gms | German Medical Science

Einleitung: Beim Tissue Engineering von komplexen großvolumigen Geweben ist es erforderlich eine zeitnahe und effiziente Neovaskularisation des Ersatzgewebes zu gewährleisten. Ohne adäquate Perfusion des implantierten Gewebes kommt es unweigerlich zum Implantatverlust infolge des Auftretens eines hypoxischen zellulären Milieus. Eine attraktive Möglichkeit zur Unterstützung der Neoangiogenese könnte darin bestehen Endothelzellen zu implantieren, mit dem Ziel der Ausbildung eines funktionellen vaskulären Blutgefäßnetzwerkes. In dieser Studie wurde das vaskulogene Potenzial von humanen umbilikalen Endothelzellen in vitro und in vivo untersucht.

Material und Methoden: Humane umbilikale vaskuläre Endothelzellen (HUVECs) wurden in vitro in „Matrigel sprouting“ und „Sphäroid-sprouting“ Assays analysiert in Bezug auf ihr angiogenes Potenzial. Zur Bestimmung des vaskulogenen Potenzials wurden HUVECs in Sphäroidform in einer Fibrin/Matrigel-Matrix subkutan in SCID-Mäuse implantiert. Die Explantation erfolgte nach 21 Tagen. Die Explantate wurden immunhistologisch untersucht in Bezug auf die Ausbildung humaner Blutgefäße durch CD31- und CD34-Färbungen. Die Rekrutierung von muralen Zellen der Maus an die humanen Blutgefäße wurde durch Doppelfärbungen mit anti-CD34 und anti-smooth muscle alpha actin (aSMA) Antikörpern evaluiert.

Ergebnisse: HUVECs waren in der Lage in vitro vaskuläre „Sprouts“ auszubilden. Dieser Prozess war responsiv gegenüber den angiogenen Wachstumsfaktoren VEGF und bFGF. So konnte im 3-dimensionlaen Sphäroid-Sprouting Assay die kumulative Sproutlänge durch kombinierte VEGF/bFGF-Gabe von 294+112,1 auf 965,9 +165,6 µm erhöht werden. Nach subkutaner Implantation der HUVEC-Sphäroide konnte in den Konstrukten die Ausbildung eines komplexen 3-dimensionalen humanen Blutgefäßnetzwerkes nachgewiesen werden, mit einer mikrovaskulären Gefäßdichte von 101,5 + 39,5 Neogefäßen pro mm2 an Tag 21. Es konnte auch eine Rekrutierung von Perizyten der Maus an die humanen Blutgefäße und eine zeitabhängige Zunahme der Perfusion der humanen Blutgefäße beobachtet werden. An Tag 21 waren 28,7 + 8,1 % der Gefäße perfundiert. Durch Doppelfärbungen mit human- und maus-spezifischen CD34 und CD31 Antikörpern konnten Anastomosen zwischen humanen Gefäßen und Blutgefäßen der Maus an der Implantatgrenze visualisiert werden.

Schlussfolgerung: Adulte makrovaskuläre Endothelzellen sind nach Implantation in der Lage in vivo ein funktionelles perfundiertes Blutgefäßnetzwerk zu generieren. Bei der Verwendung von autologen Endothelzellen könnte dieses System von Nutzen sein, um in zukünftigen Tissue Engineering Anwendungen ein vaskularisiertes Ersatzgewebe zu generieren.