Fatale hämostatische Komplikationen in künstlichen Lungen: Vom Verstehen zum Verhindern – Verstehen des Scherkraft-induzierten Gerinnungsmechanismus für das Verhindern von Thrombose

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Lars Krenkel; Professorin Dr. Karla Lehle; Privatdozent Dr. Thomas Müller
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Biomaterialien ; Immunologie ; Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 447721607

Hintergrund: Künstliche Lungen haben ein gemeinsames Problem: schwerwiegende thromboembolische Effekte und Blutungskomplikationen. Eine Langzeitanwendung und eine Implantation ist momentan unmöglich. Derzeitige extrakorporale Systeme (ECMO) sollen genutzt werden, um ein tieferes Verständnis für die Interaktionen zwischen Blut und künstlichen Oberflächen sowie den Einfluss von nicht-physiologischen Strömungsbedingungen in den Systemen (Blutpumpen/Membranoxygenatoren) auf die Thrombenentstehung zu entwickeln. Ziele: Umfangreiche detaillierte klinische Daten aus der EMCO-Datenbank unseres zertifizierten ECMO-Zentrums sollen genutzt werden, um den Einfluss verschiedener Systeme (VA vs VV) auf die Entstehung von Thrombozytopenie, Blutungen/Thrombenbildungen und Gerinnungsstörungen darzustellen. Wir postulieren, dass Thrombozyten und inflammatorische Zellen für schwerwiegende hämostatische Komplikationen, die die Thrombenbildung im Oxygenator verursachen, verantwortlich sind. Daher wollen wir die Zell-Zell-Interaktionen in den Thromben analysieren, um neue Biomarker zur frühzeitigen Vorhersage von Systemausfällen zu identifizieren. Indikatoren für scherkraftinduzierte Thrombenbildungen sind der elongierte von Willebrand Faktor (vWF), daran akkumulierte Thrombozyten und Leukozyten sowie NET-Bildungen (neutrophil extracellular traps). NETs sind extrazelluläres DNA-Netze, die von aktivierten Neutrophilen ausgeworfen werden und über eine Thrombozytenbindung eine Thrombose initiieren können. Die Lokalisierung und die histologische Untersuchung der Thromben in den Pumpenköpfen soll es ermöglichen, lokale hohe Scherkräfte zu identifizieren und mit den Thrombencharakteristika zu korrelieren.Um Thromben in den Oxygenatoren zu lokalisieren, wird ein räumlich hochauflösendes Micro-CT-System eingesetzt. Die zusätzliche Identifizierung nicht-physiologischer Strömungsbedingungen innerhalb des „bioinkompatiblen“ Systems wird eine Korrelation mit den zellulären Reaktionen ermöglichen. Schließlich werden Vorschläge für ein optimiertes Systemdesign in Kombination mit der Einführung therapeutischer Optionen, die auf den neuen Erkenntnissen der zellulären Wechselwirkungen zur Aufrechterhaltung des hämostaseologischen Gleichgewichts beruhen, erarbeitet.Erkenntnisgewinn: Wir erwarten neue Informationen über die Rolle von Thrombozyten und Neutrophilen im Zusammenhang mit z. B. vWF und aktivierten Thrombozyten bei der Thrombenbildung. Spezielle Bestandteile in organisierten oder wachsenden Thromben werden neue Einblicke in die klinische Entwicklung und die Pathologie der Thrombenbildung gewähren. Das Wissen über die realen Strömungsverhältnisse in neuen/gebrauchten Oxygenatoren, die Aufklärung zellulärer Antworten nach Kontakt mit den Oxygenatoren und die Lokalisation von Thromben in Regionen mit kritischen Blutflüssen innerhalb des Oxygenators werden neue Designs und neue therapeutische Strategien „Towards an Implantable Artificial Lung“ ermöglichen.

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