Christian Haacke

• Einleitung Müssen im Verlauf einer kardiovaskulären Erkrankung geschädigte Gefäßabschnitte ersetzt werden, stehen den Gefäßchirurgen neben organischen Eigen– oder Fremdmaterial hauptsächlich die Kunststoffe Polytetraflourethylen (PTFE) und Polyethylen-terephtalat (PET, Polyester, Dacron®) zum Gefäßersatz zur Verfügung. Im Zusammenhang mit diesen künstlichen Ersatzmaterialien kommt es allerdings häufig zu Komplikationen. Diese sind besonders nach Rekonstruktion kleiner Gefäße durch die Thrombogenität ihrer Oberflächen und eine übersteigerteEinleitung Müssen im Verlauf einer kardiovaskulären Erkrankung geschädigte Gefäßabschnitte ersetzt werden, stehen den Gefäßchirurgen neben organischen Eigen– oder Fremdmaterial hauptsächlich die Kunststoffe Polytetraflourethylen (PTFE) und Polyethylen-terephtalat (PET, Polyester, Dacron®) zum Gefäßersatz zur Verfügung. Im Zusammenhang mit diesen künstlichen Ersatzmaterialien kommt es allerdings häufig zu Komplikationen. Diese sind besonders nach Rekonstruktion kleiner Gefäße durch die Thrombogenität ihrer Oberflächen und eine übersteigerte Intimahyperplasie bedingt. Ursächlich für einen Misserfolg können außerdem eine ungenügende Dichtigkeit und eine Infektion des Gefäßersatzes sein. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung einer "multifunktionellen“ Silikon–beschichteten und Medikamenten-freisetzenden Gefäßprothese, bei der die Oberflächeneigenschaften optimiert wurden. Material und Methoden Herstellung der Prothesen: Gewirkte Polyesterprothesen wurden maschinell mit Silikon beschichtet. Mit Hilfe einer neuen Beschichtungsmaschine wurden die Prothesen zusätzlich von innen mit Silikon betropft. Durch einen nass–chemischen Prozess wurden in einem zweiten Schritt verschiedene Stoffe kovalent an die Oberfläche des Silikons gebunden (Polyvinylpyrrolidon, Polyvinylalkohol, Phosphorylcholin, eine amphotere Oberfläche, Silber und die Kombination von Silber und PVA). Außerdem wurde das Medikament Paclitaxel (Taxol®) in die Silikonmatrix eingebracht. Untersuchung der Eigenschaften: Es wurde die Dichtigkeit nach Beschichtung und zusätzlich der Wasserverlust nach Einstich mit Kanülen und Venenverweilkanülen untersucht und mit dem herkömmlicher Prothesen verglichen (eine PTFE -, eine mit Kollagen beschichtete und eine 3-schichtige PTFE-Polymer – Prothese (Rapidax)). Zusätzlich wurden die antiinfektiösen Eigenschaften der verschiedenen Oberflächen (Silber, amphotere Oberfläche, Kollagen- und Silikon-beschichtete Polyesterprothesen) auf den Prothesen, der Einfluss der an die Prothese gebundenen Moleküle auf die Thrombogenität und die Elution von Paclitaxel, einem Medikament zur Unterdrückung der Intimahyperplasie, untersucht. Ergebnisse Herstellung der Prothesen. Die Umstellung des Beschichtungsvorgangs mit einer 3. Beschichtung von innen konnte realisiert werden. Untersuchung der Eigenschaften: Dichtigkeit: Bei der Untersuchung des Wasserverlustss nach Einstich von Kanülen und Venenverweilkanülen zeigten sich die geringsten Verlustraten bei der Rapidax®-Prothese und die höchsten bei der PTFE–Prothese. Die Silikon–beschichtete und die herkömmliche PET–Prothese erzielten insgesamt ähnliche Ergebnisse Oberflächenthrombogenität: Durch die Beschichtung mit Silikon konnte im Vergleich zur reinen Polyesterprothese und gegenüber den herkömmlichen Prothesen (Dacron®-Gelatine und PTFE) in allen Versuchen eine geringere Gerinnungsaktivierung für die Silikonprothese festgestellt werden. Die zusätzliche Oberflächenmodifizierung von Silikon- und Silberprothesen mit PVA erbrachte niedrigere Gerinnungswerte als die alleinigen Oberflächen. Die antiinfektiöse Oberfläche: Die mit Silber modifizierte Silikon-beschichtete Prothese konnte das bakterielle Wachstum komplett inhibieren. Die amphotere Oberfläche hingegen konnte das bakterielle Wachstum im Vergleich zur reinen Silikonoberfläche nur leicht hemmen. Medikamentenelution: Paclitaxel konnte im Kreislaufmodell und auch im statischen Versuchsaufbau über einen Zeitraum von bis zu 21 Tagen im Humanalbumin nachgewiesen werden. Diskussion Durch die Beschichtung mit Silikon wird eine primäre Dichtigkeit erreicht. Außerdem konnten nun die Prothesen durch die Umstellung des Herstellungsverfahrens in besserer Qualität und schneller hergestellt werden. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Eigenschaften der einzelnen Moleküle in der Kombinationsprothese erhalten bleiben: so konnte die Thrombogenität der antiinfektiösen Silberprothese durch das PVA aufgehoben werden. Die Elution des Paclitaxels war unabhängig von der Oberflächenbeschichtung. Alternativ können auch andere Moleküle und Medikamente verwendet werden. Ziel ist nun die Testung dieser Prothese zunächst im Tierversuch und auf lange Sicht in einer klinischen Studie. Insbesondere bietet sich eine vergleichende Studie mit herkömmlichen Prothesen im Dialyseeinsatz an, da die Silikonprothese hinsichtlich der Dichtigkeit besonders bei Venenverweilkanülen mittleren Durchmessers gegenüber PTFE– und einer Polyester-Prothese überzeugen konnte.…
• Abstract Background: To replace affected blood vessels surgeons might use synthetic prostheses made of polytetraflourethylen (PTFE) and polyethylenterephtalat (PET, Polyester, Dacron®) instead of autologous veins. There are some common complications in conjunction with these prostheses. Major complications are infections, a deficient density, the thrombogenicity of the artificial surfaces and especially after reconstruction of smaller blood vessels the development of intima hyperplasia. The current dissertation describes the improvement of aAbstract Background: To replace affected blood vessels surgeons might use synthetic prostheses made of polytetraflourethylen (PTFE) and polyethylenterephtalat (PET, Polyester, Dacron®) instead of autologous veins. There are some common complications in conjunction with these prostheses. Major complications are infections, a deficient density, the thrombogenicity of the artificial surfaces and especially after reconstruction of smaller blood vessels the development of intima hyperplasia. The current dissertation describes the improvement of a "multifunctional" silicone-coated and drug-eluting vascular graft. Methods: Fabrication of prostheses: Knitted polyester-prostheses were coated with silicone. The former coating with silicone which was only from outside was completed with an extra coating at the inner side of the prosthesis. For this process we developed a special machine. The coating was followed by a modification with different molecules such as polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinylalcohole (PVA), phosphorylcholine (PC), an amphoteric surface, silver and a combination of silver and PVA. In another processes we inserted the drug paclitaxel in the matrix of the silicone. Analysis of characteristics: We analysed the density, the anti-infectious qualities of the prostheses, the influence of bonded molecules on the thrombogenicity and the drug-elution of paclitaxel. Density: We tested the average leakage and the leakage after puncture with canulas and indwelling venous catheters of the coated prostheses and three conventionally used vascular grafts (one PTFE, one collagen-coated and one prosthesis made of PTFE and another polymer (Rapidax)). Thrombogenicity of surfaces: We analysed the INR, Quick, PTT and fibrinogen after the contact of blood with the different surfaces. Furthermore we determined the amount of fibrinogen adhered platelets and platelet aggregates via FACS and the presence of coagulation activators (fragments of prothrombin F1+ F2) and of fibrinolysis (D-Dimeres) via ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbend Assay). Infectivity: We analysed the effectivity of silver and of an amphotere surface on silicone catheters and on silicone prostheses against S. aureus. In an in-vitro experiment we incubated different catheters with a bacterial suspension and quantified the adherent bacteria. In a second experiment we incubated different coated prostheses with a S.aureus xen29 strain and determined the luminescence of the adhered bacteria. Drug elution: In static and dynamic experimental set-ups we detected the concentration of paclitaxel eluted from a prostheses via an Immuno-Assay (Fa. Cardax Pharmaceuticals, Hawaii, USA). This drug should inhibit the intima hyperplasia. Results: Production of prostheses: We realized the restructering of the coating process. Thereby we could save time and silicone. In addition we achieved a constant layer of silicone at the inside of the prostheses. Analysis of characteristics: Density: After puncturing the prostheses with canulas and indwelling venous catheters the Rapidax-prosthesis achieved the lowest and the PTFE the highest leakage. The silicone-coated and the collagen-coated prostheses achieved comparable results with advantages for the silicone-prosthesis. Thrombogenicity: The silicone-coated prostheses caused a lower activation of coagulation than the commonly used vascular grafts (Dacron-Gelatine or PTFE). The modification with PVA could additionally decrease the activation of silicone and silver. Infectivity: The silver-coated catheters and prostheses could completely inhibit the growth of bacteria. The highest growth was detected on the collagen-prostheses. The amphotere surface could achieve a low inhibation. Drug elution: It was possible to detect paclitaxel in the static as well as in the dynamic experimental set-up until the 21th day. Discussion: The coating with silicone could achieve a complete density of the prostheses. Furthermore we now have the ability to produce silicone-coated grafts in a better quality and in a shorter period of time. We could demonstrate that the individual characteristics of the different molecules persist in the combination with other molecules. The coating with PVA for example made it possible to compensate the higher activation of coagulation. Alternatively we could also coat the prostheses with other molecules or drugs. Our ambition is to test the silicone-prostheses in an animal experiment and in a clinical survey. Because of the good results in the density experiment it is conceivable to test our prostheses in conjunction with dialysis.…