Heilt die Zeit alle Wunden? Schädigung in den Blutgefäßen

Das wichtigste in der Medizin ist keinen Schaden anzurichten. Eine häufige Nebenwirkung von chirurgischen Eingriffen ist jedoch eine mechanische Überlastung des betroffenen und/oder des umgebenden Gewebes. Dies kann dazu führen das ein Umbau des Gewebes stattfindet die eine erneute Intervention erforderlich macht. Die Forschung zielt darauf ab einen Weg zu finden um Trauma zu verringern. Dies kann durch weniger invasive Techniken und durch das Design weniger traumatischer Geräte gelingen. Die Wirksamkeit von Techniken und Design hängt davon ab wie gut Schadensmechanismen im Herz- Kreislauf-Gewebeverstanden werden, und wie diese dann in objektive Konstruktionskriterien übersetzt werden können. Ein Ziel dieses Projekts ist es daher eine möglichst genaue mathematische Darstellung eines Blutgefäßes zu erstellen und dabei mikrostrukturelle und mechanobiologische Informationen mit aufzunehmen. Diese Darstellung kann dann verwendet werden um chirurgische Eingriffe virtuell zu testen um dadurch Eingriffe zu optimieren und akute und Langzeitschäden zu minimieren. Dies erfordert eine Sammlung von Gewebe, deren mikrostrukturelle Analysen, mehrachsige mechanische Tests und eine nichtlineare numerische Modellierung. Dies wird von einem einzigartigen internationalen Konsortium durchgeführt, mit Experten in jedem dieser Bereiche.

Kardiovaskuläre Erkrankungen bleiben trotz Fortschritten in der medizinischen Behandlung die häufigste Todesursache weltweit. Unsere Forschung konzentriert sich auf die Verbesserung chirurgischer Verfahren zur Behandlung arterieller Erkrankungen, insbesondere der Atherosklerose - einer Erkrankung, bei der sich das arterielle Lumen durch Plaqueablagerungen verengt und dadurch der Blutfluss eingeschränkt wird. Um den Blutfluss wiederherzustellen, führen Ärzte häufig eine Ballonangioplastie oder eine Stentimplantation durch, bei denen die Arterie mechanisch gedehnt wird. Obwohl diese Verfahren lebensrettend sind, führen sie oft zu einer Restenose - einer erneuten Verengung der Arterie im Laufe der Zeit. Einer der Hauptfaktoren für die Restenose ist die mechanische Überdehnung während des Eingriffs, doch die biologische Reaktion des arteriellen Gewebes auf diese Überdehnung ist bislang unzureichend verstanden. Ziel dieser Forschung war es, Methoden zur Analyse dieser Reaktion zu entwickeln und zu bewerten. Unser Fokus lag auf der Entwicklung einer Materialmodellierung und Simulation, gestützt durch experimentelle Techniken, die entscheidende Daten für diese Modelle liefern. Während aktuelle Materialmodelle mathematisch beschreiben können wie sich ein bestimmtes arterielles Gewebe basierend auf zuvor gewonnenen mechanischen Daten verhält, können sie nicht vorhersagen, wie ein anderes Gewebe darauf reagieren wird. Um die Vorhersagefähigkeit dieser Modelle zu verbessern, haben wir verschiedene Modellierungsansätze bewertet und untersucht, wie strukturelle Parameter, wie beispielsweise Kollagenfaserschädigung, das Gewebeverhalten unter mechanischer Belastung beeinflussen. Die präzise experimentelle Bestimmung dieser strukturellen Parameter stellt eine besondere Herausforderung dar. Kollagenfasern, die den arteriellen Wänden Stabilität verleihen, werden bei Überdehnung geschädigt, was die Reaktion der Arterie auf chirurgische Eingriffe beeinflusst. Allerdings erfordert die detaillierte Abbildung dieser Fasern fortschrittliche Mikroskopietechniken, die eine aufwendige Probenvorbereitung mit sich bringen und möglicherweise die Gewebeeigenschaften verändern. Dies erschwert die Balance zwischen präziser Bildgebung und der Erhaltung der Gewebeintegrität. Um dieses Problem zu lösen, haben wir bestehende Bildgebungs- und Testverfahren überprüft und verfeinert, um eine verlässlichere Analyse struktureller Parameter, einschließlich der Kollagenfaserschädigung und ihrer Korrelation mit mechanischen Kräften, zu ermöglichen. Obwohl bekannt ist, dass die Gewebestruktur die arterielle Mechanik beeinflusst, sind die spezifischen strukturellen Parameter, die diese Reaktion steuern, noch nicht vollständig verstanden. Ein tiefergehendes Verständnis dieser Zusammenhänge ist entscheidend, um chirurgische Verfahren wie die Ballonangioplastie und Stentimplantation zu optimieren, die Restenoseraten zu senken und die langfristigen Behandlungsergebnisse für Patienten zu verbessern. Unsere Studie liefert neue Erkenntnisse darüber, wie sich mechanische Überdehnung auf arterielle Gewebe auswirkt. Dies trägt zur Entwicklung effektiverer Behandlungsmethoden für kardiovaskuläre Erkrankungen bei.