Forscher verwenden ein natürliches Material, das aus Meeresalgen gewonnen wird, um das Wachstum von Gefäßzellen zu fördern, Blutgerinnsel zu verhindern und die Leistung von synthetischen Gefäßtransplantaten zu verbessern, die in Herz-Bypass-Operationen verwendet werden.
Der neue Ansatz, der an der University of Waterloo entwickelt und getestet wurde, ist besonders wichtig in Fällen mit kleinen künstlichen Blutgefäßen – solchen mit einem Durchmesser von weniger als sechs Millimetern – die anfällig für Gerinnsel sind, die sich zu vollständigen Verstopfungen entwickeln können.
„Es besteht ein entscheidender Bedarf an der Entwicklung synthetischer Gefäßtransplantatmaterialien, die die Rate langfristiger Funktionen erhöhen“, sagte Dr. Evelyn Yim, Professorin für Chemieingenieurwesen und Universitätsforschungsleiterin, die das Projekt leitet.
Die Forscher fügten ein Material namens Fucoidan hinzu, das aus Meeresalgen hergestellt wird, um synthetische Blutgefäße zu modifizieren. Fucoidan hat eine ähnliche Struktur wie Heparin, ein Medikament, das als Antikoagulans verwendet wird.
Wenn Fucoidan mit einer als Mikrostrukturierung bekannten Nanotechnologietechnik aufgetragen wird, fördert es das Wachstum von Gefäßzellen um die innere Oberfläche des Transplantats herum, wodurch die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Blutgerinnseln erheblich verringert wird.
Zu den potenziellen Vorteilen für die Patienten gehören weniger Komplikationen, eine bessere Lebensqualität und ein geringeres Risiko für das Wiederauftreten von Blockaden, die eine zusätzliche medikamentöse Behandlung oder Operation erfordern.
„Ein funktionales, handelsübliches Gefäßtransplantat mit kleinem Durchmesser wird helfen, Leben zu retten“, sagte Yim, Direktor des Regenerative Nanomedicine Lab in Waterloo. „Wichtig ist, dass sie viel länger halten und das Blut ungehindert fließen lassen.“
Eine Bypass-Operation wird durchgeführt, um den Blutfluss in Bereichen des Herzens wiederherzustellen, wenn Gefäße blockiert sind. Dem Patienten entnommene Gefäße sind der Goldstandard für Transplantate, aber die begrenzte Verfügbarkeit erfordert oft die Verwendung künstlicher Gefäße.
Neben Herz-Bypass-Operationen werden Transplantate in medizinischen Verfahren zur Behandlung von Gefäßerkrankungen und zur Wiederherstellung des Blutflusses zu lebenswichtigen Organen und Geweben, einschließlich Gehirn und Beinen, verwendet.
Wenn synthetisches Transplantatmaterial das Wachstum von Gefäßzellen im Inneren einer Arterie oder eines Gefäßes nicht zulässt, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit von Gerinnseln, die sich zu vollständigen Blockaden entwickeln oder Entzündungen verursachen können, die den Blutfluss einschränken.
Yim hat die neue Technik unter Verwendung von Fucoidan und Mikromustern erfolgreich an Kleintieren getestet und plant, sie auf Großtierversuche auszudehnen, bevor sie zu klinischen Studien übergeht.
Mehrere Forscher des Department of Chemical Engineering in Waterloo und des Department of Biomedical Engineering der Oregon Health and Science University haben an diesem Projekt zusammengearbeitet.
Eine Abhandlung über die Arbeit, Fucoidan und topographische Modifikation verbesserte in situ Endothelialisierung auf azellulären synthetischen Gefäßtransplantaten, erscheint in der Zeitschrift Bioaktive Materialien.
Mehr Informationen:
Yuan Yao et al., Fucoidan und Topographiemodifikation verbesserten die In-situ-Endothelialisierung auf azellulären synthetischen Gefäßtransplantaten, Bioaktive Materialien (2022). DOI: 10.1016/j.bioactmat.2022.10.011