Modulation of the angiogenic potential in collagen matrices by immobilisation of heparin and loading with vascular endothelial growth factor

Yao, Chang; Pallua, Norbert

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-5932

Modulation of the angiogenic potential in collagen matrices by immobilisation of heparin and loading with vascular endothelial growth factor

Yao, Chang (Author)

2003

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Chang Yao

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2003

Umfang97 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2003

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Pallua, Norbert (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2003-06-17

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-5932
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/61928/files/Yao_Chang.pdf

Einrichtungen

Medizinische Fakultät (510000-1)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Medizin (frei) ; Angiogenesis (frei) ; collagen (frei) ; heparin (frei) ; VEGF (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Die Vaskularisierung von Gewebeersatz kann in vielen Fällen nicht mit dem Einwachsen von Zellen schritthalten. Nährstoff- und Sauerstoff-Angebot sind nicht ausreichend, was letztendlich zum Tod der eindringenden Zellen führt. Die Verbesserung der angiogenen Fähigkeiten des Gewebeersatzes stellt folglich eine bedeutende Herausforderung auf dem Gebiet des tissue engineering dar. Die Immobilisierung angiogener Wachstumfaktoren könnte für das Steigerung der Angiogenese nützlich sein. Der stärkste angiogene Wachstumfaktor vascular endothelial growth factor (VEGF165) ist spezifisch für Endothelzellen und hat sowohl eine hohe angiogene Aktivität, als auch eine hohe Affinität für Heparin. Um VEGF zu immobilisieren, beschloß ich nun Heparinmoleküle durch kovalente Vernetzung an die Aminofinktionen des Kollagens in Kollagenmatrizen einzubauen . Die physikalische Bindung von VEGF an Heparin könnte so eine schnelle Abgabe des Wachstumsfaktors aus dem Implantat verhindern, während die Freisetzung mit der Degradierung der Kollagenmatrix gekoppelt wäre. Die modifizierten Matrizen wurden durch Ermittlung des Ausmaßes der Heparinimmobilisierung, der in-vitro Degradierungsrate durch Kollagenase, der Zahl freien Aminofunktionen und der Feuchtigkeitsaufnahme charakterisiert. Um die angiogenen Eigenschaften zu überprüfen wurden nicht-modifizierter und heparinisierter Kollagenproben jeweils entweder unbehandelt, oder mit VEGF beladen sowohl auf die Allantochorionmembran von Hühnerembryonen, als auch subkutan in die Ratte implantiert. Die Kollagenproben wurden anschließend nach unterschiedlich lang andauernder Implantierung explantiert, die Zahl Kapillaren in der Allantochorionmembran und der Hämoglobininhalt in den Probestücken ausgewertet: Die heparinisierten die mit VEGF beladenen Kollagenmatrizen wurden in einem im wesentlichen höheren Umfang vaskularisiert, als die nicht-modifizierten Matrizen, die mit der selben Menge VEGF beladen wurden. Diese Modifizierungen können vom grundlegender Bedeutung für zukünftige Entwicklungen auf dem Gebiet des Hautersatzes sein, in dem der Grad der Vaskularisierung für das Überleben der ausgesäten autologen Zellen oder Stammzellen notwendig ist.

The vascularization of engineered tissues in many cases does not keep up with the ingrowth of cells. Nutrient and oxygen supply are not sufficient, which ultimately leads to the death of the invading cells. The enhancement of the angiogenic capabilities of engineered tissues therefore represents a major challenge in the field of tissue engineering. The immobilization of angiogenic growth factors may be useful for enhancing angiogenesis. The most potent angiogenic growth factor specific to endothelial cells, vascular endothelial growth factor (VEGF165), has a high angiogenic activity and a high affinity for heparin. In order to immobilize VEGF, I therefore decided to incorporate heparin molecules into collagen matrices by covalently cross-linking them to amino functions on the collagen. Physical binding of VEGF to the heparin may then prevent a rapid clearance from the implant, while the release rate may be coupled to the degradation of the collagen matrix. The modified matrices were characterized by determination of the extent of the heparin immobilization, the in vitro degradation rate by collagenase, the number of free amino functions and the moisture uptake. For testing the angiogenic properties non-modified and heparinized collagen specimen were - either loaded with VEGF or non-loaded - implanted on the chorioallantoic membrane of the chicken embryo and in subcutaneous tissue of the rat. Specimens were explanted after varying periods of implantation, the number of capillaries in the CAM and hemoglobin content in the specimens were evaluated: heparinized collagen matrices loaded with VEGF are vascularized to a substantially higher extent as the non-modified matrices loaded with the same amount of VEGF. These modifications may be of prime importance for future developments in the field of skin substitutes, in which the rate of vascularization is essential for the survival of seeded autologous or stem cells.

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