Malformations of the great intrathoracic arteries caused by hemodynamic alterations in chick embryos

Angeborene Defekte betreffen oft das Herz und die großen Intrathorakalen Arterien. In meiner Hypothese ging ich davon aus, dass einer abnormen Gefäßkonfiguration eine durch nicht regelhafte Herzentwicklung verursachte Änderung der Hämodynamik in den sich entwickelnden Pharyngealbogenarterien zugrunde liegt. Ziel meiner Arbeit war es diese Hypothese anhand des Hühnchen Models zu testen. Ich entwickelte und evaluierte ein Protokoll zur Manipulation von Herzen früher Embryonen im Entwicklungsstadium Hamburger Hamilton 17 (HH). Ein durch die Manipulation entstandener vorübergehenden Defekt im compact myocardial layer des sich entwickelnden rechten Ventrikels hatte eine Verlangsamung dessen Pumpwirkung und eine Fehlentwicklung des trabeculated layer zur Folge. Eine Evaluierung ergab, dass die durchgeführte Manipulation alleine das Myokard schädigte ohne andere wichtige Strukturen in Mitleidenschaft zu ziehen. Im Entwicklungsstadium HH34 zeigten die Embryonen schwerwiegende Herzfehlbildungen wie ectopia cordis, Ventrikelseptumsdefekte (VSD) oder double - outlet right ventricle (DORV). Außerdem zeigten alle Embryonen Fehlbildungen der großen intrathorakalen Gefäße. Aus den Ergebnissen können folgende Schlüsse gezogen werden: Erstens, Defekte des rechten Ventrikels und des Ausflusstraktes sind mögliche Ursachen für eine abnorme Gefäßkonfiguration der großen intrathorakalen Gefäße. Zweitens, Eine veränderte Hämodynamik im sich entwickelnden Pharyngealbogenarterien - System führt zu einem nicht regelhaften Umbau und zu daraus resultierenden Fehlbildungen der Gefäße. Drittens, eine vorübergehende Beeinträchtigung der Pumpfunktion des Herzens im Entwicklungsstadium HH17 kann zu Bildung eines Ventrikelseptumsdefekts führen. Diese Ergebnisse tragen grundlegend dazu bei die Mechanismen die für die Formation und den Umbau der Pharyngealbogenarterien verantwortlich sind und jene für die Entstehung von Herz und Gefäß -Malformationen zu verstehen.Hereditary cardiovascular defects affect the heart and the great intrathoracic arteries. I hypothesized that abnormal heart morphogenesis results in abnormal hemodynamics in the developing pharyngeal arch arteries (PAA) and thereby induces vessel malformations. Biomechanical rather than genetic factors are thus responsible for the abnormal vessel configuration. My thesis aimed at testing this hypothesis by using the chick model. I designed and evaluated a procedure for manipulating the heart of early chick embryos of developmental stage 17 (Hamburger Hamilton, HH). The procedure caused a transitory defect in the compact myocardial layer of the presumptive right ventricle and induced transitory weakness of its pumping function and an aberrant trabeculated layer. Evaluations proofed that the manipulation targeted only the ventricle myocardium and left all other organs unharmed. At HH34 manipulated embryos showed serious heart defects, including ectopia cordis, ventricular septal defect (VSD) and double outlet right ventricle (DORV). All embryos showed also malformations of the great intrathoracic arteries. The results lead to following conclusions: Firstly, defects of the right ventricle and outflow tract are a possible reason for malformations of the great intrathoracic arteries. Secondly, abnormal hemodynamics in the pharyngeal arch artery system during its development can induce abnormal remodeling and malformations. Thirdly, transitory defective pumping function of the right ventricle at HH17 can induce a ventricular septal defect. The results significantly contribute to a better understanding of the mechanisms responsible for the formation and remodeling of the PAA system and the genesis of malformations of the heart and great intrathoracic arteries.submitted by Mag. rer. nat. Barbara Maurer-GesekZusammenfassung in deutscher SpracheMedizinische Universität Wien, Dissertation, 2016OeB