Das Projektteam der ZHAW: Fabian Deuber, Dr. Katarzyna Kopanska, Hüseyin Birogul, Wissenschaftl. Mitarbeitende; Dr. Stephanie Mathes, Dr. Christian Adlhart, Dozierende (v.l.n.r.).

Tubuläres Gerüst mit vitalen Endothelzellen (violett).

Die Kammer, welche im IMES bei Prof. Dr. Daniel Baumgartner entwickelt wurde, erlaubt unter anderem die Einführung eines Stents in das konstruierte Gefäss.

Mit vereinten Kräften zum «in vitro» Blutgefäss

Publiziert

«In vitro» hergestellte menschliche Blutgefässe sind für verschiedene Fragestellungen interessant. Zum einen als Ersatz für defekte Gefässe, aber auch als biologisch aktives Testmodell für vaskuläre Behandlungssysteme. Um relevante Vorhersagen über die Interaktion der Systeme mit dem umgebenden Gewebe zu erlauben, muss das Testsystem folgende Paramater erfüllen: Menschliches Gewebe muss vorhanden sein und die Dimensionen sowie die Mechanik müssen das Einsetzen eines Stents erlauben.

Alle Materialien, welche in menschliche Blutgefässe eingesetzt werden, müssen entsprechend den regulatorischen Vorgaben bezüglich Wirksamkeit und Sicherheit getestet werden. Gewisse Aussagen lassen bereits Untersuchungen an Zellkulturen und Kleintieren zu, aber das zu erwartende Verhalten therapeutischer Hilfsmittel ist nur in Testsystemen möglich, die den Bedingungen der menschlichen Gewebe so nah wie möglich kommen. Heute werden vor allem Schweine für diese Untersuchungen verwendet. Der Nachteil besteht allerdings in der Individualität der Tiere, den Kosten sowie dem schnelleren Wachstum der Arterien. Ein humanes Blutgefässmodell, welches mit Hilfe der Methoden des «Tissue Engineerings» hergestellt wird, soll eine Standardisierung der präklinischen Tests ermöglichen und bereits erste Hinweise bezüglich der Wirksamkeit liefern.

Erfolg durch echte Interdisziplinarität
Die Biotronik AG (Bülach) ist eine der weltweit führenden Hersteller sogenannter «vascular intervention devices» und daher interessiert an einem alternativen Testsystem. Die Herausforderung war klar: Das System muss sowohl biologisch relevant, aber auch mechanisch stabil sein, um die Integration eines Stents zu erlauben. Zudem muss pulsierender Nährmedienfluss sowie der systolische und diastolische Druck von 120 mmHg bzw. 80 mmHg vorhanden sein. Für diese komplexe Fragestellung war es notwendig, ein interdisziplinäres Team zusammenzustellen. Die in Wädenswil ansässige ZHAW-Fachstelle Funktionsmaterialien und Nanotechnologie unterstützte bei der Entwicklung der Gerüststrukturen mittels Elektrospinnens von Polyurethan. Am Winterthurer ZHAW-Institut für Mechanische Systeme IMES wurde das Flusssystem mit Sensorik realisiert. Die Spezialistinnen und Spezialisten in der Wädenswiler Fachgruppe Tissue Engineering versetzten und charakterisierten das Gerüst mit Endothel- und weichen Muskelzellen. Es ist hervorzuheben, dass alle Teilaufgaben in Form von studentischen Arbeiten durchgeführt wurden.

Ausblick
Dank der hohen Motivation aller Beteiligten und dem wertvollen Input des Industriepartners ist es gelungen, in kurzer Zeit einen Prototyp zu entwickeln, der die Kultivierung sowie das Einsetzen eines Stents in ein konstruiertes Blutgefäss zulässt. In den folgenden Jahren wird die Erweiterung in ein Mehrkammersystem angestrebt.

EVENTS

Empack Schweiz

The Future of Packaging Technology

Datum: 18. - 19. November 2020

Ort: Zürich (CH)

Logistics & Distribution

Schweizer Fachmesse für Logistik und Transport

Datum: 18. - 19. November 2020

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Fachmesse für Pumpen- und Ventiltechnik

Datum: 10. - 11. Februar 2021

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 10. - 11. Februar 2021

Ort: Zürich (CH)

Vivaness

Internationale Fachmesse für Naturkosmetik

Datum: 17. - 21. Februar 2021

Ort: Nürnberg (D)

LogiMat

Internationale Fachmesse für Intralogistik

Datum: 09. - 11. März 2021

Ort: Stuttgart (D)

Swiss Plastics Expo

Schweizer Fachmesse Kunststoffindustrie

Datum: 25. - 27. Januar 2022

Ort: Luzern (CH)

Bezugsquellenverzeichnis