Zusammenfassung
Die Lungentransplantation stellt die einzige Therapieoption für Patienten mit finalen Lungenerkrankungen dar, da es derzeit kein Lungenunterstützungssystem gibt, das eine ausreichende Kohlendioxidelimination und Sauerstoffoxygenation dauerhaft sicherstellen kann. Eine Transplantation ist jedoch nur einem äußerst selektionierten Patientenkollektiv vorbehalten. Dies ist nicht zuletzt auf die steigende Anzahl von Organempfängern gegenüber einer nahezu konstanten Zahl potenzieller Organspender zurückzuführen. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung einer bioartifiziellen Lunge, die den Gasaustausch beständig gewährleisten soll. Hierzu wird die Oberflächenbeschaffenheit von Poly-4-methyl-1-pentene(PMP)-Gasaustauschmembranen für eine effektive Endothelialisierung modifiziert, die Endothelzellgewinnung aus Progenitorzellen, sowie die Zellbesiedlung von PMP etabliert. Verschiedene Funktionstests dieser endothelialisierten PMP werden durchgeführt, die sich u. a. mit Fragen von Biokompatibilität, Gasaustausch und Zelleffekten durch den PMP-Kontakt beschäftigen. Zusammengefasst ist dieses Projekt ein erster Schritt auf dem Weg zur Entwicklung einer Biohybridlunge.
Abstract
Lung transplantation is the only therapy option for patients with end-stage pulmonary disease, as there is no durable “lung assist device” to replace the main function of the lungs, which is CO2 removal and blood oxygenation. However, transplantation is reserved for a few chosen patients. Unfortunately, the number of patients on the organ transplantation waiting lists is increasing, whereby the number of potential organ donors has remained relatively constant. The goal of this project is the development of a biohybrid lung that provides sufficient long-term gas exchange. The construction includes the optimization of cell seeding onto poly-4-methyl-1-pentene (PMP) gas exchange membranes. This involves the modification of the membrane surface for effective long-term endothelial cell (EC) seeding, EC derivatization from endothelial progenitor cells obtained from human cord blood, EC seeding onto the membranes and various functional testing of these endothelialized membranes, like the effects of PMP contact on the cells, the biocompatibility, and the gas exchange properties. In conclusion, this project represents the first step towards a tissue engineered lung.
Literatur
Absolom DR, Hawthorn LA, Chang G (1988) Endothelialization of polymer surfaces. J Biomed Mater Res 22(4):271–285
Angel L, Homma A, Levine SM (2000) Bronchiolitis obliterans. Semin Respir Crit Care Med 21(2):123–134
Bhorade SM, Vigneswaran W, McCabe MA, Garrity ER (2000) Liberalization of donor criteria may expand the donor pool without adverse consequence in lung transplantation. J Heart Lung Transplant 19(12):1199–1204
Bourbon A, Vionnet M, Leprince P et al (2004) The effect of methylprednisolone treatment on the cardiopulmonary bypass-induced systemic inflammatory response. Eur J Cardiothorac Surg 26(5):932–938
Fischer S, Simon AR, Welte T et al (2006) Bridge to lung transplantation with the novel pumpless interventional lung assist device NovaLung. J Thorac Cardiovasc Surg 131(3):719–723
Fischer S, Cassivi SD, Xavier AM et al (2000) Cell death in human lung transplantation: apoptosis induction in human lungs during ischemia and after transplantation. Ann Surg 231(3):424–431
Fischer S, Maclean AA, Liu M et al (2000) Dynamic changes in apoptotic and necrotic cell death correlate with severity of ischemia-reperfusion injury in lung transplantation. Am J Respir Crit Care Med 162(5):1932–1939
Fischer S, Hopkinson D, Liu M et al (2001) Raffinose improves 24-hour lung preservation in low potassium dextran glucose solution: a histologic and ultrastructural analysis. Ann Thorac Surg 71(4):1140–1145
Guarnieri G, Grassi G, Barazzoni R (2005) The impact of inflammation on metabolic regulation in chronic kidney disease: a review. J Ren Nutr 15(1):121–124
Hosenpud JD, Bennett LE, Keck BM et al (1998) Effect of diagnosis on survival benefit of lung transplantation for end-stage lung disease. Lancet 351(9095):24–27
Imai Y, Parodo J, Kajikawa O et al (2003) Injurious mechanical ventilation and end-organ epithelial cell apoptosis and organ dysfunction in an experimental model of acute respiratory distress syndrome. JAMA 289(16):2104–2112
Koike N, Fukumura D, Gralla O et al (2004) Tissue engineering: creation of long-lasting blood vessels. Nature 428(6979):138–139
McGuigan AP, Sefton MV (2007) The influence of biomaterials on endothelial cell thrombogenicity. Biomaterials 28(16):2547–2571
Pinhu L, Whitehead T, Evans T, Griffiths M (2003) Ventilator-associated lung injury. Lancet 361(9354):332–340
Rose EA, Gelijns AC, Moskowitz AJ et al (2001) Randomized Evaluation of Mechanical Assistance for the Treatment of Congestive Heart Failure (REMATCH) Study Group. Long-term mechanical left ventricular assistance for end-stage heart failure. N Engl J Med 345(20):1435–1443
Trulock EP, Edwards LB, Taylor DO et al (2003) The Registry of the International Society for Heart and Lung Transplantation: Twentieth Official adult lung and heart-lung transplant report 2003. J Heart Lung Transplant 22(6):625–635
http://www.who.int/whosis/whostat/en/
Zilla P, Oppell U von, Deutsch M (1993) The endothelium: a key to the future. J Card Surg 8(1):32–60
Interessenkonflikt
Die korrespondierende Autorin gibt an, dass kein Interessenkonflikt besteht.
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Wiegmann, B., Hess, C., Haverich, A. et al. Entwicklung einer Biohybridlunge. Z Herz- Thorax- Gefäßchir 23, 293–297 (2009). https://doi.org/10.1007/s00398-009-0739-4
Received:
Accepted:
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/s00398-009-0739-4
Schlüsselwörter
- Biohybridlunge
- Lungentransplantation
- Chronisch obstruktive Lungenerkrankung
- Tissue engineering
- Endothelzellen