Charakterisierung und ex vivo Untersuchung eines künstlichen Sauerstoffträgers für den Einsatz zur Konservierung von Nieren
Für die Herstellung des Sauerstoffträgers wurde die Hochdruck-Homogenisierung verwendet, ein in der Anwendung sehr einfacher, in den ablaufenden physikalischen Reaktionen aber hochkomplexer Prozess, bei dem viele Faktoren auf die entstehenden Sauerstoffträger Einfluss nehmen. Es wurden die Einflüsse von Albuminkonzentration, Druck und wiederholtem Passagieren auf die Formierung des Sauerstoffträgers während der Homogenisierung und der Lagerung beschrieben und interpretiert. Die Charakterisierung dieser Sauerstoffträger erfolgte mit dynamischer Lichtstreuung, statischer Lichtstreuung, Transmissionselektronenmikroskopie, Raster-Elektronenmikroskopie, Kernspinresonanz, Lichtmikroskopie und nasschemischen Methoden. Erst die Nutzung dieses breit gefächerten Methodenspektrums ergab ein umfassendes Bild dieser polydispersen Suspension der Sauerstoffträger. Eine leicht durchzuführende und zu standardisierende Herstellungsprozedur ergab eine Suspension, die stabil genug war, um im Modell der normothermen ex vivo Nierenperfusion getestet zu werden. Eine Optimierung der Lagerstabilität der Sauerstoffträger konnte mittels eines Temperatur- und Druckgradienten bewerkstelligt werden. Die Veränderung des Herstellungsprozesses änderte die physikalischen Eigenschaften der Sauerstoffträger teilweise drastisch, ohne deren Sauerstoffkapazität zu beeinflussen. Bei einer Lagerung über 5 Monate kam es nur zu minimalem Partikelwachstum. Allerdings wurden diese Partikel von Immun- und Tubuluszellen in Zellkultur aufgenommen.
Die Oxygenierung von Nieren die mit unterschiedlichen Volumenfraktionen der Sauerstoffträger perfundiert wurden wurde durch die Quantifizierung von Hypoxie-induzierbaren Faktoren im Gewebe überprüft. Messungen der glomerulären Filtrationsrate, der biochemischen Zellschädigungsparameter in Perfusionslösung und Urin, die histochemische Untersuchung des Organs und die Quantifizierung von Malondialdehyd im Urin identifizierten eine Volumenfraktion von 4 % als die optimale Konzentration von Sauerstoffträgern für diesen Einsatz. Bei dieser Volumenfraktion wurde sowohl eine Hypoxie als auch eine Hyperoxie verhindert. Verglichen mit Erythrozyten als physiologischem Sauerstoffträger zeigten Nieren, die mit dem aus Perfluordecalin hergestellten Sauerstoffträger sechs Stunden perfundiert worden waren, mäßige Schädigungsparameter. So zeigten diese Nieren einen vermehrten Abbau von Glykogen und tendenziell weniger Nekrosen im inneren Nierenmark. Während der Perfusion mit Erythrozyten trat Hämolyse auf, die zwei Effekte hervorrief. Zum einen konnte das Abfangen von Stickoxiden durch freies Hämoglobin und ein resultierender Muskeltonus die Glomeruli schützen. Zum anderen konnte ein gesteigerter Hämoglobin-induzierter Zelltod in den Zellen des äußeren Nierenmarks beobachtet werden.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Ergebnisse der hier verwendeten Sauerstoffträger trotz einiger Probleme einen Einsatz in der klinischen normothermen ex vivo Perfusion nicht ausschließen. Die Sauerstoffversorgung des Organs wird über viele Stunden hinweg gewährleistet. Die Veränderung des Herstellungsprozesses führt zu einer ausreichenden Lagerstabilität, die den Einsatz im klinischen Alltag ermöglicht.
This work displays the development of a cell-free perfusion solution for clinical use in the normothermic ex vivo perfusion of kidneys. The specific ability of the solution was to supply an isolated perfused rat kidney with adequate amounts of oxygen. Therefore, the focus of this work was on the development and characterization of an albumin-coated artificial oxygen carrier based on perfluorodecalin.