Innovative Form- und Fügetechniken für biologisches Gewebe zur Fertigung nahtloser Transkatheter-Aortenklappenprothesen

Abstract

Die Transkatheter-Aortenklappenimplantation ist ein minimalinvasives Verfahren, bei dem eine Aortenklappenprothese im zusammengefalteten Zustand innerhalb der nativen Klappe platziert und freigesetzt wird. Das Implantat besteht aus einzelnen, manuell vernähten, kollagenhaltigen Gewebekomponenten, die in einen Stent integriert sind. Durch den aufwändigen und fehleranfälligen Nähprozess wird dabei eine komplexe, dreidimensionale Gewebegeometrie erzeugt, die für die Funktionalität der Prothese unerlässlich ist. Gleichzeitig bilden die chirurgischen Knoten mechanische Schwachstellen, die potentiell zum Versagen des Implantats führen. Diese Dissertation befasst sich mit der Entwicklung innovativer Formgebungs- und Fügeverfahren für biologisches Gewebe zur Reduktion der Anzahl der Nähte bei Transkatheter-Aortenklappenprothesen. Hierzu wurden zwei miteinander kombinierbare Lösungsansätze verfolgt, die beide auf der chemischen Vernetzung des Gewebes mit Glutaraldehyd, einem reaktiven Quervernetzer, beruhen. Da die Vernetzung ein obligatorischer Prozessschritt bei der Fertigung des Implantats ist, um das Gewebe vor enzymatischer Degradation zu schützen, wird die Nahtreduktion somit ohne zusätzlichen Werkstoff im Endprodukt realisiert. Zunächst wird ein Prozess etabliert, mit dem unter Verwendung 3D-gedruckter Formkörper eine dauerhafte und präzise Formgebung des Gewebes erzielbar ist. Hierbei wird der Effekt ausgenutzt, dass der Vernetzungsprozess eine Konservierung des aktuell im Gewebe vorherrschenden Dehnungszustandes bewirkt. Der zweite Ansatz basiert auf der Ausbildung interfibrillärer Quervernetzungen zwischen überlappenden kollagenhaltigen Fügepartnern, durch die sich eine stabile, stoffschlüssige Verbindung erzeugen lässt. Im Anschluss an die Konzeptionierung und vollständige Gewebecharakterisierung werden die erarbeiteten Methoden zuletzt in den Herstellungsprozess von Transkatheter-Aortenklappenprothesen integriert. Diesbezüglich werden vier neuartige Prozessketten vorgestellt, mit denen sich Nähte bei der Fertigung des Implantats weitestgehend vermeiden lassen. Unter anderem wird als Endergebnis dieser Arbeit erstmals ein professionell gefertigter, voll funktionstüchtiger Prototyp mit einteiliger Gewebekomponente präsentiert. In Anbetracht der entwickelten Konzepte erscheint sogar eine vollständig nahtlose Prothese zukünftig möglich, sodass die vorliegende Arbeit die Basis zur Entwicklung einer neuen Generation 3D-geformter kardiovaskulärer Implantate bildet

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