Adhäsivproteine und Hämokompatibilität

G Müller-Berghaus; Ragnhild Rössing

doi:10.1055/s-0038-1655187

Hämostaseologie, Inhaltsverzeichnis

Hamostaseologie 1990; 10(02): 77-83
DOI: 10.1055/s-0038-1655187

Originalarbeiten

Schattauer GmbH

Adhäsivproteine und Hämokompatibilität

Authors

G Müller-Berghaus

¹Klinische Forschungsgruppe für Blutgerinnung und Thrombose, Max-Planck-Gesellschaft, Gießen
Ragnhild Rössing

¹Klinische Forschungsgruppe für Blutgerinnung und Thrombose, Max-Planck-Gesellschaft, Gießen

Abstract

Zusammenfassung

Die Fähigkeit von Fremdoberflächen, eine möglichst gute Verträglichkeit mit den humoralen und zellulären Systemen des Blutes aufzuweisen, bezeichnet man als »Hämokompatibilität«. Bei gestörter Hämokompatibilität wird eine Aktivierung der Hämostase-, Komplement-und Kallikrein-Kinin-Systeme sowie Hämolyse, Thrombozytopenie und Thrombozytenfunktionsstörung , Leukozytopenie und Leukozytenfunktionsstörung beobachtet. Im Extremfall kommt es zur Ausbildung einer Thrombose und an Herzklappen zu einer Kalzifizierung. Die Hämokompatibilität von Biomaterialien ist bisher nicht zufriedenstellend gelöst. Ein modernes Konzept verfolgt die Idee, Biomaterialien mit Endothelzellen zu beschichten, um eine möglichst native Oberfläche dem zirkulierenden Blut gegenüberzustellen. Die Herstellung von mit Endothelzellen beschichteten Biomaterialien ist zum einen von den physikochemischen Eigenschaften des Materials und zum anderen von der Qualität der Endothelzellen und den Adhäsivproteinen, die Endothelzellen an den Biomaterialien fixieren, abhängig. Zu den Adhäsivproteinen, die zum Anhaften von Endothelzellen an Biomaterialien wichtig sind, zählen: Fibrinogen/Fibrin, von-Willebr and- Faktor, Fibronektin, Vitronektin, Laminin, Kollagen und Thrombospondin. Bis auf Vitronektin werden alle diese Adhäsivproteine von Endothelzellen selbst synthetisiert. Bei Abwesenheit von Vitronektin können Endothelzellen nicht an einem Biomaterial haften bleiben. Für die Bindung der Adhäsivproteine an Endothelzellen sind Rezeptoren, die zu der Gruppe der Integrine gehören, verantwortlich. Neben Adhäsivproteinen dürften Proteoglykane, Elastin und vielleicht Tenascin eine Bedeutung für die ausreichende Adhäsion von Endothelzellen an Biomaterialien haben. Zukünftige Aktivitäten in der Grundlagenforschung sowie in der kliniknahen Forschung werden darauf zielen, Biomaterialien zu entwickeln, die neben den physikalischen und mechanischen Eigenschaften ideale Voraussetzungen für das Anhaften, die Ausbreitung und die Proliferation von Endothelzellen haben. Hiermit verknüpft sind Eigenschaften, die eine gute Fixierung der Adhäsivproteine am Biomaterial gewährleisten. Neben Fortschritten in der Entwicklung von guten und besseren Biomaterialien wird es notwendig sein, Techniken zur schnellen und besseren Isolierung und Züchtung von Endothelzellen zu entwickeln.

Volltext

Referenzen

LITERATUR
1 Albelda S M, Daise M, Levine E M, Buck C A. Identification and characterization of cell-substratum adhesion receptors on cultured human endothelial cells. J Clin Invest 1989; 83: 1992-2002.
2 Anderson J S, Price T M, Hanson S R, Harker L A. In vitro endothelialization of small-caliber vascular grafts. Surgery 1987; 101: 577-86.
3 Bourdon M A, Ruoslahti E. Tenascin mediates cell attachment through an RGD-dependent receptor. J Cell Biol 1989; 108: 1149-55.
4 Buck C A, Horwitz A F. Cell surface receptors for extracellular matrix molecules. Ann Rev Cell Biol 1987; 03: 179-205.
5 Budd J S, Bell P R F, James R F L. Attachment of indium-111 labelled endothelial cells to pretreated polytetrafluoroethylene vascular grafts. Br J Surg 1989; 76: 1259-61.
6 Burgeson R E. New collagens, new concepts. Ann Rev Cell Biol 1988; 04: 551-77.
7 Burkel W E, Graham L M, Stanley J C. Endothelial linings in prosthetic vascular grafts. Ann NY Acad Sci 1987; 516: 131-44.
8 Burridge K, Fath K, Kelly T, Nuckolls G, Turner C. Focal Adhesions: Transmembrane junctions between the extracellular matrix and the cytoskeleton. Ann Rev Cell Biol 1988; 04: 487-525.
9 Blood-Surface Interactions. Biological Principles Underlying Haemocompatibility with Artificial Materials. Cazenave J-P, Davies J A, Kazatchkine M D, van Aken W G. (Eds). Amsterdam: Elsevier; 1986
10 Chaikof E L, Coleman J E, Ramberg K, Connolly R J, Merrill E W, Callow A D. Development and evaluation of a new polymeric material for small caliber vascular prostheses. J Surg Res 1989; 47: 193-9.
11 Cheng Y-F, Kramer R H. Human micro vascular endothelial cells express integrin-related complexes that mediate adhesion to the extracellular matrix. J Cell Physiol 1989; 139: 275-86.
12 Clarke J M F, Pittilo R M, Machin S J, Woolf N. A study of the possible role of mésothélium as a surface for flowing blood. Thromb Haemostas 1984; 51: 57-60.
13 Collins W E, Mosher D F, Tomasini B R, Cooper S L. A preliminary comparison of the thrombogenic activity of vitronectin and other RGD-containing proteins when bound to surfaces. Ann NY Acad Sci 1987; 516: 291-9.
14 DeClerck P J, De Mol M, Alessi M-C, Baudner S, Pâques E-P, Preissner K T, Muller-Berghaus G, Collen D. Purification and characterization of a plasminogen activator inhibitor 1 binding protein from human plasma. Identification as a multimeric form of S protein (vitronectin). J Biol Chem 1988; 263: 15454-61.
15 Dejana E, Colella S, Conforti G, Abbadini M, Gaboli M, Marchisio P C. Fibronectin and vitronectin regulate the organization of their respective Arg-Gly-Asp adhesion receptors in cultured human endothelial cells. J Cell Biol 1988; 107: 1215-23.
16 Dejana E, Lampugnani M G, Giorgi M, Gaboli M, Federici A B, Ruggeri Z M, Marchisio P C. Von Willebrand factor promotes endothelial cell adhesion via an Arg-Gly-Asp-dependent mechanism. J Cell Biol 1989; 109: 367-75.
17 Dejana E, Languino L R, Colella S, Corbascio G C, Plow E, Ginsberg M, Marchisio P C. The localization of a platelet GpIIbIlla-related protein in endothelial cell adhesion structures. Blood 1988; 71: 566-72.
18 Delvos U, Gajdusek C, Sage H, Harker L A, Schwartz S M. Interactions of vascular wall cells with collagen gels. Lab Invest 1982; 46: 61-72.
19 Dichek D A, Neville R F, Zwiebel J A, Freeman S M, Leon M B, Anderson W F. Seeding of intravascular stents with genetically engineered endothelial cells. Circulation 1989; 80: 1347-53.
20 Dilley R S, Herring M B. Endothelial seeding of vascular prostheses. In: Biology of Endothelial Cells. Jaffe E A. (ed). Boston: Martinus Nijhoff; 1984: 401-11.
21 Fasol R, Zilla P, Deutsch M, Grimm M, Fischlein T, Läufer G. Human endothelial cell seeding: Evaluation of its effectiveness by platelet parameters after one year. J Vase Surg 1989; 09: 432-6.
22 Fitzgerald L A, Charo I F, Phillips D R. Human and bovine endothelial cells synthesize membrane proteins similar to human platelet glycoproteins lib and Ilia. J Biol Chem 1985; 260: 10893-6.
23 Giltay J C, Brinkman H-J M, Modderman P W, von dem Borne A E G K, van Mourik J A. Human vascular endothelial cells express a membrane protein complex immunochemically indistinguishable from the platelet VLA-2 (Glycoprotein Ia-IIa) complex. Blood 1989; 73: 1235-41.
24 Giltay J C, Brinkman H-J M, von dem Borne A E G K, van Mourik J A. Expression of the alloantigen Zw^a (or P1^A1) on human vascular smooth muscle cells and foreskin fibroblasts: A study on normal individuals and a patient with Glanzmann’s thrombasthenia. Blood 1989; 74: 965-70.
25 Giltay J C, van Mourik J A. Structure and function of endothelial cell integrins. Haemostasis 1988; 18: 376-89.
26 Ginsberg M H, Loftus J C, Ryckewaert J J, Pierschbacher M, Pytela R, Ruoslahti E, Plow E F. Immunochemical and aminoterminal sequence comparison of two cytoadhesins indicates they contain similar or identical subunits and distinct a subunits. J Biol Chem 1987; 262: 5437-40.
27 Greisler H P, Klosak J J, Dennis J W, Karesh S M, Ellinger J, Kim D U. Biomaterial pretreatment with ECGF to augment endothelial cell proliferation. J Vase Surg 1987; 05: 393-9.
28 Grinnell F. Fibronectin adsorption on material surfaces. Ann NY Acad Sci 1987; 516: 280-90.
29 Hoffman A S. Modification of material surfaces to affect how they interact with blood. Ann NY Acad Sci 1987; 516: 96-101.
30 Hynes R O. Integrins: A family of cell surface receptors. Cell 1987; 48: 549-54.
31 Ivarsson B L, Cambria R P, Megerman J, Abbott W M. Fibronectin enhances early shear stress resistance of seeded adult human venous endothelial cells. J Surg Res 1989; 47: 203-7.
32 Jacobs H, Grainger D, Okano T, Kim S W. Surface modification for improved blood compatibility. Artificial Organs 1988; 12: 500-1.
33 Kambic H E. Polyurethane small artery substitutes. ASAIO Trans 1988; 34: 1047-50.
34 Kornblihtt A R, Gutman A. Molecular biology of the extracellular matrix proteins. Biol Rev 1988; 63: 465-507.
35 Köveker G B, Burkel W E, Graham L M, Wakefield T W, Stanley J C. Endothelial cell seeding of expanded polytetrafluoroethylene vena cava conduits: Effects on luminal production of prostacyclin, platelet adherence, and fibrinogen accumulation. J Vase Surg 1988; 07: 600-5.
36 Köveker G B, Petzke K H, Borg M, Nebendahl K. Reduction of thrombogenicity in small-diameter vascular prostheses seeded with autologous endothelial cells. Thorac Cardiovasc Surg 1986; 34: 49-51.
37 Lahav J, Dardik R, Stein O. Endothelial cell thrombospondin and its possible role in cell adhesion. Sem Thromb Hemostas 1987; 13: 352-60.
38 Languino L R, Gehlsen K R, Wayner E, Carter W G, Engvall E, Ruoslahti E. Endothelial cells use a₂ßi integrin as a laminin receptor. J Cell Biol 1989; 109: 2455-62.
39 Lawler J, Hynes R O. An integrin receptor on normal and thrombasthénie platelets that binds thrombospondin. Blood 1989; 74: 2022-7.
40 Leeksma O C, Zandbergen-Spaargaren J, Giltay J C, van Mourik J A. Cultured human endothelial cells synthesize a plasma membrane protein complex immunologically related to the platelet glycoprotein lib/ Ilia complex. Blood 1986; 04: 1176-80.
41 Blood in Contact with Natural and Artificial Surfaces. Leonard E F, Turitto V T, Vroman L. (eds). New York: The New York Academy of Sciences; 1987
42 Leseche G, Bikfalvi A, Dupuy E, Tobelem G, Andreassian B, Caen J. Prelining of polytetrafluoroethylene grafts with cultured human endothelial cells isolated from varicose veins. Surgery 1988; 105: 36-45.
43 Louagie Y, Legrand-Monsieur A, Remade C, Maldague P, Lambotte L, Ponlot R. Morphology and fibrinolytic activity of canine autogenous mésothélium used as venous substitute. Res Exp Med 1986; 186: 239-47.
44 Martin G R, Timpl R. Laminin and other basement membrane components. Ann Rev Cell Biol 1987; 03: 57-85.
45 McDonald J A. Extracellular matrix assembly. Ann Rev Cell Biol 1988; 04: 183-207.
46 Nicholson L J, Clarke J M F, Pittilo R M, Machin S J, Woolf N. The mésothélial cell as a non-thrombogenic surface. Thromb Haemostas 1984; 52: 102-4.
47 Pierschbacher M D, Ruoslahti E. Cell attachment activity of fibronectin can be duplicated by small synthetic fragments of the molecule. Nature 1984; 309: 30-3.
48 Pitt W G, Fabrizius-Homan D J, Mosher D F, Cooper S L. Vitronectin adsorption on polystyrene and oxidized polystyrene. J Colloid Interface Sci 1989; 129: 231-9.
49 Pötzsch B, Grulich-Henn J, Rössing R, Wille D, Miiller-Berghaus G. Identification and distinction of endothelial and mésothélial cells within human omental tissue and in cultured cells using different cell markers, (submitted).
50 Preissner K T. The role of vitronectin as multifunctional regulator in the hemostatic and immune systems. Blut 1989; 59: 419-31.
51 Preissner K T, Anders E, Grulich-Henn J, Miiller-Berghaus G. Attachment of cultured human endothelial cells is promoted by specific association with S protein (vitronectin) as well as with the ternary S proteinthrombin-antithrombin III complex. Blood 1988; 71: 1581-9.
52 Preissner K T, Mtiller-Berghaus G. Neutralisation and binding of heparin by S protein/ vitronectin in the inhibition of factor Xa by antithrombin III. Involvement of an inducible heparin binding domain of S protein/ vitronectin. J Biol Chem 1987; 262: 12247-53.
53 Preissner K T, Zwicker L, Miiller-Berghaus G. Formation, characterization and detection of a ternary complex between S protein, thrombin and antithrombin III in serum. Biochem J 1987; 243: 105-11.
54 Radomski J S, Jarrell B E, Pratt K J, Williams S K. Effects of in vitro aging on human endothelial cell adherence to dacron vascular graft material. J Surg Res 1989; 47: 173-7.
55 Ruoslahti E. Fibronectin and its receptors. Ann Rev Biochem 1988; 57: 375-413.
56 Ruoslahti E. Structure and biology of proteoglycans. Ann Rev Cell Biol 1988; 04: 229-55.
57 Ruoslahti E, Pierschbacher M D. New perspectives in cell adhesion: RGD and integrals. Science 1987; 238: 491-7.
58 Schneider P A, Hanson S R, Price T M, Harker L A. Preformed confluent endothelial cell monolayers prevent early platelet deposition on vascular prostheses in baboons. J Vase Surg 1988; 08: 229-35.
59 Seeger J M, Klingman N. Improved endothelial cell seeding with cultured cells and fibronectin-coated grafts. J Surg Res 1985; 38: 641-7.
60 Shindo S, Takagi A, Whittemore A D. Improved patency of collagen-impregnated grafts after in vitro autogenous endothelial cell seeding. J Vase Surg 1987; 06: 325-32.
61 Silver F, Doillon C. Biocompatibility. Interactions of Biological and Implantable Materials. Weinheim: VCH Verlagsgesellschaft; 1989
62 Silverstein R L, Leung L L K, Harpel P C, Nachman R L. Platelet thrombospondin forms a trimolecular complex with plasminogen and histidine-rich glycoprotein. J Clin Invest 1985; 75: 2065-73.
63 Sterpetti A V, Hunter W J, Schultz R D, Sugimoto J T, Blair E A, Hacker K, Chasan P, Valentine J. Seeding with endothelial cells derived from the microvessels of the omentum and from the jugular vein: a comparative study. J Vase Surg 1988; 07: 677-84.
64 Stoltz M. Verwendung von expandiertem Polytetrafluorethylen (e-PTFE) als medizinisches Implantat Strukturvarianten zur Lösung chirurgischer Probleme. O Chem Z 1988; 10: 295-9.
65 Suzuki S, Argraves W S, Arai H, Languino L R, Pierschbacher M D, Ruoslahti E. Amino acid sequence of the vitronectin receptor a subunit and comparative expression of adhesion receptor mRNAs. J Biol Chem 1987; 262: 14080-85.
66 Tuszynski G P, Rothman V L, Murphy A, Knudsen K A. Role of thrombospondin in hemostasis and cell adhesion. Sem Thromb Hemostas 1987; 13: 361-8.
67 Tuszynski G P, Rothman V L, Murphy A, Siegler K, Smith L, Smith S, Karczewski J, Knudsen K A. Thrombospondin promotes cell-substratum adhesion. Science 1987; 236: 1570-3.
68 Underwood P A, Bennett F A. A comparison of the biological activities of the celladhesive proteins vitronectin and fibronectin. J Cell Sci 1989; 93: 641-9.
69 van Hinsbergh V W M. Regulation of the synthesis and secretion of plasminogen activators by endothelial cells. Haemostasis 1988; 18: 307-27.
70 van Mourik J A, von dem Borne A E G Kr, Giltay J G. Pathophysiological significance of integrin expression by vascular endothelial cells. Biochem Pharmacol 1990; 39: 233-9.
71 Wagner W H, Henderson R M, Hicks H E, Banes A J, Johnson Jr G. Differences in morphology, growth rate, and protein synthesis between cultured arterial and venous endothelial cells. J Vase Surg 1988; 08: 509-19.
72 Wilson J M, Birinyi L K, Salomon R N, Libby P, Callow A D, Mulligan R C. Implantation of vascular grafts lined with genetically modified endothelial cells. Science 1989; 244: 1344-6.