Veranstaltungsprogramm

Biocompatibility testing of materials is carried out in 2D cell cultures or animal models despite serious limitations. 3D skin equivalents are advanced in vitro models for human skin. Silicone has been shown to be noncytotoxic but capable of eliciting an immune response. Our aim was to (1) establish a 3D skin equivalent to (2) assess the proinflammatory properties of silicone. We developed a coculture of keratinocytes and fibroblasts resulting in a 3D skin equivalent with an implant using samples from a breast implant. Samples with and without the silicone implant were studied histologically and immunohistochemically in comparison to native human skin samples. Cytotoxicity was assessed via LDH-assay, and cytokine response was assessed via ELISA. Histologically, our 3D skin equivalents had a four-layered epidermal and a dermal component. The presence of tight junctions was demonstrated in immunofluorescence. The only difference in 3D skin equivalents with implants was an epidermal thinning. Implanting the silicone samples did not cause more cell death, however, an inflammatory cytokine response was triggered. We were able to establish an organotypical 3D skin equivalent with an implant, which can be utilised for studies on biocompatibility of materials. This first integration of silicone into a 3D skin equivalent confirmed previous findings on silicone being non-cell-toxic but capable of exerting a proinflammatory effect.

Endovaskuläre Eingriffe sind mittlerweile ein integraler Bestandteil der modernen Gefäßchirurgie, Kardiologie und interventionellen Radiologie geworden. In diesem Zusammenhang haben sich Angiographie-Simulatoren zu einem wertvollen Hilfsmittel für die Ausbildung angehender Mediziner entwickelt. Die Integration solcher Simulatoren in die gefäßchirurgische Ausbildung könnte, angesichts ihres Potenzials, die Leistung von Interventionalist:innen zu verbessern, die perioperativen Risiken sowohl für Patient:innen als auch für das medizinische Personal verringern.

Zu diesem Zwecke wurde unsererseits ein pulsatiles Flussmodell konzipiert und konstruiert. Hierbei wurde ein elektrisches Pumpsystem in eine Interventionseinheit integriert. Um den physiologischen Herzschlag sowohl im Volumen als auch in der Frequenz in verschiedenen Zuständen nachzubilden, sind diese am Modell verstellbar, mit einem Schlagvolumen von 60 bis 150 ml und einer Frequenz 0 bis 100 Zyklen pro Minute. In dieses Flussmodell werden anschließend transparente, 3D-gedruckte Aorten eingespannt, anhand welcher unter Sicht endovaskuläre Verfahren trainiert werden können.

Um den etablierten Simulator zu validieren, erfolgte die Durchführung einer Evaluationsstudie, anhand welcher zwei verschiedene 3D-gedruckte endovaskuläre Simulationsmodelle sowie ein digitaler Simulator untersucht und verglichen wurden.

Zu diesem Zwecke führten 32 endovaskulär erfahrene Gefäßchirurg:innen und Radiolog:innen der Universitätsklinik Innsbruck Eingriffe an zwei transparenten 3D-gedruckten Modellen durch – einem flexiblen Modell, das mittels additiver Fertigung durch Stereolithografie (SLA) erstellt wurde, und einem starren Modell, das mittels Fused Deposition Modelling (FDM)-Technologie gedruckt wurde – sowie an einem digitalen Simulator der Firma Mentice (Mentice, Göteborg, Schweden). Ein standardisierter Fragebogen bewertete die wahrgenommene Augenscheinvalidität (Face Validity) und Konstruktvalidität der Modelle anhand einer Likert-Skala sowie deren konkurrierende Validität durch Single-Choice-Fragen. Zusätzlich wurde der Einfluss des Modellmaterials (flexibel vs. starr) auf die wahrgenommene Realitätsnähe und Nützlichkeit sowie das Interesse an einem routinemäßigen, simulationsbasierten endovaskulären Trainingsprogramm untersucht.

Alle Teilnehmer führten die Eingriffe erfolgreich durch. Es bestand eine gleichmäßige Verteilung hinsichtlich Geschlecht und Berufserfahrung unter den Teilnehmern. Das flexible 3D-gedruckte Modell zeigte signifikant höhere Werte in der Augenscheinvalidität und Konstruktvalidität im Vergleich sowohl zum starren 3D-gedruckten Modell als auch zum digitalen Simulator (p<.001). Zwischen dem digitalen und dem starren Modell wurden keine signifikanten Unterschiede festgestellt (p=1,0 für Augenscheinvalidität, p=.38 für Konstruktvalidität). Hinsichtlich der konkurrierenden Validität bestand eine signifikante Präferenz für die 3D-gedruckten Modelle (72 % vs. 16 %; p<.001). Unter den 3D-gedruckten Modellen wurde das flexible Modell deutlich bevorzugt (82 % vs. 9 %; p<.001), was vermutlich auf die höheren Werte bezüglich des gefühlten Widerstands und des taktilen Feedbacks zurückzuführen ist (p<.001). Die Mehrheit der Teilnehmer (81 %) sprach sich für regelmäßiges Simulationstraining aus, idealerweise vierteljährlich.

Schlussfolgernd lässt sich festhalten, dass transparente 3D-gedruckte Modelle eine wertvolle und potenziell überlegene Alternative zu etablierten digitalen Simulatoren darstellen. Sie sind nicht nur kostengünstiger, sondern erzielen auch höhere Werte in der Augenschein-, Konstrukt- und konkurrierenden Validität im Vergleich zu digitalen Simulatoren. Die Flexibilität des Modells erweist sich dabei als entscheidender Faktor, der die Realitätsnähe und das Trainingserlebnis bei 3D-gedruckten Modellen signifikant verbessert.

Die zusätzliche Schaffung eines 3D-Drucker Labors wird es ermöglichen, eine Bandbreite solcher realitätsnaher Trainingsmodelle zu entwickeln und nationale sowie internationale Kooperationen und Ausbildungskurse zu etablieren. Dies bietet uns die Möglichkeit, junge Gefäßchirurg:innen praxisnah auszubilden und die Standards in der chirurgischen Ausbildung zu erhöhen.

Background: The limited availability of donor organs still poses a significant challenge in liver transplantation, leading to an urgent requirement for innovative approaches to enhance the donor pool. One promising in vitro model are Precision cut liver slices (PCLS) which have the advantage to preserve the complex cell diversity and cell-cell interactions mimicking the native environment of a liver. As a result, PCLS serve as an excellent model to effectively investigate the underlying cellular mechanisms of novel therapeutic treatment strategies aiming at organ reconditioning or regeneration.

Methods: The aim is the development of an optimized and standardized protocol for maintaining PCLS viability and functionality over a period of 6 to 8 days. PCLS are prepared from porcine biopsy samples with a diameter of 8 mm and a thickness of 250 µm using a vibrating microtome. These slices are than incubated on specific cell culture inserts with an optimized medium that mimics the conditions of the liver microenvironment. The viability is evaluated through multiple parameters like ATP content, AST/ALT measurements, morphological and immunohistochemical staining. Furthermore, gene expression analysis is conducted to quantify expression levels of key enzymes and regulatory systems involved in metabolic pathways.

Expected Results: It is hypothesized that by optimizing culture conditions, the viability of the liver slices can be significantly extended from several hours to at least one week. This would be supported by observing a decrease in LDH leakage, minimal histological degradation, as well as stable enzyme activities and gene expression levels.

Conclusion: Successful extension of PCLS viability would establish the basis for a robust and high-throughput model, enabling long-term studies by supporting more comprehensive investigations of liver regeneration, pathophysiology, and pharmacology compared to conventional 2D cell culture models.

Background: Three-dimensional (3D) cell culture techniques have gained considerable importance in recent years, especially in the field of liver research. Cultivating hepatocytes in two-dimensional (2D) environments is limited due to their rapid loss of functional properties and inability to maintain their native 3D architecture. In contrast, 3D cell cultures, including precision-cut liver slices (PCLS), aim to mimic cell-cell as well as cell-matrix interactions and thus in vivo liver conditions. This is critical for the study of liver function, toxicity testing, and the development of liver models for transplantation medicine. Due to the limited number of human organs available for transplantation research, porcine organs are commonly used for proof-of-concept studies, thus porcine hepatocytes serve as an excellent model for preliminary research.

Methods: Various 3D culture techniques, including spheroid cultures, hydrogel-based systems, and precision-cut liver slices, are used to investigate primary porcine hepatocytes. Hepatocytes from porcine liver biopsies are cultured in 2D and 3D environments and PCLS are prepared by cutting liver tissue into thin, viable slices using a precision-cutting technique. Morphological and functional analyses are performed to assess cell viability, enzyme activities, and gene expression.

Expected Results: Hepatocytes in 3D cultures, including PCLS, are expected to exhibit higher activity, cell viability, and functional stability over an extended period of time compared to 2D cultures. Specifically, PCLS are expected to maintain a more physiological liver architecture and cell-cell interactions, providing a more accurate representation of in vivo liver conditions.

Conclusion: In conclusion, these experiments seek to demonstrate the efficacy of 3D cell culture methods, including PCLS, in preserving the physiological and functional characteristics of hepatocytes in vitro. These advanced culture systems provide valuable tools for liver research. Future studies should focus on further optimization and standardization of 3D culture techniques to enhance their application in biomedical research and translation into clinical practice.