Development of thermoplastic elastomers for cardiovascular tissue regeneration

Abstract

Kardiovaskuläre Erkrankungen sind eine der häufigsten Todesursachen weltweit. Die Behandlung der fortgeschrittenen Erkrankung erfordert häufig chirurgische Eingriffe, in denen weiches Gewebe ersetzt werden muss. Im Bereich der kleinlumigen Gefäßprothesen gibt es derzeit keine künstlichen Grafts, die vergleichbar mit natürlichem Gewebe sind. Im Rahmen dieser Arbeit wurden neue thermoplastische Polyurethane speziell für solche Anwendungen unter Anwendung der Prinzipien von Tissue Engineering entwickelt. Thermoplastische Elastomere wurden so designt, dass sie ideale Materialeigenschaften für Weichgewebe-Ersatz erzielen. Beispielhafte Anforderungen sind exzellente mechanische Eigenschaften, Abbaubarkeit und Biokompatibilität. Für diesen Zweck wurden diverse Kettenverlängerer Strukturen evaluiert und in einigen Fällen spezifisch für diesen Zweck synthetisiert. Auf der Basis dieser Komponenten wurden neue thermoplastische Polyurethane (TPUs) synthetisiert und deren Eigenschaften wurden untersucht. Des Weiteren wurden die neuen TPUs erfolgreich durch Elektrospinning verarbeitet und in vivo als abbaubare kleinlumige Gefäßprothesen getestet.

Cardiovascular diseases are some of the most common causes of premature death worldwide. The treatment of more severe cases involves surgical intervention where tissue must be replaced. However, in the case of small-diameter vessels none of the artificial grafts are comparable to native tissue up to this day. During this thesis, novel thermoplastic polyurethanes tailored for such applications were developed. The principles of tissue engineering were applied for this purpose: Thermoplastic Elastomers were designed in a way to achieve ideal material attributes for soft tissue replacement. Examples for such requirements are excellent mechanical properties, degradability, and biocompatibility. For this purpose, various chain extender structures were evaluated and, in some cases, customarily synthesized for the purpose. Based on these compounds, new thermoplastic polyurethanes (TPUs) were synthesized and their properties were investigated. Furthermore, the new TPUs were successfully processed by electrospinning and tested in vivo as degradable small-diameter vascular prostheses.