Das Ziel dieser Arbeit war es Hemopatch zu verbessern und ein effektiveres und effizienteres blutstillendes Mittel zu entwickeln. Dies sollte dadurch erreicht werden, dass das Kollagenpatch mit einer mehrarmigen hochreaktiven PEG-Isocyanatoberfläche beschichtet wurde. Damit sollte es als Hämostat für starke Blutungen beziehungsweise an schwer zugänglichen Organen anwendbar werden. Daher war das Hauptaugenmerk dieser Arbeit Fragen zur Hemopatch Stabilität, Adhäsion an Organen während der Operation und seiner biologischen Abbaubarkeit/Biokompatibilität. Methoden: Die Stabilität von Isocyanat- bzw. NHS-PEG wurde mittels NMR und FTIR analysiert. Gewebeadhäsion wurde in präklinischen Hämostasemodellen getestet, die in heparinisierten Schweinen an verschiedenen Organen durchgeführt wurden. Die Abbaubarkeit und der Einfluss auf das umliegende Gewebe wurde in zwei prospektiven, randomisierten, präklinischen Studien an einer Kaninchenleberläsion histopathologisch untersucht. Ergebnisse: Die Stabilitätsstudien zeigten, dass das Material nach einer dreimonatigen Lagerung aufgrund der Anwesenheit von Wasser und der Umwandlung der Isocyanatgruppe in instabile Carbaminsäurederivate seine Aktivität fast vollständig verlor. Die Ergebnisse der präklinischen Tests zeigten, dass zwar eine optimale hämostatische Effizienz aufgrund der schnellen und effektiven Adhäsion ans Gewebe ohne jegliche Bildung von Hämatomen erreicht werden konnte, aber die darauffolgenden präklinischen Studien belegten, dass PEG-Isocyanat-beschichtete Patches zu einer akuten Entzündungsreaktion, einer Fremdkörperreaktion (Verkapselung) und der Bildung einer sehr starken Adhäsion des Leberlappens an der Bauchdecke führten. Die histopathologischen Ergebnisse für Hemopatch Heavy Duty zeigten weiters die Bildung einer amorphen Masse mit einer großen Anzahl von Makrophagen und Granulozyten, die in einer Kapsel eingeschlossen waren.
Fazit: Es gibt eine Vielzahl positiver Eigenschaften von Hemopatch Heavy Duty. PEG-Isocyanat basierendes Hemopatch hat eine kürzere Applikationszeit mit einer Blutungszeit von weniger als 30 Sekunden im Vergleich zu NHS-PEG-basiertem Hemopatch mit einer Blutungszeit von 1-2 Minuten. Die Haftfestigkeit an das Gewebe der Patches auf der Basis von PEG-Isocyanat ist höher im Vergleich zu NHS-PEG-, und PEG-Isocyanat-basierte Kollagenschwämme zeigten auch eine hohe Haftfähigkeit an Organen, bei denen NHS-PEG-beschichtete Kollagenpatches versagten. Hemopatch Heavy Duty hätte vielleicht großes Potenzial als Biomaterial in der Chirurgie, jedoch sind weitere Verbesserungen hinsichtlich seiner Instabilität, Adhäsionsbildung und Fremdkörperreaktion erforderlich.

Purpose: The aim of this thesis was to develop a more effective and efficient hemostatic agent based upon Hemopatch by adding a multiarm polyethylenglycol(PEG)-isocyanate surface to the collagen patch and to clarify questions surrounding its stability, adhesion to organs during surgery, and its biodegradability. Methods: The stability of isocyanate- and NHS PEG was analyzed by using NMR and FTIR. Its adhesion was tested in preclinical hemostasis models run on heparinized pigs on different organs. Its degradability and influence on the surrounding tissue was investigated through two prospective, randomized, preclinical studies in a rabbit liver lesion model including the appropriate histopathological evaluations. Results: The stability test showed that the material lost all or nearly all of its activity after three months of storage due to the presence of water and the transformation of isocyanate group into unstable carbamic acid derivatives. The results of the preclinical tests showed optimal hemostatic efficiency because of the fast and effective adhesion results without the formation of any hematoma. However, the results of the preclinical studies showed that PEG-isocyanate coated pads (Hemopatch Heavy Duty) led to an acute inflammatory reaction, a foreign body response (encapsulation) and the formation of a very strong adhesion formation of the liver lobe to the abdominal wall. In addition, the histopathological results for Hemopatch Heavy Duty showed an acute inflammatory reaction, including the formation of an amorphous mass with a huge number of macrophages and granulocytes.
Conclusion: There is a wide range of positive properties of Hemopatch Heavy Duty. PEG-isocyanate based collagen patches have a shorter application time with a bleeding time of less than 30 seconds in comparison to NHS-PEG-based Hemopatch, with a bleeding time of 1-2 minutes. The adhesive strength to the tissue of the pads based on PEG-isocyanate is higher compared to NHS-PEG pads and isocyanate based collagen sponges showed adhesiveness to all kinds of tested tissue, including tissues where NHS-PEG-coated collagen pads failed. In such cases, Hemopatch Heavy Duty has shown itself to have great potential as a biomaterial and worthy of further investigation. Nevertheless, it needs to be improved due to its instability, adhesion formation and foreign body response.