Use of autologous auricular chondrocytes for lining left ventricular assist devices

• Main Author: Rosenstrauch, Doreen
• Other Authors: Scheld, Hans H.
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: Humboldt-Universität zu Berlin, Medizinische Fakultät - Universitätsklinikum Charité 2004
• Subjects: Ohrknorpelzellen; Tissue Engineering; Links ventrikulaere Assist Systeme; Elastischer Knorpel; auricular chondrocytes; tissue engineering; left ventricular assist device; elastic cartilage; 610 Medizin; 33 Medizin; YB 7604; YB 7704; ddc:610
• Online Access: http://edoc.hu-berlin.de/18452/15733; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:11-10033282; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:11-10039236; http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:11-10039245; http://dx.doi.org/10.18452/15081

Hintergrund: Elastischer Ohrknorpel ist eine potentielle Quelle fuer autologe Zellen um die luminalen Oberflaechen von links ventrikularen assist systemen (LVAD''s) zu besiedeln zu dem Zweck die Biokompatibilitaet dieser Systeme zu verbessern. Wir prueften dieses Potential der Ohrknorpelzellen in vitro und in vivo in einem Tiermodel (Kalb). Methoden: In vitro, Elastischer Knorpel wurde von dem Ohr eines Kalbes unter Lokalanaesthesie gewonnen, isoliert, und in Gewebekultur gezuechtet. Chondrocytes wurden immunocytochemisch analysiert, transferriert in Zellkulturmedium, zweimal umgesetzt, und auf die blutkontaktierenden, luminalen Oberflaechen von vier LVAD''s (HeartMate(R); Thermo Cardiosystems, Inc., Woburn, MA) gesiedelt. Die beschichteten Zelloberflaechen wurden preconditioniert unter Flussbedingungen in vitro, um die Zellhaftung an den luminalen Oberflaechen der LVAD''s zu beguenstigen. Die Effiezienz der Zellbesiedelung und der kumulative Zellverlust unter Flussbedingungen in vitro wurden quantifiziert. In vivo, eine der vier chondrocyte-beschichteten und preconditionierten LVAD''s wurde in das Kalb implantiert, welches urspruenglich Ohrknorpelspender diente. Das LVAD wurde fuer sieben Tage betrieben, dann explantiert und pathologisch und histologisch evaluiert unter der Benutzung eines Scanningelektronenmikroskopes und eines Transmissionelektronenmikroskopes. Resultate: Die luminalen Oberflaechen von vier LVAD''s wurden mit autologen Ohrknorpelzellen besiedelt. Die Effiezienz der Zellbesiedelung betrug 95.11± 4.23% (n = 4). Der kumulative Zellverlust unter Flussbedingungen in vitro war geringer als 12% (n = 4). Nach sieben Tagen der in vivo Implantation zeigten die luminalen Oberflaechen des implantierten LVAD eine intakte, fest haftende Zellbesiedelung. Es wurden keine Thromboembolien waehrend der Nekropsie festgestellt. Schlussfolgerungen: Ohrknorpel stellt eine einfach und schnell erreichbare Quelle fuer autologe Ohrknorpelzellen dar, dessen Collagen Typ II und andere wichtige Bestandteile der extrazellulaeren Matrix sie dazu befaehigt, fest an den luminalen Oberflaechen der LVAD''s zu haften. Die hier beschriebene einfache Methode der Knorpelgewinnung und der Zellisolierung kann benutzt werden, um eine autologe Zellbeschichtung von LVAD''s und anderen implantierbaren kardiovaskulaeren Systemen vorzunehmen mit dem Ziel die Biokompatibilitaet dieser zu verbessern. Unsere erfolgreiche Feasibilitystudie in einem Kalbmodel fordert weitere in vivo Studien. === Background: Auricular elastic cartilage is a potential source of autologous cells for lining the luminal surfaces of left ventricular assist devices (LVAD''s) to improve long-term biocompatibility. We evaluated this potential in vitro and in vivo in a calf model. Methods: In vitro, auricular cartilage was harvested from the anesthetized ear of a calf, isolated, and cultured on tissue culture dishes. Primary chondrocytes were typed by immunocytochemistry, transferred into culture media, passaged twice, and seeded onto the blood-contacting luminal surfaces of four LVAD''s (HeartMate(R); Thermo Cardiosystems, Inc., Woburn, MA). The seeded cell linings were preconditioned under flow conditions in vitro to promote cell adhesion to the luminal surfaces. Seeding efficiency and cumulative cell loss under flow conditions in vitro were quantitated. In vivo, one of the four preconditioned, autologous chondrocyte-lined LVAD''s was implanted into the tissue-donor calf; run for 7 days; explanted; and finally evaluated grossly, by scanning electron microscopy, and by transmission electron microscopy. Results: Autologous chondrocytes were seeded onto the luminal surfaces of the four LVAD''s. The seeding efficiency was 95.11± 4.23% (n = 4). Cumulative cell loss during preconditioning under flow conditions in vitro did not exceed 12% (n = 4). After 7 days of in vivo implantation, the luminal surfaces of the implanted LVAD demonstrated an intact, strongly adherent cellular lining. There was no evidence of thromboembolic events at necropsy. Conclusions: Auricular elastic cartilage is a ready and easily accessible source of chondrocytes whose ability to produce collagen II and other important extracellular matrix constituents allows them to adhere strongly to the luminal surfaces of LVAD''s. The simple method of isolating and expanding auricular chondrocytes presented here could be used to provide autologous cell linings for LVAD''s and other cardiovascular devices to improve their long-term biocompatibility. Our successful short-term feasibility study in a calf model warrants further study in vivo.