R. Leyh

[A xenogeneic acellularized matrix for heart valve tissue engineering: in vivo study in a sheep model].

The ideal scaffold material for tissue engineered heart valves is discussed controversially. We evaluated acellularized xenogenic matrix constructs with and without seeding with autologous vascular cells in the pulmonary circulation in a sheep model. Porcine pulmonary valve conduits (n=16) were acellularized by trypsin/ EDTA incubation. Autologous myofibroblasts and endothelial cells were harvested from carotid arteries; xenogenic valve conduits (n=10) were repopulated with these autologous cells resulting in uniform cellular restitution of the pulmonary valve conduit surface. Using this method, we implanted autologous cell/xenogenic matrix constructs (XB) in ten animals. In six control animals acellularized/xenogenic matrix constructs (XA) were implanted. In each animal, cardiopulmonary bypass was used to resect the pulmonary valve and replace it with the xenogenic pulmonary valve conduits. The animals were killed after 6, 9 or 12 months. The explanted valves were examined histologically and biochemically. After explantation XB showed severe cusp degeneration, which resulted in severe valvular regurgitation. In comparison, XA appeared macroscopically normal with preserved valvular function. The surface of XB were covered with an incomplete endothelial multilayer. The extracellular matrix (ECM) of XB showed pathological amounts of collagenous and elastic fibers as well as proteoglycan content combined with an increase cellularity. The XA were completely repopulated by an endothelial cell monolayer; the ECM was repopulated with a myofibroblast population comparable to native ovine heart valve tissue. Approaches to heart valve engineering based on acellularized/xenogenic matrices provide promising results and will hopefully led to the “ideal” valve substitute in clinical heart valve replacement. Die ideale Matrix für bioartifiziell hergestellte Herzklappen mittels „Tissue engineering“ ist bis heute nicht eindeutig definiert. In dieser Studie evaluierten wir eine xenogen azellularisierte Matrix als Basis für artifiziell hergestellte Herzklappen mit und ohne In-vitro-Rebesiedelung mit autologen Myofibroblasten und Endothelzellen im wachsenden Tiermodell bei Morinoschafen. Porcine Pulmonalklappenkonduits (n=16) wurden mit Trypsin/EDTA azellularisiert. Autologe Myofibroblasten und Endothelzellen aus Segmenten der A. carotis communis gewonnen wurden zur In-vitro-Rebesiedlung xenogener azellularisierter Klappenkonduits (n=10) verwendet. Die orthotope Implantation der in-vitro rebesiedelten (n=10, XB) und xenogenen azellularisierten Pulmonalklappenkonduits (n=6, XA) folgte mit Hilfe der extrakorporalen Zirkulation. Das Gewicht der Tiere war 15,7±2,4 kg. Nach 6, 9 bzw. 12 Monaten wurden die implantierten Pulmonalklappenkonduits explantiert und histologisch aufgearbeitet. Die in vitro besiedelten Pulmonalklappen zeigten degenerierte Klappensegel einhergehend mit Verlust der Klappenschlussfähigkeit. Im Vergleich dazu waren die XA-Klappenkonstrukte nach 6 und 12 Monaten makroskopisch unauffällig und funktionstüchtig. Histologisch zeigte sich bei den in vitro besiedelten Klappenkonstrukten eine pathologisch veränderte Zusammensetzung der Extrazellularmatrix (EZM) in Kombination mit einer erhöhten Zellularität sowie einer inhomogenen Besiedelung mit Endothelzellen. Die XA-Klappenkonstrukte zeigten eine normal aufgebaute EZM die mit herzklappenspezifischen Zellen besiedelt war sowie einem kontinuierlichen endothelialen Monolayer. Die azellularisierte xenogene Matrix ist eine viel versprechende Biomatrix mit guten funktionellen Ergebnissen und somit ein mögliches Grundgerüst zur Herstellung von artifiziellen Herzklappen mittels „Tissue Engineering“.

Antikoagulation bei schwangeren Frauen nach künstlichem Herzklappenersatz: Ist niedermolekulares Heparin eine Alternative?

We report on the case of a 24-year-old pregnant woman with acute mechanical mitral valve thrombosis due to a treatment failure of low molecular weight heparin (LMWH) for permanent anticoagulation following mechanical valve replacement. Initially, our patient was put on oral warfarin for anticoagulation, but when her pregnancy was perceived the anticoagulation regimen was switched to daily subcutaneous administration of LMWH in order to minimize the risk of warfarin-induced embryopathy. During her 24th week of gestation she developed acute life-threatening pulmonary edema and hemodynamic instability, which was caused by an acute thrombosis of her artificial mitral valve. In an emergency operation the thrombozed valve was replaced by a porcine biological heart valve. The patient recovered uneventfully and gave birth to a healthy child in her 35th gestational week by cesarian section. u2002u2009u2009In addition we discuss the rationale of different anticoagulation regimens with regard to maternal and fetal outcome with special consideration of LMWH as an alternative strategy to oral anticoagulation during pregnancy in women with mechanical heart valves. Wir präsentieren den Fall einer akuten Mitralklappenthrombose nach Mitralkunstklappenersatz bei einer 24-jährigen Primaparia unter Antikoagulation mit niedermolekularem Heparin. Zwischen Kunstklappenersatz und Beginn der Schwangerschaft wurde eine Antikoagulation mit Marcumar durchgeführt. Nach Bestätigung der Schwangerschaft wurde die orale Antikoagulation beendet und niedermolekulares Heparin als Dauerantikoagulation täglich subkutan appliziert. In der vierundzwanzigsten Schwangerschaftswoche (SSW) entwickelte die Patienten ein akutes, lebensbedrohliches Lungenödem bei hämodynamischer Instabilität. Als Ursache ließ sich eine akute Mitralklappenthrombose diagnostizieren. Die Patientin wurde aufgrund des Befundes und der klinischen Situation notfallmäßig operiert, und die thrombosierte Kunstklappe durch eine biologische porcine Klappe ersetzt. Der postoperative Verlauf der Patientin gestaltete sich unauffällig und sie konnte in der 35 SSW ein gesundes Kind per sectionem zur Welt bringen. u2002u2009u2009Zusätzlich zur Präsentation dieses Falles geben wir eine Literaturübersicht über unterschiedliche Antikoagulationsregime bei Schwangeren nach mechanischem Herzklappenersatz unter besonderer Berücksichtigung der Bedeutung von niedermolekularem Heparin zur Langzeitantikoagulation.

Ist chronische Transplantatabstoßung die Ursache degenerativer Veränderungen in allogenen und xenogenen Herzklappentransplantaten

Objectives: After a period of 5 to 10 years, biological heart valve prostheses undergo degenerative processes, which finally lead to dysfunction and complete destruction. Although many efforts have been made to identify underlying mechanisms, many questions remain unanswered. Here we evaluate immunological factors and their potential role in biological heart valve destruction. Patients and methods: Allogeneic (n=10) and xenogeneic (n=3) aortic valvular prostheses, as well as aortic valves retrieved from transplanted human hearts, which had to be replaced because of chronic graft rejection (n=4) were analyzed. Aortic valves from human donor hearts (native) (n=4), which were considered not transplantable served as controls. Endothelial expression patterns of the following adhesion molecules were analyzed by immunohistochenmistry: selectin family: ELAM-1, CD62, integrin family: VLA-1, -2, -3, -4, -5, and –6, immuoglobulin supergene family: PECAM-1, ICAM-1, and -2, and class I heavy chain proteins, complementary adhesion molecules: CD34, CD44 and the von Willebrand factor. Results: ELAM-1, ICAM-1 and -2, CD34, CD44 and class I heavy chain proteins, all molecules which play significant roles during inflammatory processes, showed stronger expression patterns in allogeneic and xenogeneic aortic heart valve prostheses compared to native or chronically rejected valves. Furthermore, the von Willebrand factor stained positive only on allogeneic and xenogeneic valves. Only mild differences were observed regarding the expression of integrin molecules and CD62. Conclusions: Immunological reactions play a major role in the degeneration of biological heart valve prostheses. This is underlined by observations made on aortic valves from chronically rejected cardiac grafts, which did not show any degenerative alterations. Thus, since immunosuppressive therapy after heart valve replacement is no reasonable alternative, novel and future approaches in “tissue engineering” will hopefully help avoid tissue degeneration, while preserving the advantage of biological tissue origin. Hintergrund: Bereits fünf bis zehn Jahre nach Implantation biologischer Herzklappen, zeigen diese degenerative Veränderungen mit Funktionseinschränkungen. Die zugrundeliegenden Faktoren sind jedoch weitestgehend unbekannt und Gegenstand aktueller wissenschaftlicher Bemühungen. Zielsetzung: Evaluation möglicher beteiligter immunologischer Faktoren an den pathophysiologischen Mechanismen der Degeneration nach biologischem Klappenersatz. Methoden: Zehn allogene und 3 xenogene Herzklappentransplantate in Aortenposition (mittlere Verweildauer (TxD) 11,5 Jahre, ±3,2Jahre), 4 Aortenklappen aus transplantierten humanen Herzen, die aufgrund chronischer Abstoßungsreaktionen re-transplantiert werden mussten (mittlere TxD 12,3 Jahre, ±2,4 Jahre) und 4Aortenklappen nicht transplantierter Spenderherzen (Kontrolle) wurden untersucht. Folgende endotheliale Adhäsionsmoleküle wurden mittels immunhistochemischer Methodik evaluiert: Selektine: ELAM-1, CD62; Immunglobulin-Supergene: PECAM-1, ICAM-1/ -2, VCAM-1, W6/32; Integrine: VLA-1/-2/-3/-4/-5/-6; komplementäre Adhäsionsmoleküle: CD34, CD44 und der v. Willebrand-Faktor (vWF). Resultate: Allogene und xenogene Klappentransplantate zeigten stärkere Expressionen der pro-inflammatorischen Adhäsionsmoleküle ELAM-1, ICAM-1/-2, W6/32, CD34 und CD44 als native und aus Transplantatherzen gewonnene Aortenklappen. Der vWF konnte nur auf allogenen und xenogenen Klappen nachgewiesen werden. Für die betrachteten Integrine und CD62 konnten keine wesentlichen Unterschiede gezeigt werden. Schlussfolgerungen: Den vorliegenden Daten zufolge, scheinen immunologische Prozesse wesentlich an chronisch degenerativen Veränderungen allogener und xenogener Herzklappen beteiligt zu sein. Unterstrichen wird dies durch Beobachtungen an Transplantatherzen unter Immunsuppressiva, bei denen sich keine derartigen Veränderungen zeigten. Da immunsuppressive Therapien nach biologischem Herzklappenersatz unrealistisch sind, stützt sich gegenwärtig die Hoffnung auf moderne Verfahren des „Tissue Engineerings” mit deren Hilfe zukünftig vielleicht degenerative Veränderungen vermieden und die Vorteile biologischen Gewebes erhalten werden können.

[Is chronic graft rejection the reason for degenerative changes in allogeneic and xenogeneic heart valve prostheses: immunohistochemical evaluation of inflammatory factors].

Objectives: After a period of 5 to 10 years, biological heart valve prostheses undergo degenerative processes, which finally lead to dysfunction and complete destruction. Although many efforts have been made to identify underlying mechanisms, many questions remain unanswered. Here we evaluate immunological factors and their potential role in biological heart valve destruction. Patients and methods: Allogeneic (n=10) and xenogeneic (n=3) aortic valvular prostheses, as well as aortic valves retrieved from transplanted human hearts, which had to be replaced because of chronic graft rejection (n=4) were analyzed. Aortic valves from human donor hearts (native) (n=4), which were considered not transplantable served as controls. Endothelial expression patterns of the following adhesion molecules were analyzed by immunohistochenmistry: selectin family: ELAM-1, CD62, integrin family: VLA-1, -2, -3, -4, -5, and –6, immuoglobulin supergene family: PECAM-1, ICAM-1, and -2, and class I heavy chain proteins, complementary adhesion molecules: CD34, CD44 and the von Willebrand factor. Results: ELAM-1, ICAM-1 and -2, CD34, CD44 and class I heavy chain proteins, all molecules which play significant roles during inflammatory processes, showed stronger expression patterns in allogeneic and xenogeneic aortic heart valve prostheses compared to native or chronically rejected valves. Furthermore, the von Willebrand factor stained positive only on allogeneic and xenogeneic valves. Only mild differences were observed regarding the expression of integrin molecules and CD62. Conclusions: Immunological reactions play a major role in the degeneration of biological heart valve prostheses. This is underlined by observations made on aortic valves from chronically rejected cardiac grafts, which did not show any degenerative alterations. Thus, since immunosuppressive therapy after heart valve replacement is no reasonable alternative, novel and future approaches in “tissue engineering” will hopefully help avoid tissue degeneration, while preserving the advantage of biological tissue origin. Hintergrund: Bereits fünf bis zehn Jahre nach Implantation biologischer Herzklappen, zeigen diese degenerative Veränderungen mit Funktionseinschränkungen. Die zugrundeliegenden Faktoren sind jedoch weitestgehend unbekannt und Gegenstand aktueller wissenschaftlicher Bemühungen. Zielsetzung: Evaluation möglicher beteiligter immunologischer Faktoren an den pathophysiologischen Mechanismen der Degeneration nach biologischem Klappenersatz. Methoden: Zehn allogene und 3 xenogene Herzklappentransplantate in Aortenposition (mittlere Verweildauer (TxD) 11,5 Jahre, ±3,2Jahre), 4 Aortenklappen aus transplantierten humanen Herzen, die aufgrund chronischer Abstoßungsreaktionen re-transplantiert werden mussten (mittlere TxD 12,3 Jahre, ±2,4 Jahre) und 4Aortenklappen nicht transplantierter Spenderherzen (Kontrolle) wurden untersucht. Folgende endotheliale Adhäsionsmoleküle wurden mittels immunhistochemischer Methodik evaluiert: Selektine: ELAM-1, CD62; Immunglobulin-Supergene: PECAM-1, ICAM-1/ -2, VCAM-1, W6/32; Integrine: VLA-1/-2/-3/-4/-5/-6; komplementäre Adhäsionsmoleküle: CD34, CD44 und der v. Willebrand-Faktor (vWF). Resultate: Allogene und xenogene Klappentransplantate zeigten stärkere Expressionen der pro-inflammatorischen Adhäsionsmoleküle ELAM-1, ICAM-1/-2, W6/32, CD34 und CD44 als native und aus Transplantatherzen gewonnene Aortenklappen. Der vWF konnte nur auf allogenen und xenogenen Klappen nachgewiesen werden. Für die betrachteten Integrine und CD62 konnten keine wesentlichen Unterschiede gezeigt werden. Schlussfolgerungen: Den vorliegenden Daten zufolge, scheinen immunologische Prozesse wesentlich an chronisch degenerativen Veränderungen allogener und xenogener Herzklappen beteiligt zu sein. Unterstrichen wird dies durch Beobachtungen an Transplantatherzen unter Immunsuppressiva, bei denen sich keine derartigen Veränderungen zeigten. Da immunsuppressive Therapien nach biologischem Herzklappenersatz unrealistisch sind, stützt sich gegenwärtig die Hoffnung auf moderne Verfahren des „Tissue Engineerings” mit deren Hilfe zukünftig vielleicht degenerative Veränderungen vermieden und die Vorteile biologischen Gewebes erhalten werden können.

Eine azellularisierte xenogene Matrix als Basis einer artifiziell hergestellten Herzklappe mittels „Tissue engineering“

The ideal scaffold material for tissue engineered heart valves is discussed controversially. We evaluated acellularized xenogenic matrix constructs with and without seeding with autologous vascular cells in the pulmonary circulation in a sheep model. Porcine pulmonary valve conduits (n=16) were acellularized by trypsin/ EDTA incubation. Autologous myofibroblasts and endothelial cells were harvested from carotid arteries; xenogenic valve conduits (n=10) were repopulated with these autologous cells resulting in uniform cellular restitution of the pulmonary valve conduit surface. Using this method, we implanted autologous cell/xenogenic matrix constructs (XB) in ten animals. In six control animals acellularized/xenogenic matrix constructs (XA) were implanted. In each animal, cardiopulmonary bypass was used to resect the pulmonary valve and replace it with the xenogenic pulmonary valve conduits. The animals were killed after 6, 9 or 12 months. The explanted valves were examined histologically and biochemically. After explantation XB showed severe cusp degeneration, which resulted in severe valvular regurgitation. In comparison, XA appeared macroscopically normal with preserved valvular function. The surface of XB were covered with an incomplete endothelial multilayer. The extracellular matrix (ECM) of XB showed pathological amounts of collagenous and elastic fibers as well as proteoglycan content combined with an increase cellularity. The XA were completely repopulated by an endothelial cell monolayer; the ECM was repopulated with a myofibroblast population comparable to native ovine heart valve tissue. Approaches to heart valve engineering based on acellularized/xenogenic matrices provide promising results and will hopefully led to the “ideal” valve substitute in clinical heart valve replacement. Die ideale Matrix für bioartifiziell hergestellte Herzklappen mittels „Tissue engineering“ ist bis heute nicht eindeutig definiert. In dieser Studie evaluierten wir eine xenogen azellularisierte Matrix als Basis für artifiziell hergestellte Herzklappen mit und ohne In-vitro-Rebesiedelung mit autologen Myofibroblasten und Endothelzellen im wachsenden Tiermodell bei Morinoschafen. Porcine Pulmonalklappenkonduits (n=16) wurden mit Trypsin/EDTA azellularisiert. Autologe Myofibroblasten und Endothelzellen aus Segmenten der A. carotis communis gewonnen wurden zur In-vitro-Rebesiedlung xenogener azellularisierter Klappenkonduits (n=10) verwendet. Die orthotope Implantation der in-vitro rebesiedelten (n=10, XB) und xenogenen azellularisierten Pulmonalklappenkonduits (n=6, XA) folgte mit Hilfe der extrakorporalen Zirkulation. Das Gewicht der Tiere war 15,7±2,4 kg. Nach 6, 9 bzw. 12 Monaten wurden die implantierten Pulmonalklappenkonduits explantiert und histologisch aufgearbeitet. Die in vitro besiedelten Pulmonalklappen zeigten degenerierte Klappensegel einhergehend mit Verlust der Klappenschlussfähigkeit. Im Vergleich dazu waren die XA-Klappenkonstrukte nach 6 und 12 Monaten makroskopisch unauffällig und funktionstüchtig. Histologisch zeigte sich bei den in vitro besiedelten Klappenkonstrukten eine pathologisch veränderte Zusammensetzung der Extrazellularmatrix (EZM) in Kombination mit einer erhöhten Zellularität sowie einer inhomogenen Besiedelung mit Endothelzellen. Die XA-Klappenkonstrukte zeigten eine normal aufgebaute EZM die mit herzklappenspezifischen Zellen besiedelt war sowie einem kontinuierlichen endothelialen Monolayer. Die azellularisierte xenogene Matrix ist eine viel versprechende Biomatrix mit guten funktionellen Ergebnissen und somit ein mögliches Grundgerüst zur Herstellung von artifiziellen Herzklappen mittels „Tissue Engineering“.

Prospektive non–invasive Bestimmung des Herzzeitvolumens durch einen transkutanen Gewebedoppler auf der herzchirurgischen Intensivstation

ZusammenfassungHintergrundDie Bestimmung der Herzzeitvolumens (HZV)nnach herzchirurgischen Eingriffen erlaubt auf der Intensivstation dienoptimale Katecholamintherapie insbesondere bei kritisch kranken, hämodynamischninstabilen Patienten. Die invasive HZV–Bestimmung erfolgtnüber einen Swan–Ganz–Katheter, der als Rechtsherzkatheter in dienPulmonalstrombahn eingeschwemmt wird. Die Platzierung des Rechtsherzkathetersnist mit Risiken wie hochgradigen ventrikulären Herzrhythmusstörungennoder auch Verletzungen der pulmonalkapillärennStrombahn verbunden. Mit Hilfe des Doppler–Prinzips ist es möglich,nnicht–invasiv transthorakal das HZV zu bestimmen (USCOM, Sydney).Methoden36 Patienten (26 Männer, Alter 67,2 ± 10 Jahre, Größen170 ± 8 cm, Gewicht 79 ± 14 kg, NYHA 3,1 ± 0,3), die sich herzchirurgischennEingriffen unterzogen, wurden in diese prospektive Studie eingeschlossen.nAlle Patienten erhielten einen Swan–Ganz–Katheter zur Bestimmungndes invasiven HZV sowie der zentralvenösen Sättigungn(ZVS). Die nicht-invasive HZV–Bestimmung erfolgte über das USCOMnDoppler–System. Intraoperativ erfolgte bei sechs Patienten die direktenMessung des HZV auf dem pulmonalen Ausflusstrakt. Auf der Intensivstationnerfolgte die ergänzende Messung transkutan vs. invasiv in 180nFällen bei den 36 Patienten unter unterschiedlichen hämodynamischennBedingungen.ResultateDas nicht–invasiv bestimmte HZV durch dasnUSCOM–System betrug 5,15 ± 1,98 l/min (95% CI 4,86–5,44) mit einemncardiac–Index von 2,6 ± 0,2 l/m2. Das invasiv bestimmte HZV durch dennSwan–Ganz–Katheter war 4,92 ± 2 l/min (95% CI 4,63–5,22; n.s.). DiesenErgebnisse sind hoch signifikant korreliert mit einem Korrelationsindexnvon 0,794 (p < 0,01, Spearman–Rho). Die korrespondierende zentralvenösenSättigung betrug 72 ± 9%, die jeweils sowohl mit dem nicht–invasivennHZV und dem invasiven HZV hoch signifikant korrelierten (0,474nand 0,606, p < 0,01). Das Schlagvolumen war ebenfalls signifikant mitndem nicht-invasiven HZV, dem invasiven HZV und der ZVS korreliertn(0,946; 0,803; 0,474, alle p < 0,01). Intraoperativ waren das direkt aufndem pulmonalen Ausflusstrakt bestimmte HZV als auch das invasivenbestimmte HZV identisch (n = 6).SchlussfolgerungDie nicht–invasiventranskutane Bestimmung des Herzzeitvolumens mit dem USCOM–Systemnermöglicht die Schlag–zu–Schlag–Bestimmung bei kritisch kranken,nhämodynamisch instabilen Patienten auf der herzchirurgischen Inten–sivstation. Sie ist hochsignifikant mit dem invasiv per Thermodilutionnbestimmten HZV, als auch mit der zentralvenösen Sättigung und demnSchlagvolumen korreliert und ist nicht mit den Risiken der invasivennRechtsherzkatheterplatzierung verbunden.SummaryBackgroundDetermination of cardiac output (CO) afterncardiac surgery on the intensive care unit enables the administration ofnoptimal catecholamine therapy especially in critical compromised patientsnwith hemodynamic instability. Invasive determination of CO isnpossible via a Swan–Ganz catheter with its associated risk of implantation.nUsing the Doppler technique, it is possible to assess the CO noninvasivelynby a transthoracic approach.Methods36 patients (26 males,nmean age 67.2 ± 10 years, height 170 ± 8 cm, weight 79 ± 14 kg, NYHAn3.1 ± 0.3) undergoing cardiac surgery were included in this study. Allnpatients received a Swan–Ganz catheter to assess invasive CO, and centralnvenous oxygen saturation (CVS%) as the reference. Non-invasivenCO was determined by the USCOM system. Intraoperatively, three measurementsnwere performed directly on the pulmonary outflow tract vs.ninvasive CO in six patients. An additional 180 measurements under differentnhemodynamic situations were performed on the cardiac surgerynintensive care unit.ResultsNon–invasively determined CO via the USCOMnsystem was 5.15 ± 1,98 l/min (95% CI 4.86–5.44) with a cardiac indexnof 2.6 ± 0.2 l/m2. Invasive CO assessed by the Swan–Ganz catheternwas 4.92 ± 2 l/min (95% CI 4.63–5.22; n.s.). These findings were significantlynassociated with a correlation index of 0.794 (p < 0.01, Spearman–Rho). Corresponding central venous saturation was 72 ± 9% correlatingnwith both non–invasive and invasive CO (0.474 and 0.606, p < 0.01).nFurthermore, stroke volume was significantly correlated with non–invasivenCO, invasive CO, and CVS% (0.946; 0.803; 0.474, all p < 0.01). Intraoperatively,nboth direct and invasive CO were identical.ConclusionsUsing the USCOM system it is possible to determine the beat–to–beatncardiac output in critical ill patients on the cardiac intensive care unitnnon–invasively with a high correlation to invasively determined cardiacnoutput via a Swan–Ganz catheter, CVS%, and stroke volume, withoutnthe possible complications associated with invasive right heart catheterization.

Funktionelle Aspekte endothelialer Phänotypen im menschlichen Herzen

Hintergrund und Ziel:Endothelzellen spielen eine zentrale Rolle im Rahmen kardiovaskulärer Physiologie und der Pathogenese einer Vielzahl kardiovaskulärer Erkrankungen. Viele Fragen bezüglich endothelialer Heterogenizität unter Berücksichtigung funktioneller und morphologischer Aspekte der verschiedenen Gefäßregionen sind jedoch bis heute weitestgehend unbeantwortet. Auf der Grundlage immunhistochemischer Techniken wurde daher eine Kartierung endothelialer Adhäsionsmolekül-Expression in den verschiedensten Gefäßregionen des menschlichen Herzens vorgenommen. Ziel war es, neben dem Vergleich der Muster untereinander auch eine Deutung der Ergebnisse unter funktionellen Aspekten zu erreichen.Material und Methodik:Elf vaskuläre Regionen des menschlichen Herzens wurden mit immunhistochemischen Methoden betrachtet. Evaluiert wurden endotheliale Adhäsionsmoleküle folgender Familien: Selectine, Immunglobulin-Supergene, Integrine, komplementäre Adhäsionsmoleküle und der Von-Willebrand-Faktor.Ergebnisse:In den verschiedenen Regionen des menschlichen Herzens zeigten sich nicht nur unterschiedliche Expressionsmuster, sondern auch unterschiedliche Expressionsstärken der untersuchten endothelialen Adhäsionsmoleküle. Moleküle, die vorrangig eine Rolle im Rahmen entzündlicher Reaktionen spielen, wurden dabei im Wesentlichen im Bereich des mikrovaskulären Gefäßbetts gefunden. Solche, die als Verankerungsmoleküle endothelialer Zellen an extrazellulären Matrixmolekülen fungieren, wurden vornehmlich im Bereich endokardialer Oberflächen und der Herzklappen ausgemacht. Koronararterien zeigten ein eher gemischtes Bild, das sowohl aus immunologisch relevanten wie auch Verankerungsmolekülen bestand.Schlussfolgerung:Nach Kenntnis der Autoren ist dies die erste Studie, die eine Vielzahl endothelialer Adhäsionsmoleküle im gesamten menschlichen Herzen ausführlich darstellt. Die Ergebnisse liefern damit wichtige neue Informationen und Einsichten in die kardiale Physiologie.Background and Purpose:The endothelial lining is a confluent monolayer of thin and rhomboid-shaped cells, that covers the inner surface of all blood vessels. However, the essential role of endothelial cells in all aspects of cardiovascular physiology, homeostasis and the pathogenesis of most cardiovascular diseases no longer remains controversial. Although much evidence has been achieved regarding the molecular functioning of transcription factors and regulatory proteins, many questions on endothelial heterogeneity with regard to function and morphology at various vascular sites remain unanswered. In this study, an immunohistochemical map of endothelial adhesion molecule expression at various vascular sites of the healthy human heart is created. Using this map, the authors examined whether expression patterns are distinctive by their molecular function at their site of origin. Furthermore, immunohistochemical findings were associated with the clinical situation.Material and Methods:Tissue samples from eleven different vascular locations of healthy human hearts were analyzed using immunohistochemistry. Endothelial adhesion molecules of the selectin, immune globulin supergene, and integrin families, some complementary cellular adhesion molecules, and the von Willebrand factor were analyzed.Results:Endothelial adhesion molecule expressions were found to be characteristic of all vascular sites investigated. Thus, molecules involved in inflammatory reactions were predominantly expressed within the myocardial microvasculature, whereas molecules serving for endothelial anchorage toward extracellular matrix components could be observed especially on endocardial and valvular surfaces. Apart from that, a parallel expression of immunologically relevant as well as integrin molecules were found to be characteristic of coronary arteries.Conclusion:To the authors’ knowledge, this is the first report on site-specific expression characteristics for all vascular sites of the human heart. Thus, our data provide important novel information, which ultimately will help to bring some light into the field of cardiac physiology.

Functional aspects of endothelial phenotypes in the human heart. Immunohistochemical study for the evaluation of endothelial adhesion molecule expression

Hintergrund und Ziel:Endothelzellen spielen eine zentrale Rolle im Rahmen kardiovaskulärer Physiologie und der Pathogenese einer Vielzahl kardiovaskulärer Erkrankungen. Viele Fragen bezüglich endothelialer Heterogenizität unter Berücksichtigung funktioneller und morphologischer Aspekte der verschiedenen Gefäßregionen sind jedoch bis heute weitestgehend unbeantwortet. Auf der Grundlage immunhistochemischer Techniken wurde daher eine Kartierung endothelialer Adhäsionsmolekül-Expression in den verschiedensten Gefäßregionen des menschlichen Herzens vorgenommen. Ziel war es, neben dem Vergleich der Muster untereinander auch eine Deutung der Ergebnisse unter funktionellen Aspekten zu erreichen.Material und Methodik:Elf vaskuläre Regionen des menschlichen Herzens wurden mit immunhistochemischen Methoden betrachtet. Evaluiert wurden endotheliale Adhäsionsmoleküle folgender Familien: Selectine, Immunglobulin-Supergene, Integrine, komplementäre Adhäsionsmoleküle und der Von-Willebrand-Faktor.Ergebnisse:In den verschiedenen Regionen des menschlichen Herzens zeigten sich nicht nur unterschiedliche Expressionsmuster, sondern auch unterschiedliche Expressionsstärken der untersuchten endothelialen Adhäsionsmoleküle. Moleküle, die vorrangig eine Rolle im Rahmen entzündlicher Reaktionen spielen, wurden dabei im Wesentlichen im Bereich des mikrovaskulären Gefäßbetts gefunden. Solche, die als Verankerungsmoleküle endothelialer Zellen an extrazellulären Matrixmolekülen fungieren, wurden vornehmlich im Bereich endokardialer Oberflächen und der Herzklappen ausgemacht. Koronararterien zeigten ein eher gemischtes Bild, das sowohl aus immunologisch relevanten wie auch Verankerungsmolekülen bestand.Schlussfolgerung:Nach Kenntnis der Autoren ist dies die erste Studie, die eine Vielzahl endothelialer Adhäsionsmoleküle im gesamten menschlichen Herzen ausführlich darstellt. Die Ergebnisse liefern damit wichtige neue Informationen und Einsichten in die kardiale Physiologie.Background and Purpose:The endothelial lining is a confluent monolayer of thin and rhomboid-shaped cells, that covers the inner surface of all blood vessels. However, the essential role of endothelial cells in all aspects of cardiovascular physiology, homeostasis and the pathogenesis of most cardiovascular diseases no longer remains controversial. Although much evidence has been achieved regarding the molecular functioning of transcription factors and regulatory proteins, many questions on endothelial heterogeneity with regard to function and morphology at various vascular sites remain unanswered. In this study, an immunohistochemical map of endothelial adhesion molecule expression at various vascular sites of the healthy human heart is created. Using this map, the authors examined whether expression patterns are distinctive by their molecular function at their site of origin. Furthermore, immunohistochemical findings were associated with the clinical situation.Material and Methods:Tissue samples from eleven different vascular locations of healthy human hearts were analyzed using immunohistochemistry. Endothelial adhesion molecules of the selectin, immune globulin supergene, and integrin families, some complementary cellular adhesion molecules, and the von Willebrand factor were analyzed.Results:Endothelial adhesion molecule expressions were found to be characteristic of all vascular sites investigated. Thus, molecules involved in inflammatory reactions were predominantly expressed within the myocardial microvasculature, whereas molecules serving for endothelial anchorage toward extracellular matrix components could be observed especially on endocardial and valvular surfaces. Apart from that, a parallel expression of immunologically relevant as well as integrin molecules were found to be characteristic of coronary arteries.Conclusion:To the authors’ knowledge, this is the first report on site-specific expression characteristics for all vascular sites of the human heart. Thus, our data provide important novel information, which ultimately will help to bring some light into the field of cardiac physiology.

Eine azellularisierte xenogene Matrix als Basis einer artifiziell hergestellten Herzklappe mittels ?Tissue engineering?@@@A xenogeneic acellularized matrix for heart valve tissue engineering: in vivo study in a sheep model

The ideal scaffold material for tissue engineered heart valves is discussed controversially. We evaluated acellularized xenogenic matrix constructs with and without seeding with autologous vascular cells in the pulmonary circulation in a sheep model. Porcine pulmonary valve conduits (n=16) were acellularized by trypsin/ EDTA incubation. Autologous myofibroblasts and endothelial cells were harvested from carotid arteries; xenogenic valve conduits (n=10) were repopulated with these autologous cells resulting in uniform cellular restitution of the pulmonary valve conduit surface. Using this method, we implanted autologous cell/xenogenic matrix constructs (XB) in ten animals. In six control animals acellularized/xenogenic matrix constructs (XA) were implanted. In each animal, cardiopulmonary bypass was used to resect the pulmonary valve and replace it with the xenogenic pulmonary valve conduits. The animals were killed after 6, 9 or 12 months. The explanted valves were examined histologically and biochemically. After explantation XB showed severe cusp degeneration, which resulted in severe valvular regurgitation. In comparison, XA appeared macroscopically normal with preserved valvular function. The surface of XB were covered with an incomplete endothelial multilayer. The extracellular matrix (ECM) of XB showed pathological amounts of collagenous and elastic fibers as well as proteoglycan content combined with an increase cellularity. The XA were completely repopulated by an endothelial cell monolayer; the ECM was repopulated with a myofibroblast population comparable to native ovine heart valve tissue. Approaches to heart valve engineering based on acellularized/xenogenic matrices provide promising results and will hopefully led to the “ideal” valve substitute in clinical heart valve replacement. Die ideale Matrix für bioartifiziell hergestellte Herzklappen mittels „Tissue engineering“ ist bis heute nicht eindeutig definiert. In dieser Studie evaluierten wir eine xenogen azellularisierte Matrix als Basis für artifiziell hergestellte Herzklappen mit und ohne In-vitro-Rebesiedelung mit autologen Myofibroblasten und Endothelzellen im wachsenden Tiermodell bei Morinoschafen. Porcine Pulmonalklappenkonduits (n=16) wurden mit Trypsin/EDTA azellularisiert. Autologe Myofibroblasten und Endothelzellen aus Segmenten der A. carotis communis gewonnen wurden zur In-vitro-Rebesiedlung xenogener azellularisierter Klappenkonduits (n=10) verwendet. Die orthotope Implantation der in-vitro rebesiedelten (n=10, XB) und xenogenen azellularisierten Pulmonalklappenkonduits (n=6, XA) folgte mit Hilfe der extrakorporalen Zirkulation. Das Gewicht der Tiere war 15,7±2,4 kg. Nach 6, 9 bzw. 12 Monaten wurden die implantierten Pulmonalklappenkonduits explantiert und histologisch aufgearbeitet. Die in vitro besiedelten Pulmonalklappen zeigten degenerierte Klappensegel einhergehend mit Verlust der Klappenschlussfähigkeit. Im Vergleich dazu waren die XA-Klappenkonstrukte nach 6 und 12 Monaten makroskopisch unauffällig und funktionstüchtig. Histologisch zeigte sich bei den in vitro besiedelten Klappenkonstrukten eine pathologisch veränderte Zusammensetzung der Extrazellularmatrix (EZM) in Kombination mit einer erhöhten Zellularität sowie einer inhomogenen Besiedelung mit Endothelzellen. Die XA-Klappenkonstrukte zeigten eine normal aufgebaute EZM die mit herzklappenspezifischen Zellen besiedelt war sowie einem kontinuierlichen endothelialen Monolayer. Die azellularisierte xenogene Matrix ist eine viel versprechende Biomatrix mit guten funktionellen Ergebnissen und somit ein mögliches Grundgerüst zur Herstellung von artifiziellen Herzklappen mittels „Tissue Engineering“.

Aorta ascendens-Ersatz und Ross-Operation: Einfluss auf die Distensibilität der Neo-Aortenwurzel

Background: The safety and effectiveness of combined aortic root autograft replacement in combination with ascending aorta replacement has been demonstrated recently. Replacement of the ascending aorta with a vascular prosthesis results in an increase in aortic root distension, and aortic root wall stress. In this study we aimed to assess the autograft root dimensions, distensibility, and autograft valve function in patients after Ross operation combined with replacement of the ascending aorta compared to patients who underwent Ross operation only. Patients and methods: Echocardiographic follow-up was performed on 28 patients after Ross operation with complete root replacement only (group R) and 12 patients who received an additional replacement of the ascending aorta (group R/A). The mean follow-up time was 24.9±17.2 months. Autograft root dimensions, root distensibility and valve function were assessed by echocardiography. The aortic root was measured at the level of the annulus, sinus of valsalva, and sinotubular junction. The distensibility was calculated as percent change of radius. Results: The mean distensibility at the annulus level was higher in group R/A (18.4±6.8% vs 13.4±8.1%; p=0.047); at the level of the sinus of valsalva and sinotubular junction no differences were observed. The autograft pressure gradient was within physiological limits in all patients. The majority of patients showed a competent autograft valve (group R: AI 0°; 83%, AI I°; 14%, AI II°; 3%; group R/A: AI 0°; 75%, AI I°; 25%). Conclusions: Replacement of the ascending aorta with a noncompliant prosthesis does not effect root dimension, distensibility, and valve function. Hintergrund: Der simultane Ersatz der Aorta ascendens bei der Ross-Operation stellt eine Variante dieses Verfahrens bei Patienten mit Aszendensdilatation dar. Der Wegfall der Windkesselfunktion nach prothetischem Ersatz der Aorta ascendens könnte über eine Erhöhung der Stressbelastung der Aortenwurzel zu einer Dilatation mit Verlust der Klappenfunktion des Autograftes führen. Zur Klärung dieser Hypothese verglichen wir die Distensibilität und Durchmesser des Autograftes nach Ross-Operation mit und ohne prothetischem Ersatz der aszendierenden Aorta. Material und Methoden: 28 Patienten nach Ross-Operation mit freiem Wurzelersatz (R-Gruppe) und 12 Patienten nach Ross-Operation und Ersatz der Aorta ascendens (R/A-Gruppe) wurden echokardiographisch nachuntersucht. Die kumulative mittlere Follow-up-Zeit betrug 24,9±17,2 Monate. Die Durchmesser und die Distensibilität des Autografts in Höhe des Aortenklappenrings, der Sinus und des sinotubulären Überganges wurde bestimmt. Des Weiteren evaluierten wir die Funktion der Klappe des Autograftes. Resultate: Die mittlere Distensibilität im Annulusbereich war in der R/A-Gruppe höher (18,4±6,8% vs. 13,4±8,1%; p=0,047); im Sinusbereich und im sinotubulären Übergang fanden wir keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gruppen. Die Druckgradienten zeigten bei allen Patienten physiologische Werte, die überwiegende Mehrheit der Patienten zeigte eine vollständig kompetente Klappe (R-Gruppe: AI 0°; 83%, AI I°; 14%, AI II°; 3%; R/A-Gruppe: AIu20090°; 75%, AI I°, 25%). Schlussfolgerung: Der prothetische Ersatz der Aorta ascendenz mit einer starren vaskulären Prothese hat mittelfristig keinen Effekt auf die Durchmesser und Distensibilität der Autograftwurzel, sowie auf die Klappenfunktion des Autograftes.