Patienten-spezifische induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen) für die Endothelialisierung von Membranoberflächen implantierbarer Biohybridlungen

• Antragsteller: Professor Dr. Ulrich Martin
• Fachliche Zuordnung: Nuklearmedizin, Strahlentherapie, Strahlenbiologie ; Pneumologie,Thoraxchirurgie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 347326394

Derzeit werden verschiedene Strategien zur Funktionalisierung synthetischer Gasaustauschmembranen angewandt, um Proteinablagerungen und Thrombusbildung zu vermeiden und damit die Funktionsfähigkeit von Lungenunterstützungssystemen zeitlich auszudehnen. Durch chemische Modifikation oder Beschichtung mit biologischen Substanzen wie z.B. Heparin soll die Antithrombogenizität verbessert werden. Obwohl solche Ansätze die Hemokompatibilität der Membranoberflächen zu einem gewissen Grad verbessern, erlauben sie dennoch bisher keine Langzeit-Nutzung der Gasaustauschmembranen. Im Gegensatz dazu könnte eine stabile Endothelialisierung der Oberflächen, die direkten Blutkontakt haben, tatsächlich eine natürliche nicht-thrombogene Oberfäche erzeugen. Hierdurch könnte eine dauerhafte Anwendung von implantierbaren Membranoxygenatoren ohne Thrombusbildung ermöglicht werden.Während erste Studien zur Endothelialisierung von Gasaustauschmembranen vielversprechende Ergebnisse lieferten, wurde bisher keine Endothelzell (EC) - Quelle identifiziert, die für klinische Anwendungen geeignet ist. Zur Besiedlung eines typischen Membranoxygenators mit einer Membranoberfläche von 1,3 bis 4 qm wird eine genetisch stabile Zellquelle mit hoher Expansionsrate benötigt, die darüber hinaus alle funktionellen Eigenschaften von ECs in einer natürlichen Endothelschicht zeigen sollte. Bisherige Entwicklungen haben diese Anforderungen bisher nicht berücksichtigt, ebenso wenig wie existierende Befunde häufiger chromosomaler Abnormalitäten in kultivierten primären ECs. Aufgrund der unzureichenden Expandierbarkeit primärer adulter ECs (z.B. aus der Vena Saphena), wurden in den meisten experimentellen Studien ECs isoliert aus Nabelschnurblut oder Nabelschnurvene verwendet.Basierend auf unseren bisherigen Ergebnissen gehen wir davon aus, dass EC-abgeleitet aus Patienten-spezifischen iPS Zellen die geeignetste Zellquelle für die Endothelialisierung von Membranoxygenatoren darstellen. Im hier dargestellten Projekt soll eine systematische Untersuchung verschiedener EC Quellen (Late Outgrowth ECs aus Nabelschnurblut und adultem peripherem Blut, ECs aus der Nabelschur und adulter Vena Saphena, mikrovaskuläre ECs aus Fettgewebe sowie iPS abgeleitete ECs) bezüglich Expandierbarkeit, genetischer Stabilität sowie Funktionalität durchgeführt werden. Insbesondere sollen Seneszenz-basierte Änderungen von Zellfunktion und Zytokinfreisetzung nach ausgedehnter Expansion, welche zur Generierung der benötigten Zellmengen (1 bis 2 Milliarden ECs pro Gerät) notwendig sind, untersucht werden.Dieses Projekt wird damit entscheidend zur klinischen Translation von biofunktionalisierten Membranoxygenatoren und weiteren EC-basierten Zelltherapien beitragen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2014: Auf dem Weg zur implantierbaren Lunge