhibiting different physicochemical characteristics (thickness, molecular weight, hydrophilic properties, electrical charge) were seeded with human endothelial cells. Four of the ten polymers were also seeded with fibroblasts. As a reference, both cell types were seeded on glass surface. Quality of cell growth and coverage was evaluated by light and scanning electron microscopy.

Results:

Five of ten polymers and glass exhibited excellent growth and complete surface coverage after 2 weeks, two allowed less cell adherence than glass reference, and three showed only poor cellular growth without adherence. Scanning electron microscopy demonstrated an intact monolayer for the five polymers with excellent cell coverage. Fibroblasts grew well on glass but not on the four tested polymers. No correlation was found between molecular weight, thickness, hydrophilic or charge characteristics of the polymers.

Conclusion:

Several ultrathin polymers, seeded with human endothelial cells, permit complete monolayer formation, but without any apparent correlation to physicochemical characteristics. Polymers covalently bound to biologic tissue appear as a promising approach to prevent calcific degeneration of bioprostheses.

Key Words:

Bioprostheses Cell seeding Tissue engineering Polymers 

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Copyright information

© Urban & Vogel München 2004

Authors and Affiliations

  • Melanie Pierkes
    • 1
  • Bung Jun Chang
    • 2
  • Dunjana Alt
    • 1
  • Oswald Prucker
    • 2
  • Jürgen Rühe
    • 2
  • Manfred Dahm
    • 1
    • 3
  1. 1.Klinik für Herz-, Thorax- und GefäßchirurgieJohannes-Gutenberg-UniversitätMainz
  2. 2.IMTEKAlbert-Ludwigs-UniversitätFreiburg i. Br.
  3. 3.Klinik für Herz-, Thorax- und GefäßchirurgieJohhannes-Gutenberg-Universität MainzMainzDeutschland

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