DNA-Chip-Technologie als Screeningmethode zur Evaluierung der Hämokompatibilität von Fremdoberflächen
©2002
Diplomarbeit
101 Seiten
Zusammenfassung
Inhaltsangabe:Einleitung:
In den letzten Jahrzehnten wird den sogenannten neuen Krankheiten der Industrieländer, wie Adipositas, Hypertonie und Herzinsuffizienz, eine immer größere Bedeutung beigemessen, da trotz der besseren und schnelleren medizinischen Versorgung die Zahl an erkrankten Patienten kontinuierlich steigt. Neben Übergewicht und Bewegungsmangel werden hauptsächlich folgende Risikofaktoren als Ursachen für eine mögliche Schwächung des Herzens diskutiert: falsche Ernährung, verbunden mit erhöhtem Stress, Alkohol- und Nikotingenuss, bzw. einer genetischen Prädisposition. Die zunächst unbemerkt auftretende Verschlechterung der Herzdurchblutung durch partielle Verengung der Koronargefäße manifestiert sich primär durch eine Steigerung des Blutdrucks. Die daraus resultierende Leistungsminderung ist die Folge der zusätzlich immer stärker werdenden Rigidität und der verstärkt auftretenden Verengung der Koronargefäße, die bei vollkommenem Verschluss in einem Herzinfarkt münden.
Die Behandlung der koronaren Herzkrankheit erfolgt entweder medikamentös, über eine Ballondilatation oder durch einen chirurgischen Eingriff. Mittels der Ballondilatation werden die verengten Gefäße geweitet und zusätzlich über die Implantation von Koronarendoprothesen stabilisiert. Bei anhaltenden Beschwerden ist die Bypass-Operation eine weitergehende Möglichkeit die stabile Funktionalität des Herzen wiederherzustellen.
Über eine Herzlungenmaschine wird es dem Arzt ermöglicht an stillgelegten Herzen zu operieren, wobei das Blut über ein Schlauchsystem aus dem Körper geleitet, oxygeniert und anschließend mit einer gewissen Intensität wieder in den Körper zurückgepumpt wird.
Bei dieser extrakorporalen Zirkulation tritt im Körper eine generelle Entzündungsreaktion auf und es werden hämostaseologische Abwehrmechanismen wie die Blutgerinnung aktiviert - obwohl dem Blut Antikoagulantien zugesetzt werden. Für diese Erscheinungen werden zwei Ursachen diskutiert: Zum einen kann der Kontakt mit Fremdoberflächen, also mit den Oxygenatorschläuchen und Pumpen der Herz-Lungen-Maschine, die Blutbestandteile ganz allgemein aktivieren. Zum anderen ist es denkbar, dass die Pumpsysteme die Blutzellen schädigen und so zum Beispiel aus Leukozyten Enzyme freisetzen, welche die Blutgerinnung initiieren.
Die angesprochene Biokompatibilität zu unphysiologischen Oberflächen ist in der heutigen Medizin ein großes und wichtiges Problem. Jeder künstlicher Eingriff in den Körper bringt ein […]
In den letzten Jahrzehnten wird den sogenannten neuen Krankheiten der Industrieländer, wie Adipositas, Hypertonie und Herzinsuffizienz, eine immer größere Bedeutung beigemessen, da trotz der besseren und schnelleren medizinischen Versorgung die Zahl an erkrankten Patienten kontinuierlich steigt. Neben Übergewicht und Bewegungsmangel werden hauptsächlich folgende Risikofaktoren als Ursachen für eine mögliche Schwächung des Herzens diskutiert: falsche Ernährung, verbunden mit erhöhtem Stress, Alkohol- und Nikotingenuss, bzw. einer genetischen Prädisposition. Die zunächst unbemerkt auftretende Verschlechterung der Herzdurchblutung durch partielle Verengung der Koronargefäße manifestiert sich primär durch eine Steigerung des Blutdrucks. Die daraus resultierende Leistungsminderung ist die Folge der zusätzlich immer stärker werdenden Rigidität und der verstärkt auftretenden Verengung der Koronargefäße, die bei vollkommenem Verschluss in einem Herzinfarkt münden.
Die Behandlung der koronaren Herzkrankheit erfolgt entweder medikamentös, über eine Ballondilatation oder durch einen chirurgischen Eingriff. Mittels der Ballondilatation werden die verengten Gefäße geweitet und zusätzlich über die Implantation von Koronarendoprothesen stabilisiert. Bei anhaltenden Beschwerden ist die Bypass-Operation eine weitergehende Möglichkeit die stabile Funktionalität des Herzen wiederherzustellen.
Über eine Herzlungenmaschine wird es dem Arzt ermöglicht an stillgelegten Herzen zu operieren, wobei das Blut über ein Schlauchsystem aus dem Körper geleitet, oxygeniert und anschließend mit einer gewissen Intensität wieder in den Körper zurückgepumpt wird.
Bei dieser extrakorporalen Zirkulation tritt im Körper eine generelle Entzündungsreaktion auf und es werden hämostaseologische Abwehrmechanismen wie die Blutgerinnung aktiviert - obwohl dem Blut Antikoagulantien zugesetzt werden. Für diese Erscheinungen werden zwei Ursachen diskutiert: Zum einen kann der Kontakt mit Fremdoberflächen, also mit den Oxygenatorschläuchen und Pumpen der Herz-Lungen-Maschine, die Blutbestandteile ganz allgemein aktivieren. Zum anderen ist es denkbar, dass die Pumpsysteme die Blutzellen schädigen und so zum Beispiel aus Leukozyten Enzyme freisetzen, welche die Blutgerinnung initiieren.
Die angesprochene Biokompatibilität zu unphysiologischen Oberflächen ist in der heutigen Medizin ein großes und wichtiges Problem. Jeder künstlicher Eingriff in den Körper bringt ein […]
Leseprobe
Inhaltsverzeichnis
ID 8643
Hoffmann, Jan: DNA-Chip-Technologie
als Screeningmethode zur Evaluierung der Hämokompatibilität von Fremdoberflächen
Hamburg: Diplomica GmbH, 2005
Zugl.: Eberhard-Karls-Universität Tübingen, Diplomarbeit, 2002
Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte,
insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von
Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der
Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen,
bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung
dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen
der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik
Deutschland in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich
vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des
Urheberrechtes.
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in
diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme,
dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei
zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.
Die Informationen in diesem Werk wurden mit Sorgfalt erarbeitet. Dennoch können
Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden, und die Diplomarbeiten Agentur, die
Autoren oder Übersetzer übernehmen keine juristische Verantwortung oder irgendeine
Haftung für evtl. verbliebene fehlerhafte Angaben und deren Folgen.
Diplomica GmbH
http://www.diplom.de, Hamburg 2005
Printed in Germany
I
NHALTSVERZEICHNIS
4
Erklärung
Hiermit erkläre ich, dass ich diese Arbeit selbst verfasst habe und keine anderen als die
angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe. Die Arbeit ist in gleicher oder ähnlicher
Form noch nicht veröffentlicht und noch keiner Prüfungsbehörde vorgelegt worden.
Tübingen, den 30. September 2002
I
NHALTSVERZEICHNIS
5
Inhaltsverzeichnis:
1. Einleitung ...9
1.1 Medizinische Hintergründe ... 10
1.1.1 Chirurgischer Eingriff am Herzen... 10
1.1.2 Arteriosklerose ... 11
1.1.3 Koronarendoprothesen (Stents) ... 12
1.1.4 Herz-Lungen-Maschine (HLM) ... 13
1.2 Biologische Hintergründe... 14
1.2.1 Aufgaben und Bestandteile des Blutes ... 14
1.2.2 Blutzellen... 15
1.2.3 Blutgerinnung ... 16
1.2.4 Abwehrsysteme ... 17
1.2.4.1 Spezifisch humorale Abwehr ... 18
1.2.4.2 Unspezifisch humorale Abwehr ... 18
1.2.4.3 Spezifisch zelluläre Abwehr ... 19
1.2.4.4 Unspezifisch zellulär ... 20
1.2.5 Screeningverfahren zur Quantifizierung der Genexpression... 21
1.3 Hinführung zum Thema ... 21
2. Material und Methoden...24
2.1 Vorbereitung der Blutproben... 24
2.1.1 RNA Isolierung ... 24
2.1.2 Isolierung von Gesamt-RNA aus Blut (RNeasy Midi, Qiagen, Hilden) ... 24
2.1.2 Material:... 25
2.1.3 Durchführung ... 25
2.1.4 Lösungen zur RNA Isolierung ... 26
2.2 Photometrische Bestimmung der RNA-Konzentration... 26
2.3 Elektrophoretische Trennung von RNA... 27
2.3.1 Durchführung ... 28
2.3.2 Lösungen für die elektrophoretische Trennung von RNA ... 28
2.4 Elektrophorestische Trennungen von DNA ... 29
2.4.1 Durchführung ... 29
2.4.2 Lösungen für die elektrophoretische Trennung von DNA ... 30
2.5 Konzentrierung der RNA-Proben ... 30
2.6 DNA-Microarray (Affymetrix)... 31
2.6.1 Prinzip der Methode ... 32
I
NHALTSVERZEICHNIS
6
2.6.2 Herstellung und Verfahren ... 32
2.6.3 Versuchsablauf... 33
2.6.4 Verfahren für die Detektion... 33
2.6.5 Statistische Datenanalyse ... 34
2.7 Chandler-Loop Modell... 35
2.8 Real Time PCR, Bio-rad ... 36
2.8.1 Funktion und Aufbau... 36
2.8.2 Messprinzipien mit DNA interkalierenden Farbstoffen ... 38
2.8.3 Durchführung ... 40
2.8.3.1 cDNA-Synthese... 40
2.8.3.2 Konstruktion der Primer ... 41
2.8.3.3 Amplifikation ... 43
2.8.3.4 Real-time PCR run ... 43
2.8.3.5 Auswertung ... 44
2.8.4 Vorversuche iCycler... 44
2.8.4.1 Etablierung des Housekeepinggens ... 44
2.8.4.2 Verdünnungsreihe... 45
2.9 Patienten der Oxygenator Studie ... 45
2.9.1 Heparinbeschichtung ... 46
2.9.2 Wirkung von Heparin ... 47
2.9.3 BioLine
®
, Jostra AG... 47
2.10 Geräte ... 48
3. Ergebnisse...49
3.1 Isolierte RNA aus Vollblut ... 49
3.1.1 RNA-Acrylamidgel (Beispiel) ... 49
3.1.2 Photometrische Bestimmung der RNA-Konzentration (Beispiel)... 50
3.2 DNA-Chip Auswertung der differenziellen Genexpression beim Chandler Experiment
(klassisch)... 50
3.2.1 Vergleich der mittleren Genexpressionserhöhungen vom Schlauch mit und ohne
Stent ... 51
3.2.1.1 Schlauch ohne Stent... 51
3.2.1.2 Schlauch mit Stent ... 51
3.2.1.3 Differenzen der mittleren Erhöhungen der Logarithmen zur Spezifikation der
tatsächlichen differenziellen Genexpression ... 52
3.2.2 Vergleich der mittleren Genexpressionsrückgänge vom Schlauch mit und ohne
Stent ... 53
3.2.2.1 Schlauch ohne Stent... 53
3.2.2.2 Schlauch mit Stent ... 54
3.2.2.3 Differenzen der mittleren Rückgänge der Logarithmen zur Spezifikation der
tatsächlichen differenziellen Genexpression ... 54
I
NHALTSVERZEICHNIS
7
3.3 DNA-Chip Auswertung der differenzielle Genexpression beim Beschichtungs-
Experiment (klassisch)... 55
3.3.1 Vergleich der mittleren Genexpressionserhöhungen von herzchirurgisch
behandelten Patienten bei heparinbeschichteten und nicht-beschichteten Komponenten 55
3.3.1.1 Heparinbeschichtete Komponenten der HLM ... 55
3.3.1.2 Nicht-beschichtete Komponenten der HLM ... 56
3.3.1.3 Differenzen der mittleren Erhöhungen der Logarithmen zur Spezifikation der
tatsächlichen differenziellen Genexpression ... 57
3.3.1.4 Differenzen der mittleren Erhöhungen der Logarithmen zur Spezifikation der
tatsächlichen differenziellen Genexpression ... 58
3.3.2 Vergleich der mittleren Genexpressionsrückgänge von herzchirurgisch behandelten
Patienten bei heparinbeschichteten und nicht-beschichteten Komponenten... 59
3.3.2.1 Heparinbeschichtete Komponenten der HLM ... 59
3.3.2.2 Nicht-beschichtete Komponenten der HLM ... 60
3.3.2.3 Differenzen der mittleren Rückgänge der Logarithmen zur Spezifikation der
tatsächlichen differenziellen Genexpression ... 61
3.3.2.4 Differenzen der mittleren Rückgänge der Logarithmen zur Spezifikation der
tatsächlichen differenziellen Genexpression ... 61
3.4 Statistische Untersuchung der ,,interessanten Gene" ... 63
3.4.1 Thrombospondin (Chandler Experiment)... 64
3.4.2 Early growth response 3 (Chandler Experiment)... 65
3.4.3 Epiregulin (Chandler Experiment)... 65
3.4.4 Paxillin beta (Beschichtungsexperiment) ... 66
3.4.5 Lymphoid enhancer factor (Beschichtungsexperiment)... 67
3.5 Differenzielle Genexpression beim Beschichtungsexperiment ... 68
3.5.1 Annährung an die Absolute Veränderung der Gene von beschichtet zu nicht-
beschichtet ... 68
3.5.2 Tabelle mit besten positiven Differenzwerten mit p<0,01. Nur interessante Gene,
die die Auswirkungen der unbeschichteten Komponenten verdeutlichen ... 68
3.5.2 Tabelle mit besten negativen Differenzwerten mit p<0,01. Nur interessante Gene,
die die Auswirkungen der heparinbeschichteten Komponenten verdeutlichen ... 69
3.6 Statistische Untersuchung der ,,T-test" Gene ... 69
3.6.1 Matrilin 3 (Beschichtungsexperiment) ... 69
3.6.2 Orphan nuclear receptor PXR (Beschichtungsexperiment)... 70
3.7 Einzeluntersuchungen der Gene nach höchsten Signalintensitäten ... 71
3.7.1 Chandler Experiment... 71
3.7.2 HLM Experiment ... 72
3.8 Real Time PCR Versuche... 73
3.8.1 cDNA Synthese für das Chandlerexperiment ... 73
3.8.2 cDNA Synthese für das HLM Experiment ... 74
3.8.3 Etablierung des optimalen Housekeeping-Gens ... 75
3.8.4 Semiquantitative Erörterung der ,,interessanten Gene"... 76
3.8.4.1 REST-XL Auswertung für das Chandlerexperiment Kontrolle vs. Schlauch
ohne Stent ... 77
3.8.4.2 REST-XL Auswertung für das Chandlerexperiment Kontrolle vs. Schlauch mit
Stent... 77
I
NHALTSVERZEICHNIS
8
3.8.4.3 Absolute Genexpressionsveränderung... 78
3.8.4.4 HLM Experiment Pre vs. Post OP mit heparinbeschichteten HLM-
Komponenten... 78
3.8.4.5 HLM Experiment Pre vs. Post OP mit unbeschichteten HLM-Komponenten 79
3.8.4.6 Absolute Genexpressionsveränderung... 80
4. Diskussion ...81
4.1 Grundlagen der Problematik... 81
4.2 Zielsetzung und Auswertung ... 82
4.2.1 Genexpressionsänderungen bei Stentimplantaten und bei kardiopulmonaren
Bypassoperation... 82
4.2.2 DNA-Chip-Technologie ... 84
4.2.3 Die hautsächlich exprimierten Gene ... 84
4.2.3.1 Thrombospondin (Stentuntersuchungen)... 84
4.2.3.2 Early Growth Response 3 (Stentuntersuchungen)... 85
4.2.3.3 Epiregulin (Stentuntersuchungen) ... 86
4.2.3.4 Paxillin beta (HLM-Studie) ... 86
4.2.3.5 Lymphoid Enhancer Factor 1 (HLM- Studie)... 87
4.2.3.6 Matrilin 3 (HLM- Studie) ... 87
4.2.3.7 Orphan Nuclear Receptor PXR (HLM- Studie) ... 87
4.2.3.8 H3 Histone 3B (HLM- Studie)... 88
4.2.3.9 Formyl Peptid Rezeptor-1 (HLM- Studie)... 88
4.2.3.10 Defensin
1 (HLM- Studie)... 89
4.3 Statistische Diskussionen ... 89
4.3.1 Chandlerexperiment ... 89
4.3.2 HLM-Experiment ... 90
4.4 Methodenkritik ... 90
4.4.1 Die DNA-Chip Technologie ... 90
4.4.2 Real Time PCR ... 91
4.5 Ausblicke und Zukunftsvisionen ... 91
5.0 Zusammenfassung ...93
6.0 Literaturliste...95
I
NHALTSVERZEICHNIS
9
1. Einleitung
In den letzten Jahrzehnten wird den sogenannten ,,neuen" Krankheiten der Industrieländer,
wie Adipositas, Hypertonie und Herzinsuffizienz, eine immer größere Bedeutung
beigemessen, da trotz der besseren und schnelleren medizinischen Versorgung die Zahl an
erkrankten Patienten kontinuierlich steigt. Neben Übergewicht und Bewegungsmangel
werden hauptsächlich folgende Risikofaktoren als Ursachen für eine mögliche Schwächung
des Herzens diskutiert: falsche Ernährung, verbunden mit erhöhtem Stress, Alkohol- und
Nikotingenuss, bzw. einer genetischen Prädisposition. Die zunächst unbemerkt auftretende
Verschlechterung der Herzdurchblutung durch partielle Verengung der Koronargefäße
manifestiert sich primär durch eine Steigerung des Blutdrucks. Die daraus resultierende
Leistungsminderung ist die Folge der zusätzlich immer stärker werdenden Rigidität und der
verstärkt auftretenden Verengung der Koronargefäße, die bei vollkommenem Verschluss in
einem Herzinfarkt münden. (Abb.1)
Abb.1: Angefärbter Querschnitt eines Blutgefässes, intakt und verletzt.
Quelle: http://www.medizinfo.com
Die Behandlung der koronaren Herzkrankheit (KHK) erfolgt entweder medikamentös, über
eine Ballondilatation oder durch einen chirurgischen Eingriff. Mittels der Ballondilatation
werden die verengten Gefäße geweitet und zusätzlich über die Implantation von
Koronarendoprothesen (
1.1.3) stabilisiert. Bei anhaltenden Beschwerden ist die Bypass-
I
NHALTSVERZEICHNIS
10
Operation eine weitergehende Möglichkeit die stabile Funktionalität des Herzen
wiederherzustellen. (de Feyter et al., 2002)
Über eine Herzlungenmaschine (HLM) (
1.1.4) wird es dem Arzt ermöglicht an
stillgelegten Herzen zu operieren, wobei das Blut über ein Schlauchsystem aus dem Körper
geleitet, oxygeniert und anschließend mit einer gewissen Intensität wieder in den Körper
zurückgepumpt wird.
Bei dieser extrakorporalen Zirkulation (EKZ) tritt im Körper eine generelle
Entzündungsreaktion (
1.3.5) auf und es werden hämostaseologische Abwehrmechanismen
wie die Blutgerinnung (
1.2.3) aktiviert - obwohl dem Blut Antikoagulantien zugesetzt
werden. Für diese Erscheinungen werden zwei Ursachen diskutiert: Zum einen kann der
Kontakt mit Fremdoberflächen, also mit den Oxygenatorschläuchen und Pumpen der Herz-
Lungen-Maschine, die Blutbestandteile ganz allgemein aktivieren. Zum anderen ist es
denkbar, dass die Pumpsysteme die Blutzellen schädigen und so zum Beispiel aus Leukozyten
Enzyme freisetzen, welche die Blutgerinnung initiieren. (Wendel and Ziemer, 1999)
1.1 Medizinische Hintergründe
1.1.1 Chirurgischer Eingriff am Herzen
Bei einer chirurgischen Operation am Herzen befindet sich der Patient in Rückenlage. Das
Brustbein wird durchtrennt und der Herzbeutel, der das Herz umgibt, wird geöffnet.
Anschließend wird der Patient an eine HLM (
1.1.4) angeschlossen. Die HLM hat die
Aufgabe, während herzchirurgischer Operationen die Herz- und die Lungenfunktion zu
übernehmen, also das Blut zu pumpen und den Gasaustausch sicherzustellen. Sie ermöglicht
dem Herzchirurgen, im Innern des Herzens oder der herznahen Hauptschlagader bei
Herzstillstand zu operieren, um Operationsschritte durchzuführen, die eine besonders hohe
Präzision erfordern. Das gesamte Blut, das aus dem Körper und den Lungen zum Herzen
fließt, wird aus den beiden Vorhöfen über ungefähr 10-12mm dicke Spezialschläuche in die
Herz-Lungen-Maschine geleitet. (Leng et al., 2000)
I
NHALTSVERZEICHNIS
11
1.1.2 Arteriosklerose
Abb. 2: Aufbau einer Arterie
wird die Endothelschicht permeabler. Durch diese vermehrte Permeabilität kommt es zu einer
Aufquellung der Intima, dem Intimaödem.
Das alarmierte Abwehrsystem des Körpers aktiviert vermehrt Phagozyten, die mit
Lipoproteinen gefüllt sind. Sie lagern sich in der Gefäßwand ein und bilden dort
Schaumzellen, die kontinuierlich proliferieren. Schließlich platzen die Schaumzellen auf und
locken dann weitere Phagozyten an, die wiederum Schaumzellen bilden. Ein Kreislauf ist
entstanden, der dazu führt, dass diese Plaques immer weiter anwachsen (Hanke et al., 2001).
Als Reaktion auf das Intimaödem entsteht auch vermehrt Bindegewebe, das die Intima
zusätzlich verdickt. Dies führt in diesem Bereich der Arterie zu einem Engpass in der
Sauerstoffversorgung, mit der Folge, dass vermehrt Endothelzellen absterben. In der
Umgebung dieser toten Zellen lagern sich Kalksalze ab. Je nachdem, wie viel Fett oder Kalk
sich in den Plaques der Arteriosklerose befindet, spricht man von weichen oder harten
Plaques (Willerson, 2002). Wenn diese aufreißen, so dass die Intima komplett eingerissen
wird, muss sie durch ein Blutgerinnsel komplett abgedeckt werden. Insgesamt nimmt die
Blutdruckkompensierende Elastizität ab (Shah, 2002).
Durch das Intimaödem und die Ablagerungen wird das Lumen der Arterien immer enger.
Ungefähr ab 30% Gefäßeinengung kann der Körper arteriosklerotische Gefäßverengungen
nicht mehr ausgleichen und es kann zu Folgeerkrankungen, z. B. Hypertonie kommen.
Wachsen die arteriosklerotischen Plaques immer weiter, so kann es zu einem vollständigen
Verschluss der Arterie kommen. Das Gebiet, das durch die Arterie normalerweise mit
Sauerstoff versorgt wird, leidet jetzt unter Sauerstoffmangel. Diesen Vorgang nennt man
Die Entstehung der Arteriosklerose ist ein lang
andauernder Prozess, der noch nicht in allen
Einzelheiten geklärt ist. Insbesondere die auslösenden
Faktoren werden kontrovers diskutiert (Kaul 2001).
Die Endothelschicht (Intima) wird an ihrer Oberfläche
an einer bestimmten Stelle geschädigt. (Abb.2) Um den
Intimaanriss zu verschließen, heften sich Blutplättchen
an, die bei der Wundheilung und der Blutgerinnung
eine wichtige Rolle spielen. Können sie aber den
Schaden nicht komplett abdecken wird als Folge davon
Quelle: http://www.medizinfo.com
I
NHALTSVERZEICHNIS
12
Ischämie. Die gefurchtesten thrombotischen Komplikationen sind Schlaganfall, Herzinfarkt,
Lungenembolie und tiefe Beinvenenthrombose.(Hansson et al., 2002; Hansson, 2001)
1.1.3 Koronarendoprothesen (Stents)
Abb.3: Schematischer Aufbau
eines Stents
Quelle: http://www.medizinfo.com
wand abgestützt werden. (Abb.3) Diese beiden Eingriffe werden häufig gleichzeitig
durchgeführt (Marzocchi et al., 1997).
Ein Stent ist ein Drahtgeflecht, bestehend aus ca. 0,1mm dicken Metalldrähten. Er wird über
einen Katheter bis zu der Stelle vorgeschoben, wo die Gefäßwand verkrustet und die Arterie
verengt ist. Dort wird das Drahtgeflecht mit Hilfe eines Ballons von innen an die Gefäßwand
expandiert. Die Wand wird gedehnt und gleichzeitig gefestigt, weil sich der Stent direkt an
die Wand anschmiegt. Mit der Zeit wachsen Zellen der Gefäßwand um den Stent herum, so
dass er eine Stütze innerhalb der Arterie ist. Der Stent bewirkt, dass sich die Arterie nicht
mehr zusammenziehen kann. So bleibt der Durchfluss offen und das Risiko, dass sich an
dieser Stelle wieder ein Engpass bildet, verringert sich.
An dem feinen Drahtgeflecht besteht eine erhöhte Gefahr der Thrombogenität. Die Bildung
einer Thrombose kann schnell über die Verklumpung von Blutzellen (hauptsächlich
Thrombozyten) verursachet werden, oder als Spätfolgen, über Proliferation von glatten
Muskelzellen, auftreten (neointimale Hyperplasie). Aus diesem Grund muss der Patient noch
mindestens drei Monate nach einer Stentimplantation gerinnungshemmende Medikamente
einnehmen. Später sinkt dieses Risiko ab, weil der Stent in die Arterie eingewachsen ist. Nicht
immer ist eine Stent-Operation erfolgreich. Bei ungefähr 25 - 30 Prozent der Betroffenen tritt
erneut eine Gefäßverengung (Restenose) auf. In diesem Fall kann eine erneute Stent-
Die Arterienwände, die eigentlich flexibel, geschmeidig und
anpassungsfähig sind, werden durch arteriosklerotische
Ablagerungen starr und hart. Oft ist die Gefäßwand so stark
beeinträchtigt, dass die starken Verkrustungen den einzigen
Halt für die Arterie bilden. Ist der Prozess so weit
fortgeschritten, dann ist eine Ballondilatation oft nicht
ausreichend um den Stömungsquerschnitt wieder zu
vergrößern. Die unflexiblen Gefäßwände würden bei der
Dilatation zusammenbrechen und die Arterie vollständig
verstopfen. Mit einer Stentimplantation kann die Arterien-
I
NHALTSVERZEICHNIS
13
Operation oder Ballondilatation durchgeführt werden, aber prinzipiell ist die Bypassoperation
die einzige Erfolg versprechende Operation, um das Gefäß erneut zu weiten (Brown et al.,
2002; Kandzari et al., 2002)
Neueste Studien mit Stents, die mit radioaktiv markierten Substanzen (Nowak et al, 2001),
Zytostatika, Immunsuppressiva (Javed et al., 2002), synthetischen Polymeren (Huang et al.,
2002; Zheng et al., 1999; Lewis et al., 2002) oder mit Heparin (Bickel et al., 2001)
beschichtet sind, zeigen signifikante Verbesserungen im Bereich der Hämokompatibilität und
der Langzeitverträglichkeit (Marzocchi et al., 1997).
1.1.4 Herz-Lungen-Maschine (HLM)
Zahlreiche Operationen innerhalb der Herzräume und an den Koronargefäßen sind nur bei
nichtschlagendem Herzen durchführbar. Für diese Eingriffe werden das Herz und die Lungen
aus dem normalen Kreislauf ausgeschaltet und stillgelegt. Ihre Funktion übernimmt eine
externe HLM. Dieser Vorgang wird als extrakorporale Zirkulation (EKZ) oder
kardiopulmonaler Bypass bezeichnet (Abb.4) (Gunaydin et al., 2002).
Bei der EKZ fließt das gesamte systemische Venenblut über Kanülen und Schläuche aus den
beiden Hohlvenen in ein Reservoir der HLM. Von dort wird es, nach Anreicherung mit
Sauerstoff und Entfernung von Kohlendioxid, in den arteriellen Kreislauf des Patienten über
die Aorta oder eine der großen Beinarterien zurückgepumpt.
Zur primären Füllung der HLM werden annähernd plasmaisotone Elektrolytlösungen, oft
unter Zusatz anderer Flüssigkeiten wie Glucose, Natriumhydrogencarbonat, Albumin und
Hydroxyethylstärke, genutzt. Dies führt zu einer nicht unerheblichen Verdünnung des
Patientenblutes.
Um eine Minderversorgung der einzelnen Organe mit Sauerstoff und eine daraus resultierende
Schädigung zu verhindern, muss der Sauerstoffbedarf der Gewebe während der EKZ
herabgesetzt werden. Hierzu bedient man sich der Unterkühlung des gesamten Körpers mit
Hilfe eines im Oxygenator integriertem Wärmetauschers.
Vor dem Anschluss an die HLM muss, zur Verhinderung einer Gerinnungsaktivierung in den
Schläuchen
und
dem
Oxygenator,
die
Blutgerinnungsfähigkeit
mit
Heparin
(Mucopolysaccharid) reduziert werden. Die EKZ kann über mehrere Stunden gefahrlos
aufrechterhalten werden. Allerdings kann die HLM nur innerhalb gewisser Grenzen die
I
NHALTSVERZEICHNIS
14
Funktion von Herz und Lunge übernehmen. Im Falle eines längerfristigen Organversagens
kommen andere hoch entwickelte Unterstützungssysteme zum Einsatz.
Abb.4: Darstellung einer Herz-Lungen-Maschine (HLM) mit EZK
Quelle: Kardiotechnik BMH Bochum, Herr Beck
1.2 Biologische Hintergründe
1.2.1 Aufgaben und Bestandteile des Blutes
Die Hauptfunktion des Blutes besteht im Transport von Gasen und Energie mittels des
Kreislaufsystems, das für einen kontrollierten und kontinuierlichen Austausch sorgt. Das
Herz, als zentrale Pumpe, hält einen ständigen Blutfluss aufrecht und erreicht somit jede
lebende Zelle des Körpers. Im Zusammenhang mit der Wundheilung hat das Blut außerdem
die Aufgabe der Abwehr eingedrungener Fremdkörper und ist somit ein wichtiger Bestandteil
des Immunsystems.
I
NHALTSVERZEICHNIS
15
Das Blut setzt sich aus festen und flüssigen Bestandteilen zusammen. Die festen Bestandteile
sind die Blutzellen, die etwa 45 Prozent des Gesamtvolumens ausmachen. Es gibt drei
verschiedene Blutzellengruppen, die Erythrozyten oder roten Blutkörperchen, die Leukozyten
oder weißen Blutkörperchen und die Thrombozyten oder Blutplättchen.
Die flüssigen Blutbestandteile bezeichnet man als Plasma. Das Plasma ist eine zu 90% aus
Wasser bestehende Lösung, die Eiweiße, Nährstoffe, Salze, Stoffwechselprodukte, Enzyme
und Hormone enthält. Der Anteil des Plasmas am Gesamtblutvolumen beträgt ungefähr 55
Prozent.
1.2.2 Blutzellen
Bei den Blutzellen sind die Erythrozyten der Hauptbestandteil. In einem Kubikmillimeter Blut
befinden sich 4-5 Millionen rote Blutkörperchen. Sie haben die Form einer bikonkaven,
flachen Scheibe. Die Erythrozyten enthalten Hämoglobin, welches für den Transport von
Sauerstoff und Kohlenmonoxid zuständig ist. Die Lebensdauer der roten Blutkörperchen
beträgt ungefähr 120 Tage. Danach sterben sie ab und werden in der Leber und der Milz
abgebaut. Für Nachschub sorgen die Bildungsstätten im Knochenmark.
Von den Leukozyten, oder weißen Blutkörperchen, gibt es nur etwa 3000 bis 8000 pro
Kubikmillimeter. Dafür haben sie aber die wichtige Aufgabe
der
allgemeinen
und
der
spezifischen
Immunabwehr
übernommen. Sie sind mehr als doppelt so groß wie die roten
Blutkörperchen und haben einen Zellkern. Außerdem können
sie sich ähnlich den einzelligen Lebewesen fortbewegen.
Gebildet werden die Leukozyten im Knochenmark. Wegen
ihrer vielfältigen Aufgaben müssen sie aber spezielle
Entwicklungs- und Proliferationsstadien durchmachen. Im
Lymphsystem (Thymus, Knochenmark, Lymphknoten, Milz,
Mandeln) werden sie zu Zellen mit unterschiedlicher Funktion
und Gestalt "ausgebildet". (Tab.1) Sie unterteilen sich in
Phagozyten und Lymphozyten:
Tab.1: Leukozyteneinteilung
I
NHALTSVERZEICHNIS
16
Die Phagozyten sind Zellen der allgemeinen Abwehr. Sie werden auch als Fresszellen
bezeichnet und können Fremdkörper erkennen und komplett aufnehmen.
Die Lymphozyten sind Bestandteil der spezifischen Immunabwehr. Sie sind für die
Vernichtung bestimmter Erreger ausgebildet.
Die Thrombozyten werden auch als Blutplättchen bezeichnet. Diese kernlosen, kleinen
diskoidalen Scheiben aggregieren bei Verletzungen auf einen bestimmten Reiz miteinander.
Diese Plättchenaggregation sorgt für die Freisetzung von Plättchenfaktoren, die die
Blutgerinnung aktivieren können. (Zucker, 1980; Dexter and Spooncer, 1987)
1.2.3 Blutgerinnung
Die Blutgerinnung findet in zwei Schritten, der primären und der sekundären, statt. Wird ein
Blutgefäß verletzt, kommt es innerhalb weniger Sekunden zur Konstriktion des Gefäßes und
zur Thrombozytenadhäsion. Durch eine Thrombozytenaggregation wird die Wunde vorläufig
verschlossen (primäre Blutgerinnung). Innerhalb von 1-2 Minuten kommt es durch
Aktivierung des Gerinnungssystems zum nachhaltigen Verschluss der Wunde (sekundäre
Blutgerinnung). Dieser kommt durch die Bildung einer netzartigen Struktur von
Fibrinpolymeren zustande. Um eine überschießende Gerinnung zu verhindern werden die
physiologische Hemmstoffe des Gerinnungsystems aktiviert. Hierzu gehören insbesondere
Antithrombin III (ATIII) und das synthetisch hergestellte Heparin (polymerisierte sulfatierte
Glycosaminoglykane). (Abb.5)
Der Gegenspieler des Gerinnungssystems ist das Fibrinolysesystem. Hierbei werden die
Fibrinpolymere gespalten und somit der Thrombus aufgelöst. Durch ein Ungleichgewicht
zwischen Gerinnung, Gerinnungshemmung und Fibrinolyse kann es zu einer Vielzahl von
Erkrankungen, wie z.B. der Thrombose oder Blutungsneigung, kommen.
Ca
2+
ist an der Aktivierung vieler Gerinnungsfaktoren beteiligt. Komplexbildner können das
freie Calcium binden und somit die Gerinnung inhibieren. Dies wird bei Blutkonserven und
manchen Blutproben (Gerinnung, Hämatologie) ausgenutzt. Eingesetzt werden Na-Citrat und
Na-EDTA. (Walker and Royston, 2002)
I
NHALTSVERZEICHNIS
17
1.2.4 Abwehrsysteme
Das Abwehrsystem des Menschen besteht aus vier Teilsystemen. Die unspezifische Abwehr
richtet sich gegen alle "Fremdlinge" im Körper. Ihre Mechanismen sind angeboren. Die
spezifische Abwehr richtet sich gezielt gegen bestimmte Antigene, die wieder erkannt werden
können. Die Vorgänge der spezifischen Abwehr sind erworben. Das bedeutet, dass der
menschliche Organismus lernen kann,
Tab.2: Teilsysteme der Immunabwehr
einen bestimmten Krankheitserreger
spezifisch abzuwehren, wenn er mit
ihm in Kontakt kommt. (Cooper and
Lawton 1974; Jerne, 1973) Man
unterscheidet in zelluläre und eine
humorale Abwehr. (Tab.2 und 4)
Abb.5: Gerinnungskaskade
Quelle: Klinische Chemie, Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
I
NHALTSVERZEICHNIS
18
1.2.4.1 Spezifisch humorale Abwehr
Ziel der spezifischen humoralen Abwehr ist die Bildung großer Mengen von Antikörpern.
Diese Aufgabe übernehmen die B-Lymphozyten. Sie werden im Knochenmark geprägt. Das
bedeutet, dass sie dort auf das Erkennen eines bestimmten Antigens trainiert werden. Ist das
Training abgeschlossen, werden die B-Lymphozyten über das Blut und die Lymphbahnen
freigesetzt. Kommen sie dann mit "ihrem" Antigen in Berührung, wandeln sie sich in
Plasmazellen um. Dabei vermehren sie sich stark. Die Plasmazellen produzieren dann große
Mengen Antikörper. Nach einer Infektion bleibt ein Teil der B-Zellen als B-Gedächtniszellen
erhalten. Antikörper werden auch als Immunglobuline bezeichnet. Sie werden in verschiedene
Klassen eingeteilt, Immunglobuline G, A, M, D und E. (Davies and Metzger, 1983; Reth,
1992)
1.2.4.2 Unspezifisch humorale Abwehr
Die humorale, unspezifische Abwehr besteht aus einer Vielzahl von löslichen Stoffen, den
Zytokinen. Die Zytokine werden von den Monozyten und Makrophagen produziert. Sie
sorgen dafür, dass vermehrt Abwehrzellen der unspezifischen Abwehr zur Verfügung stehen.
Zytokine werden deshalb auch Immunbotenstoffe genannt. Zu ihnen gehören u. a. das Beta-
und Gamma-Interferon, Interleukin 1 und Interleukin 2 und der Tumor-Nekrose-Faktor.
(Tab.3)
Name
Bildungsort
Wirkung
Interleukin 1
Makrophagen
,
B- und T-Zellen
,
Natürliche Killerzellen (NK)
,
Gliazellen
,
Hautzellen
induziert die Differenzierung von B-Zellen und Plasmazellen, fördert NK- und
Makrophagenaktivität, alarmiert Helferzellen, lockt neutrophile Granulozyten
an, erzeugt Fieber
Interleukin 2
aktivierte T-Zellen
induziert Vermehrung und Differenzierung von B- und T-Zellen, induziert
Lymphkinproduktion in T-Zellen, erhöht Monozytenaggressivität, aktiviert
Killerzellen
Interleukin 4
aktivierte T-Zellen
Wachstumsfaktor für B-Zellen, fördert IgG- und IgE-Produktion, fördert
Expression von MHC II auf B-Zellen, aktiviert zytotoxische T-Zellen
Interleukin 5
T-Zellen
fördert Immunglobulinsekretion und Differenzierung von Esosinophilen
Interleutkin 6
Monozyten, Lymphozyten
Wachstumsfaktor für Plasmazellen
Beta-Interferon
Leukozyten, Fibroblasten
Dämpfung der Immunantwort
Gamma-Interferon
T-Zellen, Natürliche Killerzellen (NK)
steigert die NK- und Makrophagen-Aktivität, vermehrt B-Zellen, fördert die
Abwehrbereitschaft von Körperzellen gegenüber Viren
Tumor- Nekrose-
Faktor (TNF)
Makrophagen, T-Zellen
aktiviert B- und T-Zellen, Granulozyten und Makrophagen, zerstört
Tumorzellen, erzeugt Fieber
Tab.3: Interleukine
I
NHALTSVERZEICHNIS
19
1.2.4.3 Spezifisch zelluläre Abwehr
Die T-Lymphozyten sind die wichtigsten Zellen der spezifischen zellulären Abwehr. Nicht
immer gelingt es der unspezifischen Abwehr und der spezifischen humoralen Abwehr, alle
Krankheitserreger vollständig zu vernichten. Dann treten die T-Zellen in Aktion. Ähnlich den
B-Zellen werden die T-Lymphozyten auf ihre spezielle Aufgabe hin ausgebildet. Das
geschieht im Thymus. Nach der Ausbildung zirkulieren die T-Lymphozyten in Blut- und
Lymphbahnen. Treffen sie auf eine antigenpräsentierende Zelle, die ihr spezielles Antigen auf
ihrer Oberfläche abgebildet hat, so dockt sie mit ihrem Rezeptor an diese Zelle an. Dieses
Zusammentreffen ist aber nicht "zufällig", da u.a. die IL-1 Ausschüttung das Anlocken der T-
Lymphozyten bewirkt.
Nach dem Andockmanöver fängt der T-Lymphozyt an, sich zu teilen und spezielle T-Zellen
auszubilden. Dazu gehören:
T-Helferzellen: Sie können Antigene auf antigenpräsentierenden Zellen erkennen. Dazu
brauchen sie aber das MHC II Molekül, ein spezielles Molekül, das an der Oberfläche von
antigenpräsentierenden Zellen zu finden ist. MHC II Molekül und präsentiertes Antigen
zusammen passen auf den speziellen Rezeptor der T-Helferzelle. Anschließend werden
Plasmazellen und zytotoxische T-Zellen aktiviert.
T-Suppressorzellen: Sie haben eine wichtige Kontrollfunktion. Damit die Immunreaktion
nicht unkontrolliert weiterläuft, können die T-Suppressorzellen die Reaktion je nach Bedarf
hemmen und reduzierend auf die Ausschüttung der Zytokine wirken.
T-Gedächtniszellen: Diese speziellen Helferzellen können die einmal gelernte spezielle
Immunreaktion speichern. Kommt dann der Organismus wieder mit demselben Antigen in
Kontakt, lösen die T-Gedächtniszellen schnell eine gezielte Abwehrreaktion aus.
Zytotoxische T-Zellen: Sie sind auf die Abwehr von Viren spezialisiert. Ist eine
Körperzelle von Viren befallen, so haben die zytotoxischen T-Zellen die Fähigkeit, die Hülle
der Zellen zu durchlöchern. Dadurch löst sich die Zelle praktisch auf. Man nennt diesen
Vorgang auch Lyse. Durch die Auflösung der Zelle werden die Viren im Innern meistens
vernichtet. Das gelingt nicht immer. Manchmal bleiben Viren im Körper und können immer
wieder Infektionen hervorrufen. (Berard and Tough, 2002;Zubler, 2001)
I
NHALTSVERZEICHNIS
20
1.2.4.4 Unspezifisch zellulär
Die unspezifischen Abwehrmaßnahmen treten als erstes in Aktion, d.h. die neutrophilen
Granulozyten, die Monozyten und die Makrophagen sind zuerst am Ort des Geschehens, z. B.
einem Infektionsherd oder einer Wunde. Sie werden über chemische Botenstoffe angelockt.
Die Zellen der unspezifischen Abwehr sind in der Lage, Fremdstoffe zu phagozytieren. Dabei
werden die Fremdstoffe zuerst von Ausläufern der Zellen umschlossen und dann in die Zelle
aufgenommen. Schließlich wird der Fremdling unschädlich gemacht, indem er einfach durch
die Enzyme der Phagozyten abgebaut wird.
Die natürlichen Killerzellen (NK-Zellen) sind darauf spezialisiert, insbesondere Tumorzellen
und Viren unschädlich zu machen. NK-Zellen sind spezielle große gekörnte Lymphozyten.
Sie werden durch die von den virusinfizierten Zellen abgesonderten Interferone angelockt.
Dann durchlöchern sie die Zellmembranen der virusinfizierten Zellen mit bestimmten
Proteinen. Dadurch stirbt die Zelle ab und das Virus kann sich nicht mehr vermehren.
Zusammenfassung aller Abwehrzellen
Abwehrzellen
Funktion
Monozyten
im Blut Vorläufer der Makrophagen
Makrophagen
(große Fresszellen)
phagozytieren in allen Geweben und in der Lymphflüssigkeit
Antigenpräsentierende Zellen
(APZ)
z. B. Makrophagen, B-Zellen und Langerhanszellen der
Haut. sie "präsentieren" Antigene und starten damit eine
Reaktionskette der Immunantwort
Granulozyten
Neutrophile Granulozyten
(kleine Fresszellen)
phagozytieren Bakterien, Viren und Pilze im Blut
Eosinophile Granulozyten
Abwehrzellen gegen Parasiten, allergische Reaktionen
Basophile Granulozyten
(im Interstitium Mastzellen genannt)
Abwehrzellen gegen Parasiten, allergische Reaktionen,
Entzündungsreaktion, Juckreizentstehung.
B-Zellen
B-Lymphozyten
Vorläufer der Plasmazellen
Plasmazellen
auf Antikörperproduktion spezialisierte Zellen
B-Gedächtniszellen
langlebige B-Zellen mit "Antigengedächtnis"
T-Zellen
T-Helfer-Zellen
aktivieren Plasmazellen und Killerzellen, erkennen Antigene
auf antigenpräsentierenden Zellen
T-Supressorzellen
bremsen die Immunantwort, hemmen die Funktion von B-
Zellen und anderen T-Zellen
T-Gedächtnis-Zellen
langlebige T-Zellen mit "Antigengedächtnis"
Zytotoxische T-Zellen
erkennen und zerstören von Viren befallene Körperzellen
und Tumorzellen
Natürliche Killerzellen (NK)
greifen unspezifisch virusinfizierte Zellen und Tumorzellen
an
Tab.4: Abwehrzellen.
Quelle: Mensch, Körper, Krankheit, Arne Schäffler und Nicole Menche
I
NHALTSVERZEICHNIS
21
1.2.5 Screeningverfahren zur Quantifizierung der Genexpression
Alle zellulären Aktivierungsmuster verlaufen nach demselben Schema: ein extrazellulärer
Reiz aktiviert über eine Signaltransduktionskaskade die Umschreibung eines DNA-Fragments
(kodierend für das entsprechende Gen) in mRNA. Dabei wird meisten die Promotorregion des
entsprechenden Gens aktiviert. Bei der Umschreibung werden alle Introns der DNA
vernachlässigt, sodass die mRNA nur die kodierende Sequenz enthält. Die Produktionsstätte
der Proteine sind die Ribosome, zusammen gesetzt aus 18 und 28s rRNA. Jedes mRNA-
Triplett kodiert für eine Aminosäure (AS). Die Fertigstellung der Protein (Adressierung und
Tertiärstruktur) erfolgt im Golgi-Apparat, bevor das Protein intra- oder extrazellulär seine
Wirkung entfaltet.
Über die DNA-Chip Technologie ist es heutzutage möglich, ein quantitatives Screening der
Genexpression durchzuführen. Mit der Isolierung der mRNA hat man im jeweiligen Moment
das komplette Aktivierungsmuster, hervorgerufen durch einen externen Reiz, wie in unserem
Falle die Stentimplantation oder die extrakorporale Zirkulation durch das Schlauchsystem
einer Herz-Lungen-Maschine. Der Fremdoberflächenkontakt führt zu massiven Abwehr-
reaktionen, die noch nie über das gesamte Genspektrum analysiert worden sind.
1.3 Hinführung zum Thema
Die angesprochene Biokompatibilität zu unphysiologischen Oberflächen ist in der heutigen
Medizin ein großes und wichtiges Problem. Jeder künstlicher Eingriff in den Körper bringt
ein biologisches System mit einem synthetischen Material in Verbindung. Sei es für längere
Zeit, wie bei künstlichen Herzklappen oder Gelenken, bei denen Die Zytokompatibilität
(Gewebeverträglichkeit) eine wesentliche Rolle spielt, oder nur für kurze Zeit, wie bei
kardiopulmonaren Bypassoperationen, bei denen die Hämokompatibilität (Blutverträglichkeit)
zum Leidwesen der Patient noch immer ungenügend ist. Auch bei invasiven Operationen am
Herzen, bzw. bei der Implantation von endokoronaren Gefäßprothesen (Stents), aktiviert der
Kontakt von Blut mit unphysiologischen Oberflächen das Gerinnungssystem, das
Fibrinolysesystem und das zelluläre wie humorale Abwehrsystem. Diese Bioinkompatibilität
der synthetischen Implantate verdeutlicht die Unverträglichkeit und trägt einen großen Anteil
am postoperativen Zustand der Patienten (host-versus-graft reaction).
I
NHALTSVERZEICHNIS
22
Es wurde noch keine Beschichtung von Fremdoberflächen gefunden, die eine perfekte
Verträglichkeit garantiert, das heißt die ganz ohne systemisch-inflammatorische Antwort
bleibt. Dabei ist die Hämoinkompatibilität der Hauptgrund für darauf folgende
Thrombosierungs- und inflammatorische Prozesse mit vermehrter Ausschüttung von
Zytokinen, freie Radikalen, etc. Trotz Suppression mit Antikoagulantien kann es zur
Mikrothrombenbildung und Mikroembolisation in Organen kommen. Im Rahmen der
Entzündungsreaktion
tritt
eine
vermehrte
Membranpermeabilität
mit
erhöhtem
Volumenbedarf und generalisierter Ödemneigung auf. (Wendel and Ziemer, 1999)
Die Problematik bei der Entwicklung von besser biokompatiblen Materialien besteht darin,
dass bisher nur unvollständige Kenntnisse über den Pathway der Aktivierungsmechanismen
vorhanden sind. Hier wären genaue Kenntnisse über intra- und extrazelluläre
Signaltransduktionen von großem Vorteil um Oberflächen zu erzeugen, die vom
menschlichen Körper nicht mehr als Fremdkörper anerkannt werden und damit eine falsch
pathophysiologische Immunantwort möglicherweise ausbleibt.
Bisher gibt es keine umfassenden molekularbiologischen Untersuchungen, die spezielle
Genexpressionsmuster bei Blut-Material-Kontakt analysiert haben. Deshalb sollte mittels der
DNA-Chip Technologie ein breites Screening der unterschiedlichen Genexpressionen
vorgenommen werden. Nach genauer Auswertung wird die Expression einzelner,
interessanter Gene mit Hilfe der Real-Time-PCR Technologie überprüft.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde mit zwei unterschiedlichen Ansätzen der Blutkontakt mit
Fremdmaterialien simuliert:
·
Zum einen mit Hilfe eines etablierten in vitro Stent-Test-Modells (3 Probanden), wo
auf molekularer Ebene die reine Auswirkung von Koronarendoprothesen bei
Blutkontakt untersucht wurde.
·
Zum anderen mit Hilfe einer Patientenstudie, mit herzkranken männlichen Patienten,
die sich einer aortokoronaren Bypassoperation unterziehen mussten. Zwei
Patientengruppen wurden verglichen, mit jeweils unterschiedlichen Beschichtungen
der Materialien des HLM-Systems die in Blutkontakt kamen: bioaktiv und biopassiv.
I
NHALTSVERZEICHNIS
23
Bei der bioaktiven Gruppe wird ausschließlich eine Heparinbeschichtung verwendet
(Tayama et al., 2000). Bei der biopassiven Gruppe ist nur der Oxygenator mit einer
neutralen Beschichtung versehen.
Von den gewonnenen Erkenntnissen verspricht man sich neue Ansätze für die Entwicklung
von Pharmaka zur Beeinflussung bestimmter Genaktivitäten zur Reduzierung der host-versus-
graft reaction. Von der Modifizierung und Funktionalisierung von Fremdoberflächen zur
Schaffung von besser biokompatiblen Materialen, die eine optimale Integration in den
menschlichen Körper bewirken, verspricht man sich in den kommenden Jahren revolutionäre
Veränderungen in der invasiven Chirurgie.
Details
- Seiten
- Erscheinungsform
- Originalausgabe
- Jahr
- 2002
- ISBN (eBook)
- 9783832486433
- ISBN (Paperback)
- 9783838686431
- DOI
- 10.3239/9783832486433
- Dateigröße
- 1.5 MB
- Sprache
- Deutsch
- Institution / Hochschule
- Eberhard-Karls-Universität Tübingen – Biologie 15
- Erscheinungsdatum
- 2005 (März)
- Note
- 1,0
- Schlagworte
- stent dann-microarray oberflächenverträglichkeit biokompatibilität real-time
