In der Herzchirurgie finden derzeitig mechanische oder biologische Klappenprothesen Verwendung. Diese zeigen eine befriedigende Funktionsfähigkeit, bestehen jedoch aus Fremdmaterial und haben den gemeinsamen Nachteil, dass sie nicht mitwachsen können. Dies ist besonders bei Kindern und Jugendlichen ein schwerwiegender Nachteil, da diese aus dem Klappenersatz „herauswachsen“ und somit mehrerer Korrekturoperationen bedürfen. Diese stellen nicht nur für die Patienten ein Risiko dar, sondern belasten darüber hinaus die gesamte Familie. Eine potentielle Lösung dieser Probleme könnte die in vitro Züchtung von kardiovaskulärem Ersatzgewebe, das Tissue Engineering (TE), sein. Das grundsätzliche Prinzip des TE besteht darin, körpereigene (autologe) Zellen zu verwenden, um damit ein vitales, funktionsfähiges Ersatzgewebe zu fertigen, welches das Potential hat, sich in das umgebende Gewebe zu integrieren und mitzuwachsen und damit eine lange Lebensdauer aufweist (Abb. 1).

Dieses Konstrukt aus humanen Zellen und einem Trägermaterial, z.B. einem biodegradierbaren Polymer, muss unter optimalen in vitro Bedingungen hergestellt werden, um es anschliessend erfolgreich in denselben Patienten implantieren zu können.
Ein besonderer Forschungsschwerpunkt unseres Labors am Deutschen Herzzentrum Berlin ist die Auswahl einer geeigneten Zellquelle. Da man nicht auf Herzklappenbiopsien zurückgreifen kann, muss eine Zellquelle verwendet werden, die eine große Ähnlichkeit zu den Herzklappenzellen aufweist. Wir konnten in den letzten Jahren erfolgreich die humane Nabelschnurschnur mit ihren verschiedenen Zelltypen als autologe Zellquelle für das kardiovaskuläre TE evaluieren. Die Nabelschnur wird nach der Geburt als überflüssiges Gewebe verworfen und besitzt mehrere Gefässe von grosser Länge, so dass eine sehr hohe Anzahl an vaskulären Zellen daraus gewonnen werden kann ohne dem Patienten einen zusätzlichen Eingriff zuzumuten. Diese Zellen können bei Bedarf in flüssigem Stickstoff eingelagert werden, bis der geeignete Zeitpunkt einer Operation festgelegt wird (Abb.2).

Dies ist die Voraussetzung für die Bildung eines gewebeähnlichen Zellverbandes auf einer komplexen 3D-Struktur wie der einer Herzklappe. Durch den Einfluss von Druck und Fluss in einem Bioreaktor richten sich die Zellen in eine Richtung aus und die Bildung von extrazellulären Matrixproteinen wird begünstigt, welche für die Entwicklung von Zellgewebe von sehr großer Bedeutung sind (Abb.3).