Neovascularization of Prosthetic Vascular Grafts. Quantitative Analysis of Angiogenesis and Microhemodynamics by Means of Intravital Microscopy

Summary

Neovascularization of prosthetic vascular grafts seems to play an important role in the prevention of early graft failure due to infection or thrombotic occlusion. The process of angiogenesis and neovascularization was analyzed for throe different prosthetic vascular grafts (PTFE, Dacron double microvelour and gelatin-coated Dacron double microvelour) in vivo by means of fluorescence microscopy. Under Nembutal anesthesia (50 mg/kg BW) Syrian golden hamsters were fitted with a dorsal skinfold chamber, which contains the cutaneous skeletal muscle as well as subcutaneous tissue, and allows for quantitative analysis of the microcirculation for a prolonged period of time. In each chamber one piece (1mm²) of all three vascular grafts was implanted. Five days after implantation neovascularization was ascertained in 9/11 (coated) and 8/11 (non-coated) Dacron grafts, while only 4/11 PTFE implants revealed new microvessels. On day 10 the density of newly-formed microvessels was significantly higher (p < 0.001) in Dacron grafts (234.3 ± 31.2 cm^-1 and 238.9 ± 41.3 cm^-1 respectively) as compared to PTFE implants (154.9 ± 30.4 cm^-1). In addition, Dacron grafts revealed a larger neovascularization zone extending into the perigraft tissue. 12 days after implantation non-coated Dacron grafts were most tightly integrated into the perigraft tissue. The better neovascularization of Dacron might be due to the high porosity of the graft compared to low porous PTFE, which revealed insufficient neovascularization.

Zusammenfassung

Bei rekonstruktiven gefäßchirurgischen Eingriffen werden heute als Ersatz für größere Arterien vor allem alloplastische Gefäßprothesen aus Polyethylenterephthalat (Dacron) oder Polytetrafluorethylen (PTFE) verwendet. Die häufigsten Früh-komplikationen nach gefäßprothetischem Ersatz sind die Infektion und der thrombotische Verschluß des Implantates. Als Ursache der Infektion wird eine eingeschränkte Verankerung der Prothese im Peritransplantatgewebe durch fehlende Neovaskularisierung mit Ausbildung von seröser Flüssigkeit im Bereich der Grenzfäden zwischen Prothese und Perigraft angenommen. Für den thrombotischen Verschluß wird das fehlende transmurale Kapillarwachstum mit mangelhafter oder fehlender Ausbildung einer Neointima verantwortlich gemacht. Ziel der Studie war, die Neovaskularisierung der drei Gefäßprothesen PTFE, Dacron Doppel-Mikrovelour und gelatinebeschichtetes Dacron Doppel-Mikrovelour quantitativ zu analysieren.

Als Modell wurde die Rückenhautkammer des Syrischen Goldhamsters (Implantation unter Nembutalanästhesie, 50mg/ kg KG i. p.) verwendet, welche quantitative Analysen der Mikrozirkulation mittels Video-Vitalmikroskopie-Scanning-Technik erlaubt. In jede Kammer wurden jeweils ca. 1mm²große Stücke der drei unterschiedlichen Prothesen implantiert.

Fünf Tage nach Implantation konnte bei neun unbeschichteten und acht beschichteten von jeweils 11 Dacronimplantation eine beginnende Neovaskularisierung nachgewiesen werden, während zu diesem Zeitpunkt lediglich vier der 11 PTFE-Implantate neugebildete Mikrogefäße aufwiesen. Die funktionelle Gefäßdichte der Neovaskularisierung im Perigraft war 10 Tage nach Implantation bei Dacronimplantaten (234,3 ± 31,2 cm^-1 bzw. 238,9 ± 41,3 cm^-1) signifikant höher (p < 0,001) gegenü PTFE-Implantaten (154,9 ± 30,4 cm^-1). Hierbei bewirkten Dacronimplantate eine größere maximale Neovaskularisierungsbreite ins Peritransplantatgewebe. 12 Tage nach Implantation zeigten unbeschichtete Dacronimplantate die beste Verankerung im Perigraft sowie transmurales Kapillarwachstum.

Unbeschichtetes Dacron Doppel-Mikrovelour erlaubt, wohl bedingt durch die hohe Wandporosität und Aufrankung der Prothesenwand durch senkrecht eingearbeitete Schlingen, eine frühzeitige Neovaskularisierung mit hoher Gofäßdichte, transmuraler Kapillareinsprossung und fester Verankerung der Prothese im Peritransplantatgewebe. Gelatinebeschichtetes Dacron Doppel-Mikrovelour, welches im klinischen Gebrauch wie auch PTFE kein Preclotting erfordert, läßt eine ähnlich günstige Neovaskularisierung im Peritransplantatgewebe zu, ohne jedoch eine vergleichbare transmurale Kapillareinsprossung aufzuweisen. PTFE dagegen, wohl aufgrund der geringen Wandporengröße, wird nur wenig von Mikrogefäßen vaskularisiert und daher nicht ins Peritransplantatgewebe integriert.

Key words

Prosthetic vascular grafts - Neovascularization - Intravital microscopy - Hamster