Biocompatibility screening in cardiovascular implants

Abstract

Zunehmendes Interesse gilt der Biokompatibilität kardiovaskulärer Implantate. Ziel dieser Arbeit ist die Vorstellung von Methoden und Ergebnissen der pathologischen Aufarbeitung von explantierten Implantaten. Die Standardeinbettung von Implantaten zur histologischen Beurteilung in Paraffin ist nur eingeschränkt geeignet, da metallische Anteile vor der Einbettung unter Beschädigung der Grenzfläche Gewebe/Implantat entfernt werden müssen. Alternativ kommt eine Einbettung in Kunstharze in Frage, wobei histologische Schnitte mittels Schneiden und Schleifen angefertigt werden. Dies ermöglicht die Untersuchung lokaler entzündlicher Vorgänge an der Oberfläche des Implantates. Zusätzlich interessieren bei der Aufarbeitung der Implantate die Reaktion und Struktur des umgebenden Gewebes sowie der benachbarten Grenzfläche zum Blutstrom. Neben der Histologie kommen immunhistochemische Verfahren sowie die Elektronenmikroskopie zum Einsatz. Unter Verwendung der genannten Methoden demonstrieren wir Befunde von Implantatpräparaten aus Tierversuchen und entsprechende Ergebnisse von Implantaten, die bei Patienten im Rahmen von Korrekturoperationen bei angeborenen Herzfehlern entfernt wurden. Nach der Implantation kommt es unabhängig vom Implantattyp zu einer raschen Re-Endothelialisierung der Gefäßoberfläche. In das nach Okkluder-Implantation initial gebildete Thrombusgewebe sprossen fibromuskuläre Zellen ein, wie sie auch nach Stentimplantation in der Intimahyperplasie gesehen werden. Entzündliche Reaktionen sind in Qualität und zeitlichem Verlauf materialabhängig. Mit einer vollständigen pathologischen Aufarbeitung kardiovaskulärer Implantate nach Explantation können Informationen über Einwachsen, Endothelialisierung und Entzündungsreaktionen gewonnen werden. Interest in information on biocompatibility of implants is increasing. The purpose of this paper is to discuss methods and results of pathological biocompatibility screening of explanted cardiovascular implants. Use of standard histology after embedding in paraffin is limited since metallic implants have to be removed during workup with disruption of the specimen. Alternatively, tissue blocks containing an implant can be embedded in methylmethacrylate or hydroxyethylmethacrylate and processed by sectioning with a diamond cutter and grinding, thus leaving the implant in situ and saving the tissue/implant interface for detection of local inflammatory reactions. Another important aspect of evaluation is the progress of thrombus organisation after initial fibrin clotting on the metal surface or in the inner part of occlusion devices. New methacrylate resins and embedding techniques allow for specific immunohisto-chemical staining of the specimen thus enabling characterisation of tissues surrounding the implant. Information on endothelialisation of the vascular surface of the implant can be obtained by means of immunohistochemistry or by scanning electron microscopy. Illustrating the use of these technologies, we demonstrate findings in tissue specimens from animal studies with different types of devices (i.e. stents, occlusion devices). We present corresponding findings in human specimens with implants that were removed during corrective surgery for congenital heart defects. Early endothelialisation of the vascular surface was seen after implantation in all types of devices. Cells within occlusion devices could be characterised histologically and immunohistochemically as fibromuscular cells as seen in intimal hyperplasia after stent implantation. Inflammatory implant-host reactions ranged from mild to moderate (medical grade stainless steel, nitinol) to severe (polytetrafluoroethylene [PTFE]). With an optimal work-up of cardiovascular implants, ingrowth and endothelialisation as well as inflammatory reactions in the surrounding tissue can be assessed. This information allows evaluation of individual tissue reactions to the implant and may serve as valuable basis for optimisation of biocompatibility by implant modification.

DOI: 10.1007/s00392-005-0231-4

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@article{Sigler2005BiocompatibilitySI, title={Biocompatibility screening in cardiovascular implants}, author={Dr. M. Sigler and Prof. Dr. Th. Paul and Prof. Dr. R. G. Grabitz}, journal={Zeitschrift f{\"{u}r Kardiologie}, year={2005}, volume={94}, pages={383-391} }