Können wachsende Blutgefäße innerhalb eines im Labor hergestellten Transplantats die Blasenrekonstruktion bei Kindern verbessern? Seit mehr als zwei Jahrzehnten entwickelt und testet der pädiatrische Urologe Eric Kurzrock von der UC Davis Transplantate, um Komplikationen nach einer Standard-Enterozystoplastie, einer Operation zur Blasenvergrößerung, zu vermeiden.

Jetzt wird ein Zuschuss von 4 Millionen US-Dollar von den National Institutes of Health (NIH) seinem Forschungsteam an der UC Davis dabei helfen, ein biotechnologisch hergestelltes Transplantat zu testen, das mit Liganden (Molekülen) infundiert ist, um neuropathische Blasen von Kindern mit Spina bifida oder Rückenmarksverletzungen zu behandeln.

Eine neuropathische, auch neurogene Blase wird durch eine gestörte Nervenkommunikation zwischen dem Nervensystem und der Blase verursacht. Die Erkrankung führt zu Problemen bei der Blasenkontrolle und Nierenerkrankungen.

„Die Blase ist so einzigartig, weil sie frei schwimmt und keine unterstützende Zellmatrix um sie herum aufweist. Sie war in der Vergangenheit eine Herausforderung für die Regeneration und Vergrößerung“, erklärte Kurzrock. Kurzrock ist Chefarzt der pädiatrischen Urologiechirurgie und Professor für Urologie und Pädiatrie am UC Davis Children’s Hospital. Er ist außerdem stellvertretender Vorsitzender der Abteilung für Urologische Chirurgie. „Patienten mit Spina bifida oder einer Rückenmarksverletzung können eine neurogene Blase entwickeln, die zu Problemen beim Wasserlassen und der Nierenfunktion führt. Sie benötigen möglicherweise eine Blasenvergrößerung, um ihre Blase zu vergrößern.“

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Der Zuschuss wird klinisches und biotechnologisches Fachwissen bündeln, um eine innovative Technik zur Herstellung vaskularisierter Transplantate zu entwickeln und zu testen.

Operationen zur Blasenvergrößerung

Bei der Enterozystoplastik verwendet der Chirurg Teile des Darms oder Magens als Transplantat, um die Blase zu vergrößern. Die Operation erfordert eine umfangreiche Bauchoperation und kann viele kurz- und langfristige Komplikationen mit sich bringen.

Kurzrock fand heraus, dass biotechnologisch hergestelltes Gewebe der ideale Ersatz für das herkömmliche Blasentransplantat ist. Er entwickelte eine innovative Methode, um ein häufiges Problem bei Transplantatimplantaten zu lösen: die Herausforderung der Gewebekontraktion aufgrund unzureichender Blutversorgung. Er entwickelte ein neues Verfahren zur Herstellung von Transplantatgewebe mit funktionierenden Blutgefäßen – eine notwendige Voraussetzung für das Überleben des Transplantats.

Im Jahr 2022 veröffentlichte Kurzrock eine Studie über vaskularisierte Transplantate zur Blasenvergrößerung bei Mäusen und Schweinen. Seine Studie zeigte, dass sich Blasengefäße innerhalb weniger Tage nach der Transplantation mit Transplantatgefäßen verbinden (insokulieren). Diese Verbindungen erleichterten die Durchblutung des gesamten Transplantats.

Ein befestigtes Gerüst zur Förderung neuer Blutgefäße

Kurzrock arbeitet mit dem Bioingenieur Aijun Wang von der UC Davis zusammen, einem Experten für die Entwicklung und Erprobung unterstützender Strukturen, sogenannter Gerüste. Wang hat ein Gerüst aus technischem Biomaterial entwickelt, das mit einem Liganden (spezielles Molekül namens LXW7) modifiziert ist, das speziell mit Endothelzellen interagiert, die die Vaskularisierung unterstützen. Der an der UC Davis entwickelte Ligand unterstützt die Anheftung, Migration und das Überleben der Zellen, was die Bildung neuer Blutgefäße fördert und Transplantatkomplikationen reduziert.

„Wenn diese Moleküle zu Gerüsten hinzugefügt werden, bieten sie eine Bindungsstelle für Endothelzellen. Dies ermöglicht eine bessere Interaktion zwischen den Zellen und ihrer unterstützenden Struktur, der sogenannten extrazellulären Matrix“, erklärte Wang, Professor für Chirurgie und biomedizinische Technik. Er ist außerdem stellvertretender Vorsitzender für translationale Forschung, Innovation und Unternehmertum in der Abteilung für Chirurgie und Direktor des Center for Bioengineering in Medicine an der UC Davis.

Wie funktioniert das Transplantat?

Bei dem künstlich hergestellten Transplantat handelt es sich um Schweinegewebe, das so verarbeitet wird, dass die Zellen entfernt werden und die Proteinstruktur der Matrix erhalten bleibt. Dieses azelluläre Gerüst verhindert die natürliche Abstoßung und Immunantwort des Wirts gegenüber Neueintritten.

Die Transplantate werden mit dem Liganden modifiziert und dann auf dem Rektusmuskelbett implantiert. Diese Implantation gewährleistet eine optimale Transplantatreife und gesunde funktionsfähige Gefäße vor der Blasentransplantation. Die neuen Verbindungen bieten Kanäle für den Blutfluss durch das Transplantat innerhalb weniger Tage nach der Transplantation und verhindern eine Kontraktion.

Das Rektusmuskelbett dient als Inkubator für das Transplantat, bis es vaskularisiert und für die Transplantation in die Blase bereit ist. Tatsächlich kann es technisch gesehen vorkommen, dass wir im Laufe der Jahre mehrmals ein Transplantat in diesem Raum wachsen lassen.“

Eric Kurzrock, pädiatrischer urologischer Chirurg der UC Davis

„Es ist eine brillante Idee, das körpereigene Heilungspotenzial zu integrieren“, sagte Wang. „Die Hinzufügung neuer biotechnologischer Technologien wie der Ligandentechnologie wird zur mikrovaskulären Regeneration der gesamten Blasenmatrix und der benachbarten Muskelzellen beitragen.“

Das Team wird das neue Transplantat in einem Schweinemodell testen, bevor es diese Studie auf klinische Studien am Menschen ausweitet.

Quellen:

University of California – Davis Health