Die Restenose stellt ein zentrales Problem der interventionellen Kardiologie dar und ist häufigste Komplikation nach perkutanen Angioplastieverfahren. Hauptursache dieser Wiederverengung des Gefäßes ist die Bildung einer Neointima durch die Proliferation transdifferenzierter vaskulärer glatter Muskelzellen und die Sekretion extrazellulärer Matrix. Die Entstehung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) und die Entzündungsreaktion nach der Gefäßverletzung werden als frühe, die Neointimabildung induzierende Prozesse diskutiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden mehrere Projekte bearbeitet, die Aufschluss über die während der Neointimabildung statt findenden Prozesse geben sollen. Mit Hilfe eines Verletzungsmodells der murinen Femoralarterie wurde der Einfluss der Entzündung und der ROS-Bildung auf die Neointimabildung in der Maus untersucht. Die Behandlung mit dem mitochondrialen Superoxiddismutase-Mimetikum MitoTEMPO verminderte die Bildung der Neointima besser, als die Behandlung mit dem globalen ROS-Fänger N-Acetylcystein. Die stärkste Hemmung der Neointimabildung wurde jedoch durch die Immunsuppression mit Rapamycin erreicht. Interferon-γ (INFγ) ist ein wichtiges Zytokin der Th1-Immunantwort, das in Folge der Gefäßverletzung freigesetzt wird und die proinflammatorischen Chemokine CXCL9 (MIG, Monokine Induced by INF), CXCL10 (IP-10, INF inducible Protein of 10 kDa) und CXCL11 (I-TAC, Interferon inducible T cell-Chemoattractant) induziert. CXCL9, CXCL10 und CXCL11 sind Liganden des CXC-Chemokinrezeptors 3 (CXCR3) und locken chemotaktisch CXCR3 positive Entzündungszellen zum Ort der Gefäßverletzung. Daher wurde die spezielle Bedeutung des Chemokins CXCL10 in der Restenose untersucht. Dazu wurden CXCL10-defiziente Mäuse dem Femoralisverletzungsmodell unterzogen und die Gefäße nach 14 Tagen morphometrisch und immunhistologisch untersucht. CXCL10-Defizienz führte in Mäusen zu einer verminderten Neointimabildung, die mit einer verringerten Inflammation, Apoptose und Proliferation im verletzten Gefäß korrelierte. Neben der Inflammation beeinflusst aber auch die Reendothelialisierung der verletzten Gefäßwand die Restenose. Interessanterweise war im Vergleich zu Wildtyp-Mäusen in den CXCL10-Knockout-Mäusen auch die Reendothelialisierung erheblich verbessert. Offensichtlich ist das CXCR3-Chemokinsystem also in völlig unterschiedliche biologische Prozesse involviert und beeinflusst nicht nur die Bildung der Neoimtima durch die Förderung der Entzündung, sondern auch die Unterdrückung der Reendothelialisierung der verletzten Gefäßwand. Tatsächlich wird der CXCR3 nicht nur auf Entzündungszellen, sondern auch auf Endothelzellen exprimiert. Zur separaten Untersuchung der Rolle des CXCR3 in der Inflammation und der Reendothelialisierung wurde im Rahmen dieser Arbeit damit begonnen konditionelle CXCR3-Knockout-Mäuse zu generieren, in denen der CXCR3 entweder in Entzündungszellen oder in Endothelzellen ausgeschaltet ist. Zum besseren Verständnis der molekularen Mechanismen, mit denen der CXCR3 seine Funktionen vermittelt, wurde zudem untersucht ob dieser mit anderen G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR) interagiert. Die Analyse von Coimmunpräzipitaten deutet auf eine Homodimerisierung der beiden CXCR3 Splicevarianten CXCR3A und CXCR3B, sowie auf die Heterodimerbildung von CXCR3A und CXCR3B mit sich, sowie jeweils mit CCR2, CCR3, CCR5 und den Opioidrezeptoren MOR und KOR hin. Die getestete Methode des Fluoreszenz-Resonanz-Energietransfers (FRET) erwies sich jedoch als ungeeignet zur Untersuchung von CXCR3, da dieser in HEK293T-Zellen nicht korrekt transient exprimiert wurde. Insgesamt deuten die Ergebnisse dieser Arbeit darauf hin, dass das CXCR3-Chemokinsystem eine zentrale Rolle in unterschiedlichen, die Neointimabildung beeinflussenden Prozessen spielt. Damit könnten der CXCR3 und insbesondere das Chemokin CXCL10 interessante Zielmoleküle in der Entwicklung neuer verbesserter Therapien zur Verhinderung der Restenose darstellen. / Restenosis represents a central problem after coronary angioplasty procedures and is caused by intimal hyperplasia, also called neointima, as a result of transdifferentiation, proliferation of vascular smooth muscle cells and secretion of extracellular matrix. Formation of reactive oxygen species (ROS) and inflammation after vascular injury caused by angioplasty are discussed as early inducers of neointima formation. In several projects the processes causing the development of intimal hyperplasia were investigated. First of all, the impact of inflammation and ROS in neointima formation was investigated using the mouse femoral injury model. The mitochondrial superoxide dismutase mimetic mitoTEMPO could reduce neointima formation better than the global ROS scavenger N-acetylcystein. However, the strongest reduction of neointima formation was achieved by the treatment with the immunosuppressant rapamycin. Interferon-γ(INFγ) is a major cytokine of the Th1 immune response. It is released as a result of vessel injury and induces the proinflammatory chemokines CXCL9 (MIG, Monokine Induced by INF), CXCL10 (IP-10, INF inducible Protein of 10 kDa) and CXCL11 (I-TAC, Interferon inducible T-cell-Chemoattractant), which are ligands of the CXC chemokine receptor 3 (CXCR3) and by this chemotactically recruit CXCR3 positive cells to the site of vessel injury. In this work the special role of CXCL10 in restenosis was investigated. Therefore, CXCL10 decient mice underwent the mouse femoral injury model. The vessels were analysed morphometrically and immunohistologically 14 days after injury. CXCL10 deciency lead to decreased neointima formation that correlated with a reduced recruitment of inflammatory cells as well as diminished numbers of apoptotic and proliferating cells at the site of vessel injury. In addition to inflammation the reconstitution of the endothelium has also impact on the development of restenosis. Interestingly reendothelialisation was strongly improved in CXCL10 decient mice compared to wildtype mice. Obviously the CXCR3 chemokine system is involved in different biological prosesses and impairs neointima formation on one hand by the advancement of inflammation and on the other hand by the suppression of reendothelialisation. In fact the CXCR3 is not only expressed on inflammatory cells but also on endothelial cells. To investigate the role of CXCR3 in inflammation and reendothelialisation separatly the generation of conditional CXCR3 knockout mice with a CXCR3 knockout in T-cells or endothelial cells was started in an additional project. For a better understanding of the molecular mechanisms on which the CXCR3 mediates its biological functions the protein-protein interactions of the CXCR3 with other G-protein coupled recteptors (GPCR) was analysed. Coimmunoprecipitation showed homodimerization of the CXCR3 splice variants CXCR3A and CXCR3B, as well as heterodimerization of CXCR3A and CXCR3B with each other and with the chemokine receptors CXCR4, CCR2, CCR3, CCR5 and the opioid receptors MOR and KOR. The additional tested Fluorecence resonance energy transfer (FRET) method proved to be not suitable to measure interactions of CXCR3, since this receptor could not be expressed correctly on the cell surface after transient transfection. To summarise, the results indicate that the CXCR3 chemokine system plays a central role in different processes that mediate neointima formation. Thus, the CXCR3 and especially the chemokine CXCL10 could be interesting therapeutic targets in the development of new or improved treatments to reduce the risk of restenosis.

Durch die intraoperative Anwendung der extrakorporalen Bypassflow-Messung wurde zum ersten Mal die Messung und Berechnung der hydraulischen Impedanz möglich. Von den in der vorgelegten Untersuchung berücksichtigten Variablen des hydraulischen Impedanzkonzeptes zeigte sich, dass die Phasenverschiebung zwischen Druck- und Flusskurven, gemessen als erster Impedanzphasenwinkel, die größte klinische Bedeutung hatte. Mit Hilfe der Phasenverschiebung wurde die Langzeitprognose von femoro-poplitealen und insbesondere cruralen Bypässen eindeutig vorhersagbar. Sämtliche Bypässe zu Ausstromgebieten, die einen hohen Wellenwiderstand von < -40° aufwiesen, waren innerhalb von 16 Monaten nach der Operation verschlossen. Das Verhalten der Impedanzparameter nach Prostaglandinapplikation bestätigte die bisherigen tierexperimentellen Erfahrungen. Durch die induzierte Vasodilatation kam es neben der Senkung des linearen Strömungswiderstandes auch zu einem deutlichen Abfall des pulsatilen Wellenwiderstandes. Es zeigte sich, dass die isolierte Prostaglandinreaktion ein weiterer Prognosefaktor von cruralen Bypässen war. Sämtliche Rekonstruktionen, die zu Anschlussgefässen geführt wurden, welche keine Prostaglandinreaktion mehr zeigten, waren innerhalb von 9 Monaten postoperativ verschlossen. Hierdurch konnte die Genauigkeit der Vorhersagbarkeit von Bypassverschlüssen noch verbessert werden. Es zeigte sich außerdem in der vorgelegten Studie, dass konventionelle Angiographien weder mit der Prognose der peripheren Rekonstruktionen noch mit den intraoperativ gemessenen linearen oder pulsatilen Widerständen korrelierten. Dieses ist um so mehr von Bedeutung, da die Operationsplanung in der Regel anhand der Angiographien erfolgt. In kritischen Fällen, in denen der periphere Abstrom aufgrund einer schwachen Kontrastierung der Anschlussgefässe nicht sicher zu bestimmen ist, sollten aus diesem Grund zusätzliche dynamische Untersuchungen, wie die farbkodierte Duplexsonographie oder Magnetresonanz-Angiographie erfolgen. Der hohe lineare und pulsatile Widerstand ist zusammen mit der Anastomosengeometrie weiterhin dafür verantwortlich, dass es innerhalb der Anastomosen zu ausgeprägten Flussseparationen kommt. Wie mit Hilfe der Particle Image Velocimetry-Untersuchung gezeigt wurde, finden diese sich innerhalb der klassischen End-zu-Seit-Anastomosen im Bereich der Haube und der Fersenregionen. Darüber hinaus kommt es in Abhängigkeit von der Geometrie zu einer Stagnationszone auf dem Boden der Anastomose. Innerhalb dieser Flussablösungszonen fanden sich Scherstressmuster, die deutlich unterhalb des normalen Wandscherstressniveaus lagen. Zwischen dem Zentralstrom und den Separationszonen ließen sich darüber hinaus Übergangszonen mit deutlich höherem Scherstress nachweisen. Diese Befunde unterstützen die sogenannte low-shear Theorie, welche zur Erklärung der subendothelialen Intimahyperplasie herangezogen wird. Die räumliche Korrelation der typischen Prädilektionsstellen der Intimahyperplasie mit den durch PIV nachgewiesenen Flussablösungen zeigte eine sehr hohe Übereinstimmung. Neben den Hauben- und Fersenseparationen entwickelte sich eine Stagnationszone am Boden des Empfängergefässes. Ein weiterer wichtiger Aspekt in diesem Zusammenhang war der erstmals erhobene Befund, dass in der Übergangszone zwischen Zentralstrom und Separationen normale Wandscherbedingungen vorlagen. Hierbei könnte es sich um das erforderliche Stopsignal für die Endothelzellen handeln, die Stimulation der subendothelialen Myozyten einzustellen. / The intraoperative use of the extracorporeal bypass flow method allowed for the first time measurement and calculation of hydraulic impedance. The phase shift between flow and pressure waves, as represented by the first phase angle, showed a strong correlation to graft patency. All grafts presenting with high impedance values of < -40°, were occluded within 16 month after the operation. The reaction of the impedance parameters following application of prostaglandin E1 correlated with the previously known experimental results. The induced vasodilation led to a significant decrease of the first phase angle. The prostaglandin reaction itself also proved to be a valuable prognostic factor. All reconstructions to a vasculature with a negative prostaglandin reaction were occluded within 9 months after the operation. The prostaglandin response therefore provided an enhancement of the prognostic tools associated with graft patency. In addition it was shown, that the conventional angiographies did not correlate with graft prognosis. This is particularly important, since angiographies are used for the preoperative planning of the operation. In critical cases, additional assessment of runoff by means of duplex sonography or magnetic resonance angiography is necessary. The high pulsatile resistance is responsible for flow separation inside distal anastomoses of peripheral bypasses. Using Particle Image Velocimetry it was shown, that significant separation areas were present at the heel, the hood and the floor of the anastomoses. The shear stress inside these areas was significantly lower than normal wall shear stresses. At the transition between separation and mainstream very high shear stresses were present, which could provide the stop signal for the signal cascades, leading to subendothelial hyperplasia, which leads to graft stenoses.

Die subendotheliale myointimale Hyperplasie (MIH) stellt eine der Hauptursachen für die Ausbildung von Stenosen und Verschlüssen im Bereich von Anastomosen dar. Besondere Bedeutung hat die MIH in termino-lateralen Anastomosen. An der Entstehung der MIH sind hämodynamische Faktoren entscheidend beteiligt. Ausgehend von der Annahme, daß eine Veränderung der Anastomosenform die Hämodynamik beeinflussen kann, wurde in der vorliegenden Arbeit eine neue Anastomosenform, die femorocrurale Patchprothese (FCPP), entwickelt mit dem Ziel einer Optimierung der Strömungsverhältnisse im Anastomosenbereich. In einem hydrodynamischen Kreislaufmodell wurden elastische, transparente Silikonmodelle von termino-lateralen Anastomosen mit einem blutanalogen Newtonschen Fluid (Glycerol-Wasser-Gemisch) unter Simulation der femorocruralen Druckkurve pulsatil bei Variation der Strömungsbedingungen perfundiert. Die konventionellen und klinisch erprobten Anastomosenformen (termino-laterale Anastomose, Composite Bypass, Linton Patch, Miller Collar, Taylor Patch) wurden in vitro mit der FCPP-Anastomose und zwei Modifikation dieser Anastomosenform verglichen. Die Visualisierung des Strömungsfeldes wurde mit drei verschiedenen Methoden erreicht. Bei der farboptischen Methode wurde die Verteilung und Bewegung von Farbteilchen im Anastomosenbereich nach Injektion in das strömende Fluid mittels Video aufgezeichnet. Für die Ultraschalluntersuchung mittels hochauflösender farbcodierter Dopplersonographie (FKDS) wurde das Fluid mit Sephadex-Partikeln dotiert. Sämtliche Ultraschalluntersuchungen wurden ebenfalls mittels Video aufgezeichnet. Die Dopplerspektren korrespondierender Punkte in den Randzonen der Anastomosen wurden off-line der Fast Fourier Analyse (FFT) unterzogen und diese dreidimensional dargestellt. Die semiquantitative Analyse anhand der farboptischen Methode zeigte eine signifikante Verringerung bis Elimination MIH-assoziierter Strömungsphänomene in der FCPP-Anastomose und deren Modifikationen. Die Ausprägung der einzelnen Strömungsphänomene war abhängig von der Reynolds-Zahl und von dem Verhältnis von proximalem und distalem Stromzeitvolumen. Als Vorteil der FCPP erwies sich die Möglichkeit der Anpassung ihrer Form an die entsprechende Flußsituation durch Modifikation der Gabelform mit annähernd laminarer Strömung im gesamten Anastomosenbereich. Die FKDS bestätigte die Ergebnisse der farboptischen Methode. In der Peak-Systole und am Beginn der Diastole waren Rezirkulationszonen und Zonen niedriger Strömungsgeschwindigkeit in der FCPP am geringsten ausgeprägt oder nicht mehr nachweisbar (modifizierte FCPP). Der Vergleich der 3D-Darstellungen der FFT der Dopplerspektren zeigte niedrige Frequenzen und damit Flußgeschwindigkeiten und partiell eine Strömungsumkehr nahezu konstant in allen Anastomosenformen außer der FCPP und deren Modifikationen. In einer prospektiven Studie zum klinischen Einsatz der FCPP Anastomose wurden im Zeitraum von 6 / 1992 bis 7 / 1998 135 PTFE-Prothesenbypass-Rekonstruktionen mit distaler FCPP Anastomose bei 129 Patienten im klinischen Stadium III und IV der paVK analysiert. Die kumulativen primären und sekundären 1-, 2-, 3-, 4-, und 5-Jahres-Offenheitsraten nach Kaplan / Meier betrugen jeweils 63,0%, 44,9%, 35,7%, 33,1% und 27,6% bzw. 74,5%, 55,2%, 44,8%, 43,0% und 37,6%. Die kumulativen 1-, 3-, und 5-Jahres-Wahrscheinlichkeiten für den Erhalt der Extremität betrugen jeweils 86,8%, 79,2% und 77,5%. Eine Optimierung des Strömungsverhaltens innerhalb der Anastomosenregion ist in der FCPP derart möglich, daß der Anteil der für die Pathogenese der MIH ursächlichen Strömungsmuster minimiert wird. Diese Anastomose ist klinisch anwendbar und führt bei ausschließlicher Verwendung von ePTFE als Bypassmaterial im femorodistalen Bereich zu akzeptablen Langzeitergebnissen, die denen bei Anwendung von alternativ möglichen Venenpatchplastiken nicht nur vergleichbar, sondern teilweise überlegen sind. / The subendothelial myointimal hyperplasia (MIH) represents one of the main etiological factors in the formation of stenoses and occlusions of vascular anastomoses. MIH plays a role especially in termino-lateral anastomoses. Hemodynamic factors have a decisive impact on the development of MIH. Assuming that changes in the morphology of the anastomoses influence the hemodynamics, a novel anastomosis form, the femorocrural patch prosthesis (FCPP), was developed with the goal of optimizing the blood flow-dynamics within the anastomotic site. In a hydrodynamic circulation model, various elastic, transparent silicon phantoms of termino-lateral anastomoses were perfused with a Newton fluid blood analog (glycerol-water mixture) while simulating the femorocrural pressure curve in a pulsatile manner under variation of the flow conditions. The conventional and clinically tested anastomosis forms (termino-lateral anastomosis, composite bypass, Linton patch, Millar collar, Taylor patch) were compared with the FCPP-anastomosis and two modifications of the FCPP in vitro. The visualization of the flow velocity field was achieved using three different methods. By means of the color-optic method, the distribution and motion of color elements in the anastomotic area were video-recorded following injection in the flowing liquid. For the ultrasound examination with high resolution, color-coded Doppler sonography, the fluid was marked with Sephadex particles. All ultrasound examinations were also recorded on video. The corresponding doppler spektrum points in the marginal zones of the anastomosis were subjected to the Fast Fourier Transform (FFT) analysis off-line and then displayed three-dimensionally. The semiquantitative analysis using the color-optic method showed a significant decrease or elimination of MIH-associated current phenomena in the FCPP-anastomosis and its corresponding modifications. The intensity of singular flow phenomena was dependent upon the Reynolds-number and upon the relation of proximal to distal flow volume over time. The possibility to adapt the FCPP to the flow phenomena by modifying the bifurcated form and thereby achieving almost laminar flow in the complete anastomotic area proved to be advantageous. The color-coded Doppler sonography confirmed the results of the color-optic method. During peak systole and at the beginning of the diastole, recirculation zones and zones with low flow velocity were least intense in the FCPP or not detectable at all (in the modified FCPPs). The comparison between the FFT 3D-reconstructions from the Doppler spektrum showed low frequencies and thus flow velocities and a partial flow reversal almost constantly in all anastomosis forms except the FCPP and its modifications. In a prospective study on the clinical application of the FCPP anastomosis during the period of June 1992 to July 1998, 135 ePTFE prosthetic bypass reconstructions with distal FCPP anastomosis were analyzed in 129 patients suffering from peripheral arterial occlusive disease stages III and IV. The cumulative primary and secondary 1-, 2-, 3-, 4-, and 5-year patency rates calculated with the Kaplan / Meier method were 63.0%, 44.9%, 35.7%, 33.1%, and 27.6%, and 75.5%, 55.2%, 44.8%, 43.0% and 37.6%, respectively. The cumulative 1-, 3-, and 5-year probabilities for limb salvage were 86.8%, 79.2% and 77.5%, respectively. As a result of anastomotic engineering, FCPP optimizes the flow properties within the anastomosis region to such an extent that the pathogenetic role of flow disturbances is minimized. This anastomosis is clinically employable when using ePTFE as bypass material in femoro-distal vascular reconstruction and leads to acceptable long-term results that are not only comparable but sometimes superior to the results obtained when using alternative vein cuff techniques.