TY - THES A1 - Kreß, Sebastian T1 - Development and proof of concept of a biological vascularized cell‐based drug delivery system T1 - Entwicklung und Proof of Concept eines biologischen, vaskularisierten, zellbasierten Drug‐Delivery‐Systems N2 - A major therapeutic challenge is the increasing incidence of chronic disorders. The persistent impairment or loss of tissue function requires constitutive on‐demand drug availability optimally achieved by a drug delivery system ideally directly connected to the blood circulation of the patient. However, despite the efforts and achievements in cell‐based therapies and the generation of complex and customized cell‐specific microenvironments, the generation of functional tissue is still unaccomplished. This study demonstrates the capability to generate a vascularized platform technology to potentially overcome the supply restraints for graft development and clinical application with immediate anastomosis to the blood circulation. The ability to decellularize segments of the rat intestine while preserving the ECM for subsequent reendothelialization was proven. The reestablishment of a functional arteriovenous perfusion circuit enabled the supply of co‐cultured cells capable to replace the function of damaged tissue or to serve as a drug delivery system. During in vitro studies, the applicability of the developed miniaturized biological vascularized scaffold (mBioVaSc‐TERM®) was demonstrated. While indicating promising results in short term in vivo studies, long term implantations revealed current limitations for the translation into clinical application. The gained insights will impact further improvements of quality and performance of this promising platform technology for future regenerative therapies. N2 - Eine kontinuierlich steigende Inzidenz chronischer Krankheiten stellt eine immer größer werdende therapeutische Herausforderung dar. Der anhaltende Funktionsverlust von Geweben erfordert die bedarfsgerechte Verfügbarkeit von Wirkstoffen, deren kontinuierliche Bereitstellung und Verteilung über die Blutzirkulation von implantierbaren Pharmakotherapie‐Produkten gelöst werden kann. Trotz der Fortschritte und Erfolge mit Zelltherapien sowie der Nachbildung der Zell‐eigenen Nischen konnten bisher noch keine funktionellen Gewebe für die medizinische Anwendbarkeit hergestellt werden. Diese Studie zeigt die Möglichkeit zur Herstellung einer vaskularisierten Plattform‐ Technologie um die Beschränkung der Nährstoff‐Versorgung zu überwinden für die Entwicklung von Transplantaten für die klinische Anwendung und deren sofortige Anastomose an die Blutzirkulation. Die Möglichkeit Rattendarmsegmente zu dezellularisieren, die Extrazellulärmatrix und das interne Gefäßsystem dabei jedoch zu erhalten um diese Strukturen wiederzubesiedeln wurde bewiesen. Das Wiederherstellen des funktionellen arteriovenösen Perfusionskreislaufs ermöglichte die Versorgung von Ko‐kultivierten Zellen um damit funktionalen Gewebeersatz bzw. ‐modelle aufzubauen oder als Medizin‐ Produkt Einsatz zu finden. In vitro‐Studien zeigten eindrucksvoll Reife und Anwendbarkeit des hier entwickelten miniaturisierten, biologischen, vaskularisierten Scaffold (mBioVaSc‐TERM®). Während in in vivo‐Studien zunächst vielversprechende Ergebnisse erzielt wurden, zeigten Langzeit Implantationen die aktuellen Grenzen zur Translation in die klinische Anwendung. Die gewonnenen Erkenntnisse werden dazu dienen Qualität und Funktionalität dieser vielversprechenden Plattform‐Technologie zu verbessern um zukünftige regenerative Therapien zu ermöglichen. KW - Vaskularisation KW - Dezellularisierung KW - Tissue Engineering KW - Therapeutisches System KW - Implantat KW - Vascularized KW - drug delivery Y1 - 2019 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-178650 ER - TY - JOUR A1 - Bing-Shi Tan, Ariel A1 - Kress, Sebastian A1 - Castro, Leticia A1 - Sheppard, Allan A1 - Raghunath, Michael T1 - Cellular re- and de-programming by microenvironmental memory: why short TGF-β1 pulses can have long effects JF - Fibrogenesis Tissue Repair N2 - Background Fibrosis poses a substantial setback in regenerative medicine. Histopathologically, fibrosis is an excessive accumulation of collagen affected by myofibroblasts and this can occur in any tissue that is exposed to chronic injury or insult. Transforming growth factor (TGF)-β1, a crucial mediator of fibrosis, drives differentiation of fibroblasts into myofibroblasts. These cells exhibit α-smooth muscle actin (α-SMA) and synthesize high amounts of collagen I, the major extracellular matrix (ECM) component of fibrosis. While hormones stimulate cells in a pulsatile manner, little is known about cellular response kinetics upon growth factor impact. We therefore studied the effects of short TGF-β1 pulses in terms of the induction and maintenance of the myofibroblast phenotype. Results Twenty-four hours after a single 30 min TGF-β1 pulse, transcription of fibrogenic genes was upregulated, but subsided 7 days later. In parallel, collagen I secretion rate and α-SMA presence were elevated for 7 days. A second pulse 24 h later extended the duration of effects to 14 days. We could not establish epigenetic changes on fibrogenic target genes to explain the long-lasting effects. However, ECM deposited under singly pulsed TGF-β1 was able to induce myofibroblast features in previously untreated fibroblasts. Dependent on the age of the ECM (1 day versus 7 days’ formation time), this property was diminished. Vice versa, myofibroblasts were cultured on fibroblast ECM and cells observed to express reduced (in comparison with myofibroblasts) levels of collagen I. Conclusions We demonstrated that short TGF-β1 pulses can exert long-lasting effects on fibroblasts by changing their microenvironment, thus leaving an imprint and creating a reciprocal feed-back loop. Therefore, the ECM might act as mid-term memory for pathobiochemical events. We would expect this microenvironmental memory to be dependent on matrix turnover and, as such, to be erasable. Our findings contribute to the current understanding of fibroblast induction and maintenance, and have bearing on the development of antifibrotic drugs. KW - cytokine KW - fibrosis KW - transforming growth factor-beta 1 KW - extracellular matrix KW - memory KW - pulses KW - phenotype KW - kinetics Y1 - 2013 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-131898 VL - 6 IS - 12 ER - TY - JOUR A1 - Kress, Sebastian A1 - Baur, Johannes A1 - Otto, Christoph A1 - Burkard, Natalie A1 - Braspenning, Joris A1 - Walles, Heike A1 - Nickel, Joachim A1 - Metzger, Marco T1 - Evaluation of a miniaturized biologically vascularized scaffold in vitro and in vivo JF - Scientific Reports N2 - In tissue engineering, the generation and functional maintenance of dense voluminous tissues is mainly restricted due to insufficient nutrient supply. Larger three-dimensional constructs, which exceed the nutrient diffusion limit become necrotic and/or apoptotic in long-term culture if not provided with an appropriate vascularization. Here, we established protocols for the generation of a pre-vascularized biological scaffold with intact arterio-venous capillary loops from rat intestine, which is decellularized under preservation of the feeding and draining vascular tree. Vessel integrity was proven by marker expression, media/blood reflow and endothelial LDL uptake. In vitro maintenance persisted up to 7 weeks in a bioreactor system allowing a stepwise reconstruction of fully vascularized human tissues and successful in vivo implantation for up to 4 weeks, although with time-dependent decrease of cell viability. The vascularization of the construct lead to a 1.5× increase in cellular drug release compared to a conventional static culture in vitro. For the first time, we performed proof-of-concept studies demonstrating that 3D tissues can be maintained within a miniaturized vascularized scaffold in vitro and successfully implanted after re-anastomosis to the intrinsic blood circulation in vivo. We hypothesize that this technology could serve as a powerful platform technology in tissue engineering and regenerative medicine. KW - biological models KW - translational research Y1 - 2018 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-176343 VL - 8 IS - 4719 ER - TY - THES A1 - Kreß, Sebastian T1 - Retrospektive Datenanalyse zum postoperativen Befinden von minimal-invasiv chirurgisch behandelten Patienten nach intraoperativer Gabe von Fentanyl oder Sufentanil T1 - Retrospective data analysis on the postoperative condition of minimally invasive surgically treated patients after intraoperative administration of fentanyl or sufentanil N2 - Zusammenfassung: Fentanyl und Sufentanil sind zwei synthetisch hergestellte Opioide, die in der Anästhesiologie für die intraoperative Analgesie eingesetzt werden. Sie weisen ein unterschiedliches pharmakodynamisches Profil auf. Im Jahr 2014 wurde das Opioidregime für minimal-invasive Standardeingriffe im Klinikum Fulda von Fentanyl auf Sufentanil umgestellt. In der geplanten retrospektiven Datenerhebung sollten Daten von Patienten, die vor 2014 mit Fentanyl analgesiert wurden, verglichen werden mit Daten von Patienten, bei denen nach 2014 Sufentanil in die Narkoseführung implementiert war. Untersucht werden sollte, ob der Wechsel auf ein Opioid mit einem vermeintlich geeigneteren Profil für die Narkoseführung tatsächlich die kalkulierten Vorteile erbracht hat. Die retrospektive Datenerhebung sollte aufzeigen, ob Patienten während und nach MIC-CHE oder MIC-TEP von einer Sufentanil-Gabe gegenüber der Fentanyl-Gabe profitieren: Verkürzt sich die Ausleitungsphase, haben die Patienten bei Ankunft im Aufwachraum (AWR) eine bessere Oxygenierung und/oder eine stabilere Kreislaufsituation? Leiden die Patienten nach Sufentanil unter weniger postoperativer Übelkeit und Erbrechen (PONV), benötigen sie weniger Schmerzmittel? Die Untersuchung sollte zudem klären, ob biometrische Faktoren wie Geschlecht, Alter, Gewicht und BMI in Zusammenhang mit dem eingesetzten Opioid eine relevante Rolle für das postoperative Befinden der Patienten spielten, und ob sich aus der Umstellung von Fentanyl auf Sufentanil ökonomische Vorteile ergaben. Ergebnis: Kombination Desfluran mit Sufentanil für alle untersuchten Gruppen von klinischem Vorteil. Bevorzugter Einsatz bei MIC-Eingriffen in der Allgemein- und Viszeralchirurgie empfehlenswert. - Geringerer postoperativer Schmerzmittelbedarf - Bessere postoperative Oxygenierung - Kürzere postoperative Aufwachzeit - Niedrigerer intraoperativer Opioidbedarf - Wirtschaftlich/ökonomische Gleichwert Begründete Aussage, dass Sufentanil bei MIC-Eingriffen in der Allgemein- und Viszeralchirurgie im Vergleich zu Fentanyl das überlegene Medikament ist. (überwiegend statistisch signifikant) Steigerung dieses Effekts über die Kombination mit Desfluran möglich. N2 - Summary: Fentanyl and sufentanil are two synthetically produced opioids that are used in anesthesiology for intraoperative analgesia. They have a different pharmacodynamic profile. In 2014, the opioid regime for minimally invasive standard interventions at the clinic in Fulda was changed from fentanyl to sufentanil. In the planned retrospective data collection, data from patients who were analgesized with fentanyl before 2014 should be compared with data from patients in whom sufentanil was implemented in anesthesia after 2014. It should be investigated whether the change to an opioid with a supposedly more suitable profile for anesthesia has actually produced the calculated benefits. The retrospective data collection should show whether patients benefit from administration of sufentanil compared to administration of fentanyl during and after MIC-CHE or MIC-TEP: Shorter elimination phase? Better oxygenation-situation on arrival in the recovery room or a more stable circulatory situation? Do the patients suffer less postoperative nausea and vomiting (PONV) after sufentanil, do they need less pain-medication? The investigation should also clarify whether biometric factors such as gender, age, weight and BMI in connection with the opioid used to play an important role in the postoperative condition of the examined patients and whether there were any economic benefits in switching from fentanyl to sufentanil. Result: The combination of desflurane with sufentanil was of clinical advantage for all examined groups. Recommended for use in MIC- operations in visceral surgery. - Less need for post-operative pain medication - Better post-operative oxygenation - Shorter post-operative wake-up time - Lower intraoperative opioid requirement - Economic / economic equivalence Well-founded statement that sufentanil is the superior drug compared to fentanyl in MIC-procedures in visceral surgery. (mostly statistically significant) This effect can be increased by combining it with desflurane. KW - Fentanyl KW - Sufentanil KW - Minimal-invasive Chirurgie KW - Befindlichkeit KW - Postoperative Phase KW - Retrospektive Datenanalyse KW - postoperatives Befinden KW - intraoperativ Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-213818 ER -