FWF - DAMAGE - Heilt die Zeit alle Wunden? Schädigung in den Blutgefäßen

Heilt die Zeit alle Wunden? Um die Anzahl der Komplikationen nach Herz-Kreislauf-Operationen zu minimieren, wird die Forschung angestrebt eine Verringerung unnötiger intraoperativer Traumata zu erzielen. Eine häufige Nebenwirkung eines chirurgischen Eingriffs ist mechanische Überlastung des betroffenen oder umgebenden Gewebes. Dies kann zu akuten Schäden führen, wenn nicht sofort problematisch, längerfristige Umgestaltungen (Remodelierungen) auslösen, die eine erneute Intervention erforderlich macht. Daher ist eine Optimierung von Operationstechniken und Instrumentendesign unerlässlich. Die Wirksamkeit dieser Techniken und Konstruktionen hängt davon ab, wie gut die Verletzungsmechanismen im Herz-Kreislauf-Gewebe verstanden werden und wie sie in objektive Konstruktionskriterien umgesetzt werden können. Das ultimative Ziel dieses Verbundprojekts ist es daher, zuverlässige Modelle zu definieren, um die Langzeiteffekte mechanisch induzierter Schäden an Herz-Kreislauf-Gewebe zu quantifizieren, ein einzigartiges und neuartiges Konzept. Dieses Wissen kann dann verwendet werden, um virtuell chirurgische Eingriffe zu testen, in casu Ballon-Angioplastie, so dass diese optimiert werden können, um akute und langfristige Schäden zu minimieren. Es können drei Ziele identifiziert werden, die jeweils separat innovativ und für den Bereich der kardiovaskulären Biomechanik relevant sind. Das erste Ziel dieses Projekts ist es, die mikrostrukturelle Organisation von Kollagenfasern und anderen extrazellulären Matrixstrukturen durch innovative Bildgebungs- und Bildverarbeitungstechniken zu verstehen und zu charakterisieren. Diese Informationen werden anschließend in einem mechanischen Modell für arterielles Gewebe verwendet, in dem Kollagenfasern biofidel und mikrostrukturell validiert dargestellt werden, einschließlich akuter und langfristiger Schäden und Heilungsfähigkeit. Das zweite Ziel zielt darauf ab zu verstehen, wie glatte Muskelzellen sowohl in ihrem kontraktilen als auch in ihrem synthetischen Phänotyp im arteriellen Gewebe organisiert sind und wie sie auf mechanische Belastungen auf Zell- und Gewebeebene reagieren. Dies wird zu einem neuartigen, experimentell validierten konstitutiven Modell für arterielles Gewebe führen, bei dem der aktive Energiebeitrag der glatten Muskelzellen aufgrund von Änderungen der Wandschubspannung und der mechanischen Dehnung berücksichtigt wird. Die auftretenden Reaktionskaskaden, die zu Kontraktion, Relaxation, Phänotypwechsel und zur extrazellulärer Matrixproduktion führen, werden modelliert, wobei auch die Fähigkeit zur akuten und langfristigen Schädigung einbezogen wird, was zu einem einzigartigen biomechanischen und mechanobiologischen Modell für arterielle glatte Muskelzellen führt. Unter Verwendung der Ergebnisse der obigen Ziele zielt das dritte Ziel darauf ab, akute Schäden und Gefäßumbau nach Ballon-Angioplastie durch Finite-Elemente-Modellierung vorherzusagen. Wir nehmen an, dass ein Rechenmodell angesichts der genauen Modellierung des Schadensverhaltens von Kollagen und glatten Muskeln ein starkes Vorhersagewerkzeug für kardiovaskuläre Interventionsergebnisse ist.