Ist chronische Transplantatabstoßung die Ursache degenerativer Veränderungen in allogenen und xenogenen Herzklappentransplantaten?

Summary.

Objectives: After a period of 5 to 10 years, biological heart valve prostheses undergo degenerative processes, which finally lead to dysfunction and complete destruction. Although many efforts have been made to identify underlying mechanisms, many questions remain unanswered. Here we evaluate immunological factors and their potential role in biological heart valve destruction. Patients and methods: Allogeneic (n=10) and xenogeneic (n=3) aortic valvular prostheses, as well as aortic valves retrieved from transplanted human hearts, which had to be replaced because of chronic graft rejection (n=4) were analyzed. Aortic valves from human donor hearts (native) (n=4), which were considered not transplantable served as controls. Endothelial expression patterns of the following adhesion molecules were analyzed by immunohistochenmistry: selectin family: ELAM-1, CD62, integrin family: VLA-1, -2, -3, -4, -5, and –6, immuoglobulin supergene family: PECAM-1, ICAM-1, and -2, and class I heavy chain proteins, complementary adhesion molecules: CD34, CD44 and the von Willebrand factor. Results: ELAM-1, ICAM-1 and -2, CD34, CD44 and class I heavy chain proteins, all molecules which play significant roles during inflammatory processes, showed stronger expression patterns in allogeneic and xenogeneic aortic heart valve prostheses compared to native or chronically rejected valves. Furthermore, the von Willebrand factor stained positive only on allogeneic and xenogeneic valves. Only mild differences were observed regarding the expression of integrin molecules and CD62. Conclusions: Immunological reactions play a major role in the degeneration of biological heart valve prostheses. This is underlined by observations made on aortic valves from chronically rejected cardiac grafts, which did not show any degenerative alterations. Thus, since immunosuppressive therapy after heart valve replacement is no reasonable alternative, novel and future approaches in “tissue engineering” will hopefully help avoid tissue degeneration, while preserving the advantage of biological tissue origin.

Zusammenfassung.

Hintergrund: Bereits fünf bis zehn Jahre nach Implantation biologischer Herzklappen, zeigen diese degenerative Veränderungen mit Funktionseinschränkungen. Die zugrundeliegenden Faktoren sind jedoch weitestgehend unbekannt und Gegenstand aktueller wissenschaftlicher Bemühungen. Zielsetzung: Evaluation möglicher beteiligter immunologischer Faktoren an den pathophysiologischen Mechanismen der Degeneration nach biologischem Klappenersatz. Methoden: Zehn allogene und 3 xenogene Herzklappentransplantate in Aortenposition (mittlere Verweildauer (TxD) 11,5 Jahre, ±3,2Jahre), 4 Aortenklappen aus transplantierten humanen Herzen, die aufgrund chronischer Abstoßungsreaktionen re-transplantiert werden mussten (mittlere TxD 12,3 Jahre, ±2,4 Jahre) und 4Aortenklappen nicht transplantierter Spenderherzen (Kontrolle) wurden untersucht. Folgende endotheliale Adhäsionsmoleküle wurden mittels immunhistochemischer Methodik evaluiert: Selektine: ELAM-1, CD62; Immunglobulin-Supergene: PECAM-1, ICAM-1/ -2, VCAM-1, W6/32; Integrine: VLA-1/-2/-3/-4/-5/-6; komplementäre Adhäsionsmoleküle: CD34, CD44 und der v. Willebrand-Faktor (vWF). Resultate: Allogene und xenogene Klappentransplantate zeigten stärkere Expressionen der pro-inflammatorischen Adhäsionsmoleküle ELAM-1, ICAM-1/-2, W6/32, CD34 und CD44 als native und aus Transplantatherzen gewonnene Aortenklappen. Der vWF konnte nur auf allogenen und xenogenen Klappen nachgewiesen werden. Für die betrachteten Integrine und CD62 konnten keine wesentlichen Unterschiede gezeigt werden. Schlussfolgerungen: Den vorliegenden Daten zufolge, scheinen immunologische Prozesse wesentlich an chronisch degenerativen Veränderungen allogener und xenogener Herzklappen beteiligt zu sein. Unterstrichen wird dies durch Beobachtungen an Transplantatherzen unter Immunsuppressiva, bei denen sich keine derartigen Veränderungen zeigten. Da immunsuppressive Therapien nach biologischem Herzklappenersatz unrealistisch sind, stützt sich gegenwärtig die Hoffnung auf moderne Verfahren des „Tissue Engineerings” mit deren Hilfe zukünftig vielleicht degenerative Veränderungen vermieden und die Vorteile biologischen Gewebes erhalten werden können.