Zur Frage der Aktivierung des Gerinnungs- und Komplementsystemes bei Verwendung von oberflächenmodifizierten Biomaterialien

Kopp, Rüdger; Mottaghy, Khosrow

doi:415

Zur Frage der Aktivierung des Gerinnungs- und Komplementsystemes bei Verwendung von oberflächenmodifizierten Biomaterialien

Kopp, Rüdger (Author)

2002

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Rüdger Kopp

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2002

UmfangII, 117 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2002

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Mottaghy, Khosrow (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2002-07-16

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-4159
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/57134/files/Kopp_Ruedger.pdf

Einrichtungen

Medizinische Fakultät (510000-1)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Medizin (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Bei der extrakorporalen Blutzirkulation (ECC), z. B. als Dialyse, Herz-Lungen-Maschine oder extrakorporale Membranoxygenierung (ECMO), führt der Blut-Biomaterial-Kontakt zur ausgeprägten Aktivierung verschiedener Kaskadensysteme des Blutes. Durch die systemische Gabe von Antikoagulantien, wie Heparin, kann die Gerinnungsaktivierung auf Kosten einer erhöhten Gefahr von Blutungskomplikationen gehemmt werden. Durch die Heparinbeschichtung (HBS) der Biomaterialien kann je nach Beschichtungsverfahren die Aktivierung von Gerinnungssystem, Thrombozyten, Komplementsystem und Leukozyten in unterschiedlichem Maße reduziert und so die Biokompatibilität der ECC verbessert werden. In der vorliegenden Arbeit wurde die Biokompatibilität einer kovalenten End-Punkt-Heparinbeschichtung in verschiedenen In-vitro und In-vivo-Modellen unter besonderer Berücksichtigung des Gerinnungs- und Komplementsystems untersucht. Ein besonderes Augenmerk wurde auf die Mechanismen gelegt, die die Aktivierung an den Oberflächen mit HBS verhindern. In einem pumpengetriebenen, mit Humanblut gefüllten In-vitro-Modell, in das ein arterieller Blutfilter integriert wurde, verminderte nicht nur die vollständige Beschichtung der Oberflächen sondern auch der isolierte Einsatz eines heparinbeschichteten Filters die Gerinnungsaktivierung. Die Komplementaktivierung als initialer Schritt der Immunaktivierung an Biomaterialien konnte aber nur durch den Einsatz der HBS auf allen Oberflächen verhindert werden. Um die Mechanismen, die zur Unterdrückung vor allem der alternativen Komplementaktivierung führen, genauer zu untersuchen, wurden heparinbeschichtete und unbeschichtete Oberflächen in einem mit Humanblut gefüllten Schlauchkreis ("Chandler-Loop"-System) parallel untersucht. Die signifikant vermehrte Bindung der Komplementinhibitoren C1 Inhibitor und Faktor H auf HBS führte zum signifikant vermindertem Nachweis aktivierungsspezifischer Komplementfaktoren (iC3b und C5b-9) als Zeichen der reduzierten Komplementaktivierung. Dies wurde durch entsprechend geringere Blutkonzentrationen der alternativen C3-Konvertase und des Terminalkomplexes in den Versuchen mit HBS bestätigt. In den abschließenden In-vivo-Versuchen wurden adulte Schafe über 120 h an eine ECMO angeschlossen. Im Vergleich zur unbeschichteten Kontrolle blieb die Heparinbeschichtung über die gesamte Versuchsdauer stabil und konnte sowohl die Gerinnungs- als auch die Komplementaktivierung effektiv verhindern. Die Bindung von aktivierenden und hemmenden Komplementfaktoren auf HBS bzw. unmodifizierten Biomaterialien entsprach den In-vitro-Versuchen.

Extracorporeal blood circulation (ECC) for dialysis, cardiopulmonary bypass and extracorporeal membrane oxygenation (ECMO) induces the activation of different humoral and cellular cascade systems. Systemic anticoagulation with heparin inhibits activation of blood coagulation but increases risk of bleeding. Heparin bonded surfaces (HBS) of the biomaterials reduce the activation of coagulation, platelets, complement system and leukocytes according to the type of HBS leading to improved biocompatibility. In this study the biocompatibility of a covalently end-point-attached heparin coating was analyzed in different in-vitro and in-vivo-models considering coagulation and complement systems. Mechanism inhibiting the activation on HBS were examined. An in-vitro-model integrating a roller pump and an arterial blood filter was filled with human blood. After heparin coating of whole circuit as well as isolated coating of arterial filter blood coagulation was less activated, but only modifying all blood contacting surfaces reduced complement activation. To examine mechanism of reduced complement activation heparin coated and unmodified surfaces were simultaneously tested in an in-vitro-study with a closed tube-circuit ("Chandler-Loop") filled with human blood. Significantly increased binding of complement inhibitors C1 Inhibitor and factor H on HBS lead to significantly reduced detection of activation specific complement proteins (iC3b and C5b-9) demonstrating reduced complement activation. Analysis of alternative C3-convertase and soluble terminal complement complex in blood revealed decreased activation for HBS. In-vivo-experiments with adult sheep compared ECMO with HBS or with unmodified surfaces for 120 hrs. Experiments demonstrated non-leaching and constant function of HBS preventing activation of coagulation and complement systems. Detection of complement proteins on HBS and unmodified surfaces confirmed results of in-vitro-experiments with "Chandler-Loop".

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