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DFG project G:(GEPRIS)403471716

Experimentelle Untersuchungen und Modellierung von biohybriden Herzklappen inklusive Gewebereifung – von in vitro zu in situ Tissue Engineering

CoordinatorProfessor Dr. Stefan Jockenhövel ; Professorin Dr.-Ing. Stefanie Reese
Grant period2018 - 2024
Funding bodyDeutsche Forschungsgemeinschaft
 DFG
IdentifierG:(GEPRIS)403471716

Note: Die Langzeitfunktion von Biohybrid-Implantaten (z. B. Herzklappen) hängt maßgeblich von der Qualität und Quantität der produzierten extrazellulären Matrix (ECM) ab. Die ECM muss eine langfristige strukturelle Unterstützung bieten, um einer Vielzahl von mechanischen Belastungszyklen (90.000 Öffnungs- und Schließvorgänge der Herzklappe pro Tag) standzuhalten. Verschiedene Herstellungsansätze (in vitro, in situ und perioperativ) werden propagiert, um eine optimale ECM-Produktion zu erreichen. Die Integration einer belastungsorientierten Textilstruktur in das Implantat dient während des Herstellungsprozesses als (i) biomimetische Verstärkung und (ii) als Orientierung für das ECM Wachstum. Die Bewertung der optimalen Balance zwischen lasttragender Verstärkung und verbleibenden biomechanischen Reizen auf die ECM, um eine Orientierung in Lastrichtung zu bewirken, ist empirisch kaum möglich. Daraus ergibt sich ein Bedarf nach geeigneten Modellen, um das Implantat unter in vitro und in vivo Bedingungen zu simulieren und die Entwicklung weiter zu unterstützen. Ziel dieses Projektes ist es, das im Vorgängerprojekt entwickelte Simulations- und Modellierungswerkzeug zu erweitern, um das mechanische Verhalten von biohybriden Herzklappenimplantaten während des gesamten in-vitro- und in-vivo Reifungsprozesses genau vorherzusagen. Darüber hinaus soll die Degradation und Schädigung über viele Lastzyklen nach der Implantation modelliert werden. Durch schrittweises Einbeziehen der Ergebnisse der Teilprojekte P1 (Hydrogelmaterial), P2 (mechanische Eigenschaften von Scaffolds), P6 (Degradationsverhalten des Materials) und P7 (textile Verstärkung) unterstützt das Modell das Produktdesign (hinsichtlich der technischen Konfiguration der textilen Verstärkung). Es wird Einblicke in den komplexen Wachstums- und Umbauprozess generieren und damit die Optimierung des Biohybridimplantats für alle Kultivierungsmethoden unterstützen. Die Validierung des Simulationswerkzeugs erfolgt durch einen Tierversuch in einem großen Tiermodell, in dem alle drei Herstellungsmethoden evaluiert werden. Die Validierung ist besonders wichtig, um die Langzeitschäden der Herzklappe zu untersuchen (TexValve).
   

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A comprehensive framework for computational modeling of growth and remodeling in tissue-engineered soft collagenous materials
Biomechanics and modeling in mechanobiology 24(5), 1687-1711 () [10.1007/s10237-025-01988-x]  GO OpenAccess  Download fulltext Files BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

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A continuum chemo‐mechano‐biological model for in‐stent restenosis with consideration of hemodynamic effects
GAMM-Mitteilungen 48(1), e202370008 () [10.1002/gamm.202370008]  GO OpenAccess  Download fulltext Files BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

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Data-driven reduced order surrogate modeling for coronary in-stent restenosis
Computer methods and programs in biomedicine 257, 108466 () [10.1016/j.cmpb.2024.108466]  GO OpenAccess  Download fulltext Files BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

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A gradient-extended thermomechanical model for rate-dependent damage and failure within rubberlike polymeric materials at finite strains
International journal of plasticity 173, 103883 () [10.1016/j.ijplas.2024.103883]  GO BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

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A physics-informed deep learning framework for modeling of coronary in-stent restenosis
Biomechanics and modeling in mechanobiology 23(2), 615-629 () [10.1007/s10237-023-01796-1]  GO  Download fulltext Files BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

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Gradient-extended damage modelling for polymeric materials at finite strains : Rate-dependent damage evolution combined with viscoelasticity
European journal of mechanics / A 103, 105121 () [10.1016/j.euromechsol.2023.105121]  GO BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

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Modelling of damage and failure within polymeric adhesives
93. Annual Meeting of the International Association of Applied Mathematics and Mechanics, GAMM 2023, DresdenDresden, Germany, 30 May 2023 - 2 Jun 20232023-05-302023-06-02 Proceedings in applied mathematics and mechanics : PAMM 23(4), e202300010 () [10.1002/pamm.202300010] special issue: "Special Issue: 93rd Annual Meeting of the International Association of Applied Mathematics and Mechanics (GAMM) / Issue Edited by: M. Beitelschmidt, Ch. Böhm, K. Eckert, J. Fröhlich, M. Kästner, S. Löhnert, S. Neukamm, O. Sander, M. Schmidtchen, A. Voigt, J. Waimann, T. Wallmersperger, M. Kaliske"  GO OpenAccess  Download fulltext Files BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

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Modeling the maturation process of tissue-engineered biohybrid heart valve implants
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Computational modeling of in-stent restenosis : Pharmacokinetic and pharmacodynamic evaluation
Computers in biology and medicine 167, 107686 () [10.1016/j.compbiomed.2023.107686]  GO  Download fulltext Files BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

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 Record created 2022-12-28, last modified 2025-07-16
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