Tissue Engineering
Tissue Engineering - Modul Bio Engineering - Stoll & Kadereit BMS HS albsig
Tissue Engineering - Modul Bio Engineering - Stoll & Kadereit BMS HS albsig
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Cartes-fiches
Was ist das Problem beim Thema Transplantationen?
Menschen werden immer älter --> benötigen neue Organe
nur 0,3 % der Menschen die Sterben können Spenden
hohe Abstoßungsrate, hohe Variabilität bei den Menschen
--> ca. 115.000 Menschen stehen auf der Transplantationsliste --> jeden Tag sterben 20
Nennen Sie 7 Ansätze des Tissue Engineerings
- Organ 3D-Druck
- Stammzellenspende
- künstliche Scaffolds mit Zellen
- künstliche Scaffolds ohne Zellen
- Faktoren und Moleküle
- allogene oder xenogene de-zelluläre Matrizen
- neuartige Bioinkubatoren für humane Organe
Über welche Wege erkennt das Immunsystem ein nicht-autogenes Transplantat?
- direkte Präsentation
a) Spender APC trägt Spender HLA --> wird von Empfänger T-Zelle erkannt
b) Spender Endothelzelle trägt HLA --> wird von Empfänger T-Zelle erkannt - indirekte Präsentation
a) Spenderzelle trägt HLA --> aktiviert APC --> aktiviert T-Zelle
Welche Arten von Transplantatabstoßung gibt es, nennen Sie jeweils Eigenschaften und wie sie, wenn möglich, verhindert werden können.
- Hyperakute:
- innerhalb weniger Minuten nach Transplantation
- durch schon existierende AK im Empfänger, Aktivierung Komplementsystem
- Inflammation & Ischämie --> irreversibler Schaden des Transplantats
- Organversagen innerhalb weniger Stunden
-->Vermeidung durch Präscreening - Akute:
- innerhalb der ersten Wochen bis Monate
- durch Mismatch polymorpher HLA (T-Zellen, Zytokine & Rekrutierte inflammatorische Zellen)
- Nekrose des Organs/Organgewebe
!!! Betrifft jedes Transplantierte Organ bis zu gewissen Grad!!
--> Immunsuppressiva - Chronische
- über viele Jahre
- Zusammenspiel vieler Faktoren (AK, Lymphozyten)
- ständige Immunreaktion gegen neues Organ , langsames Zerstören des Gewebes
- Merkmale: verengte Gefäße im Transplantat/ Arteriosklerose --> Ischämie, Zelltod, Organversagen
--> keine effektive Therapie!
- Nekrose
Was sind die Probleme bei der Langzeit-Einnahme von Immunsuppressiva?
- Anfällig für opportunistische Infektionen
- chronische Abstoßung
- Tumorbildung
- Hemmung der "echten" Toleranz (Organ wird nie wirklich akzeptiert)
- Erhöhtes Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen, Nierenschäden
Wie können die Probleme mit dem Immun-Abstoßung verhindert werden. (4 Ansätze nennen)
- Reprogramming (iPSCs) des Patienten --> bilden von neuem Gewebe
- große Banken von pluripotenten Stammzelllinien
- Ersetzen des Immunsystems des Patienten mit Stammzellabgeleiteten HSC vor der Transplantation
- Immunsuppressiva
Was ist die Herausforderung bei der Stammzelltherapie?
- Produktion der geforderten Zelltypen in ausreichender Menge & Reinheit
- Lieferung der Zellen & richtige Integration
- Abstoßung durch Host?
- Regulatorische Hürde
Welche beiden Versuche glückten durch die künstlichen Scaffolds mit Zellen Therapie?
- Unterkieferrekonstruktion
Kochenmarkszellen-beladenes Scaffold
+ BPM7 --> um undifferenzierte MSC in Osteroblasten-Vorläufer zu differenzieren - Herz-Reparatur in Schweinen
human engineered Herzgewebsstreifen wurden auf defektem Gewebe platziert
--> konnte regeneriert werden
Was spricht dafür Scaffolds ohne Zellen zu transplantieren?
- oft ist "nur" die ECM beschädigt/verändert --> beeinflusst das Zellverhalten
- Zellen schwer an diese Stellen zu Transplantieren --> oft schlechte Resultate (vor allem Dentale und Orthopädische Eingriffe)
- erlaubt die Zellinfiltartion & Remodelling
- ECM Gerüst --> stimuliert die Vorläuferzellen & Gewebegeneration
Nennen und erklären Sie ein Beispiel für allogene/xenogene de-zelluläre Matrizen
SYNERGRAFT:
erste de-zellularisierte Schweinegefäße
Transplantation in 4 Jungen --> unauffällige Regeneration / gute Gefäßfunktion
--> 3 starben später, beim letzten Kind wurde Transplantat vorsorglich entfernt
Worin liegt der Sinn der Transplantation von Faktoren und Molekülen?
regulieren viele Ligand/Rezeptor Interaktionen, Zell-Signalling & Entwicklungsprozesse
Was bedeutet Transplantation?
Die einzige effektive Therapie für das Endstadium bei Organversagen
Verpflanzen eines Organs/Gewebes von einem Induviduum zu einem anderen oder von einem Speicherort zu einem anderen des gleichen Körpers, um ein beschädigtes oder nicht funktionierendes Organ mit einem funktionierenden zu ersetzen.
Nennen Sie jeweils 4 Beispiele für die Organ- und Gewebetransplantation
Organ:
Herz, Niere, Lunge, Leber, Thymus
Gewebe:
Blut, Knochenmark, Haut, Sehnen, Herzklappen, Venen
Nennen Sie die Begriffe für die 4 unterschiedlichen Transplantationsmöglichkeiten. Worin liegen die Unterschiede?
- Autogene: von einem Teil des Körpers zum anderen (Stammzellen, Knochen, Haut,..)
- Isogene: zwischen genetisch identischen Zwillingen (Haut, Niere, Stammzellen,...)
- allogene: zwischen zwei Individuuen einer Spezies (Haut, Niere, Herz, Leber, Lunge)
- xenogen: zwischen zwei Individuuen verschiedener Spezies ("")
Welche Gründe gibt es, das Schwein als Organspender für Xenotransplantationen zu nutzen?
+ Größe der Organe stimmen über ein
+ ähnliche Anatomie
+ einfache und kostengünstige Haltung von Schweinen
+ geeignetes transgenes Tier
+ kurze Fortpflanzungszyklen
- Gefahr von endogenen Viren
Welche 4 Abstoßungsreaktionen unterscheidet man? Wie sind die Unterschiede definiert?
- Hyperakute Abstoßung: Immunreaktion des fremden Transplantats ist bereits vorhanden, xenoreaktive AK erkennen sofort fremde Oberfläche
- Akute Vaskuläre Abstoßung: AK greifen Endothelzellen des Transplantats an, Tage nach Transplantation
- Akute zelluläre Abstoßung: Mononukleare Makrophagen & Zytotoxische T-Zellen greifen Zellen an, Tage nach Transplantation
- Chronische Abstoßung: Beinhaltet zelluläre Mechanismen --> Reduktion der Transplantatfunktion, Monate bis Jahre nach der Transplantation
Welche Strategien gibt es, diese Abstoßungsreaktionen zu umgehen?
Modifikation des Transplantats:
- Antibody Masiking: Überdecken der Transplantat-AG mit AK. (Vermindert akute Abstoßung, aber ist bei größeren Transplantationen schwer zu realisieren)
- Transgene Modifizierung: "Humanisierung" von tierischen Transplantaten mittels Erschaffung transgener Spender (Chimären)
- Gen-Knockout: Inaktiviert ein Gen in Transplantatszelle (zum Beispiel MHC)
- Antisense RNA: Inaktiviert Synthese spezifischer Gene in Transplantatzelle
Modifikation des Empfänger
- Anpassung des Immunsystem über Chemotherapie und mit Knochenmarkstransplantation des Spenders
- Immunsuppression des Spenders
Welche Risiken außerhalb der Abstoßungsreaktionen gibt es bei der Xenotransplantation?
- Transfer von Viren, Prionen, Bakterien, Parasiten, Pilzen vom Spender auf den Empfänger
--> Infektion könnte von Routineuntersuchungen nicht detektiert werden
--> Mögliche Adaption bzw. Mutation des Erregers im Empfänger
Wie würden Sie die Transplantation von Kryogelagertem, eigenem Nabelschnurblut klassifizieren, wie die von einem Stammzellspender?
- Nabelschnurblut: autogen
- Stammzellspende: allogen
Was ist im streng wissenschaftlichen Sinn der Unterschied zwischen transgenen Tieren und Chimären?
transgene Tiere: genetische Information direkt in Germ Linie Zellen --> Jede Zelle des Körpers identisch und mit dieser genetischen Info
Chimäre: auch 2 oder mehr Populationen mit genetischer Differenz, manche Zellen sind gleich, heterozygot
Was versteht man unter Graft versus Host Disease. Welche Zellen sind beteiligt?
T-Zellen aus dem Spender (Transplantat) greifen Gewebe & Organe des Patienten (Wirts) an. Hauptsächlich Haut, Magen-Darm-Trakt, Leber, Niere usw. (z.B. häufig nach Knochenmarktransplantation).
Was sind Vor- und Nachteile einer Xenotransplantation vom Schimpansen und vom Pavian?
Schimpanse:
+ höchste physiologische Ähnlichkeit zum Menschen
- Ethik, hohes Risiko von infektionskrankheiten, jahrelang warten bis Tier ausgewachsen ist, andere Organgröße
Pavian
+ hohe physiologische Ähnlcihkeit zum Menschen
- kleine Organe, Überleben meist Menschenleben nicht
Warum können Hornhauttransplantate auch bei nicht übereinstimmenden Gewebefaktoren zwischen Donor und Akzeptor erfolgreich transplantiert werden?
Da in der Hornhaut keine Immunzellen vorhanden sind kann es nicht zu Abstoßungsreaktionen kommen, da der Körper dir fremden Strukturen nicht erkennt
Welche zwei Hauptteile definieren ein Tissue Engineering Produkt? Warum werden solche Produkte nicht als Medizinprodukte sondern als Pharmaka eingestuft?
--> Kombination aus - Medizinprodukt (keine Pharmakologische Wikrung) und - lebenden Zellen
Wird als Pharmaka eingestuft, da lebende Zellen als pharmakologisch wirksam gelten.
Welche 5 Schlüsselthemen müssen bei Tissue Engineering basierten Therapien berücksichtigt werden?
- Matrix --> Trägermaterial (fest/flüssig; Gerüst)
- lebende Zellen
- Bioaktive Moleküle (Wachstumsfaktoren)
- Herstellungsprozess
- Regulatorien
Was bedeutet EMA?
european medicines agency
europäische Arzneimittel Agentur
Warum müssen Tissue Engineering Produkte bei der EMA das Zulassungsverfahren für Pharmaprodukte durchlaufen?
Tissue Engineering Produkte enthalten zum Beispiel lebende Zellen, die einen metabolitischen/pharmakologischen Einfluss auf den Menschen hat und damit als Pharmaprodukt genauso zugelassen werden muss
Wodurch wird die Identität von Biopharmaka und Tissue Engineering Produkten definiert? Welche Unterschiede gibt es?
- Pharmakologisches, Immunologisches oder metabolisches Verhalten --> Pharmaka = pharmazeutische Herstellung
Welche Prozessvalidierungen müssen für zellbasierte Therapeutika für die Zellkomponente durchgeführt werden?
- Mikrobiologische Prozesskontrolle
- Zellvitalität
- Zellwachstum und Differenzierung
- Identität der Zelle
- Zellaktivität/Zellfunktion
- Reinheit der Zellpopulation
Nennen Sie drei verschiedene Knorpeltypen
- Hyaliner Knorpel
- vereinzelte Chondrozyten, hohe Druckbelastbarkeit, milchig transparent, homogen
(Gelenke, Rippen, Nase, Skelett) - Elastischer Knorpel
- zellreichster Knorpel, sehr druck und biegeelastisch, elastische dichte Fasernetze, gelblich
(Ohrmuschel, Gehörgang, Ohrtrompete, Kehldecke, kleine Bronchien) - Faserknorpel "Bindegewebsknorpel"
- Zellärmster Knorpel, Scherstabil, dichte Matrix aus Kollagenfibrillen
(Bandscheibe, Faserring. Schambeinfuge, Gelenklippen)
Nennen Sie 3 polymere Bestandteile der ECM
Proteoglykane
Faserproteine (Kollagen, Elastin, Fibronectin, Laminin)
Polysaccharide (Glycosaminoglykane GAGs)
Beschreiben Sie wichtige Strukturelemente der Kollagenstruktur
- Tripelhelix: 3 linksgewundene Helices ineinander verdrillt in eine rechsgängige Helix
- Jede alpha Kette enthält 3 sich wiederholende Peptidsequenzen (Glycin-Prolin-4-Hydroxyprolin)
- Glycin ist immer die zentrale AS der Tripelhelix
- jede Kette besitzt ca- 1050 AS-Reste
- Länge einer UE: 300 nm, Durchmesser von 1,5 nm
Welche Therapeutika würden Sie den "Advanced Therapies" zuordnen, die bei der EMA zur Zulassung dem CAT vorgelegt werden müssen?
1) Stammzellen zur Behandlung von Parkinson
2) Lebertransplantation
3) Genetisch veränderte Patientenzelle
4) Autologe Patientenzelle in Biomaterial
5) Hüftimplantat
- nein
- nein
- ja
- ja
- nein
Was bedeutet das Kürzel ACT bei Knorpeltransplantationen. Wie läuft die Prozedur ab. Was ist der Unterschied zwischen matrixfreier und matrixgestützter ACT?
ACT = autologe Chondrozytentransplantation
Prozedur:
- Entnahme des Gelenkknorpels bzw. gesunden Knorpel
- Zellvermehrung in-Vitro
- Zellisolation
- mithilfe einer Operation werden die autologe Chondrozyten transplantiert
matrixfreie ACT:
- umfangreiche Operation notwendig
- es entstehen zwei Wunden --> Infektionsrisiko
- längere OP-Zeit --> höhere Kosten
- Periost-Ersatz kann undicht sein --> dabei gehen Zellen verloren
- nur für kleine Schäden
matrixgeschützte ACT
- minimal invasiv
- Knorpeldefekt wird durch Kollagen Membran ersetzt --> keine zweite OP notwenig
- immobilisierte und geschützte Zellen
- schnelle Fixierung für den Arzt --> schnell und kostensparend für die Klinik
- entwickeltes Hyalin ist wie Knorpel
- Ersatz von größerer Schäden
- für jede Form passend
Erklären Sie, wie der Knieknorpel starke Stöße effizient abfangen kann?
Proteoglykanen (Hauptbestandteil der ECM) --> Knieknorpel große Druckkräften widerstehen
--> Knorpel in der Lage bei Druckkräften nachzugeben und als Stoßdämpfer zu fungieren
Kollagenfasern bei der effizienten Stoß abfangen mit beteiligt.
