Untersuchungen zur Hämokompatibilität von biopassiven Oberflächenbeschichtungen

Abstract

Die Interaktion des Blutes mit den artifiziellen Oberflächen extrakorporaler Kreislaufsysteme beeinflusst sowohl die Koagulation als auch das inflammatorische System. Die Aktivierung dieser zellulären und humoralen Blutkomponenten infolge des Einsatzes der Herz-Lungen-Maschine (HLM) kann eine Reihe von Komplikationen, darunter Nachblutungen, Thromboembolien und systemische Entzündungsreaktionen nach sich ziehen. Aufgrund dieser Tatsachen kommt dem Versuch, durch verschiedene Methoden eine Materialoberfläche zu schaffen, die das natürliche Gefäßendothel mit seinen Eigenschaften zu imitieren versucht und so eine Minimierung der oben genannten Risiken herbeiführt, eine besondere Bedeutung zu. In der vorliegenden Studie wurde mit Hilfe eines in-vitro-HLM-Modells die Hämokompatibilität von Membranoxygenatoren mit biopassiver Oberflächenbeschichtung untersucht. Bei den eingesetzten Oxygenatoren handelte es sich um Hohlfasermembranoxygenatoren, deren Polypeptidbeschichtungen sich in der Konzentration der Polypeptide (Safeline, Safeline Y), im Beschichtungsvorgang (Safeline USA) sowie in der Vorbehandlung (Vorspülung der Safeline Oxygenatoren mit einer heparinisierten Lösung) unterschieden. Als Kontrollgruppe dienten dabei unbeschichtete Oxygenatoren derselben Bauart. Anhand der Resultate ließ sich zunächst feststellen, dass die Vorspülung der Oxygenatoren mit einer heparinhaltigen Lösung keine Optimierung der Oberflächenbeschaffenheit herbeiführt und somit durch diese Maßnahme keine verbesserte Biokompatibilität erzielt werden kann. Ebenso konnten durch die veränderten Beschichtungsbedingungen keine günstigeren Materialeigenschaften geschaffen werden. Die weitere Ergebnisauswertung demonstrierte jedoch eine deutliche Überlegenheit der Safeline-Beschichtung gegenüber den unbeschichteten Oxygenatoren. Demnach konnte gezeigt werden, dass die Beschichtung der Oxygenatoroberfläche mit Polypeptiden bedeutende Vorteile im Sinne einer verbesserten Biokompatibilität mit sich bringt. Ersichtlich wurde dies vor allem anhand des geringeren Leukozytenabfalls sowie weniger starken Anstiegs der PMN-Elastase-Konzentration in der Safeline-Gruppe. In Bezug auf die meisten Untersuchungsparameter erwies sich die SafelineY-Beschichtung im Vergleich zur Safeline- sowie unbeschichteten Gruppe als vorteilhafter. Diese Oxygenatoren zeigten einen besonders günstigen Einfluss auf die Thrombozyten, der sich nicht nur in einer geringer ausgeprägten Thrombozytenreduktion, sondern auch in einer verminderten Plättchenaktivierung und somit weniger starken Freisetzung von ß-Thromboglobulin zeigte.

Abschließend kann festgehalten werden, dass die Beschichtung von Oxygenatoroberflächen mit Polypeptiden deutliche Vorteile bezüglich der Hämokompatibilität mit sich bringt und somit zu einer Verminderung der postoperativen Risiken und Komplikationen beiträgt und demnach eine Verkürzung der Rehabilitationsphase des Patienten zu erwarten ist.

Contact of blood with the artificial surfaces of cardiopulmonal bypass circuits influences both coagulation and inflammation. Activation of those cellular and humoral components of blood can induce complications like secondary bleeding, embolism or sepsis. In the face of these facts the attempt to create an artificial surface trying to imitate the vascular endothelium with its properties and thus leading to a minimization of the risks mentioned above is of great importance. The aim of this study was to assess the hemocompatibility of hollow fiber membrane oxygenators with a biologically passive or non-thrombogenic coating. Hollow fiber membrane oxygenators were used whose polypeptide coatings differed in the concentration of polypeptides, the conditions of coating and in the pre-treatment (priming of the Safeline oxygenators with a solution containing heparin). As control group served non-coated oxygenators of the same type. The analysis of the results showed that the priming of the oxygenators with a solution containing heparin does not optimize the surface properties and therefore cannot lead to an improved biocompatibility. Furthermore the different coating conditions could not induce better material properties. The further evaluation of the results showed a clear superiority of the Safeline-coating compared with the non-coated oxygenators. Therefore it could be demonstrated that the coating of the oxygenator surface with polypeptides implicates significant advantages concerning an improved biocompatibility. This became obvious in a less decrease of leucocytes and a less increase of PMN-Elastase concentration in the Safeline-group. With reference to most of the parameters the Safeline Y-group seemed to be more advantageous than the Safeline- or non-coated group. Those oxygenators showed a particularly favourable influence on platelets which could be seen not only in a less distinct thrombocytopenia but also in a reduced activation of platelets resulting in a less release of ß-thromboglobulin.

Finally it can be said that the coating of the oxygenator surface with polypeptides positively influences the hemocompatibility and diminishes the postoperative risks and complications and according to this a shortened rehabilitation of the patients can be expected.