Ein amerikanisches Forschungsteam hat einen Weg gefunden, lebende Haut mit Blutgefäßen per 3D-Druck herzustellen. Hierin sehen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler einen bedeutsamen Schritt in der Entwicklung von Transplantaten, die der natürlichen Haut ähneln.
Pankai Karanade, Studienleiter und Mitglied des Center for Biotechnology and Interdisciplinary Studies (CBIS), äußerte sich zum Hintergrund des Projektes: "Alle bis dato verfügbaren Hauttransplantate ähneln bestenfalls aufwendigen Pflastern. Sie beschleunigen zwar die Wundheilung, fallen aber letzten Endes einfach ab, da sie sich nie wirklich in die Zellen des Wirts integrieren."
Eines der Hauptprobleme bei der Integration von Hauttransplantaten lag bislang in der Abwesenheit eines funktionierenden Gefäßsystems. Karanade und sein Team arbeiten bereits seit vielen Jahren an dieser Herausforderung. Um Gefäßsysteme in die künstliche Haut zu integrieren, schlossen sich die WissenschaftlerInnen mit einem Team der Yale School of Medicine zusammen.
In der aktuellen Studie weisen die ForscherInnen auf die Auswirkung einer Verbindung aus menschlichen Endothelzellen und Pericyten mit tierischem Collagen und weiteren Zellstrukturen, die typischerweise für Hauttransplantate verwendet werden, hin. Die Zellen treten in Kommunikation miteinander und bilden innerhalb weniger Wochen eine biologisch relevante Gefäßstruktur.
Karanade erläuterte zum Prozess: "Als Entwickler war uns bei der Rekonstruktion von Biologie natürlich immer bewusst, dass die Biologie viel komplexer ist als die einfachen Systeme, die wir im Labor modellieren. Erfreut haben wir festgestellt, dass die Biologie ganz von allein die Oberhand übernimmt und sich natürlichen Strukturen annähert, sobald man sich dieser Komplexität annähert."
Im Testversuch wurden die Hauttransplantate auf eine Gruppe Mäuse übertragen. Die Blutgefäße der gedruckten Haut traten in Kommunikation mit den eigenen Blutgefäßen der Mäuse. "Das ist extrem wichtig, da die Übertragung von Blut und Nährstoffen das Transplantat am Leben erhalten", erläuterte Karanade.
Um ihre Erfindung auf klinischer Ebene zu testen, arbeiten die ForscherInnen derzeit noch daran, Spenderzellen durch Verfahren wie die CRISP-Technologie zurechtzuschneiden, damit sich die Blutgefäße auch bei Menschen integrieren können. "Da sind wir noch nicht ganz angekommen, aber auf jeden Fall einen Schritt weiter", merkte Karanade an.
Deepak Vashisht, Direktor des CBIS, äußerte sich zu den zu den Forschungsergebnissen: "Diese Entwicklung verdeutlicht das Potential des 3D-Biodrucks in der Präzisionsmedizin. Lösungen können für PatientInnen und bestimmte Situationen maßgeschneidert werden. Dieses Projekt ist ein tolles Beispiel dafür, wie EntwicklerInnen daran arbeiten, Lösungen für Rätsel der menschlichen Gesundheit zu finden."
Nach Aussage von Karanade wird noch mehr Arbeit notwendig sein, um PatientInnen mit Verbrennungen zu behandeln, da hier der Verlust von Nerven und Gefäßenden berücksichtigt werden muss. Allerdings brächten die bislang entwickelten Hauttransplantate ForscherInnen bei der Behandlung von PatientInnen mit diabetischen Geschwüren oder Druckgeschwüren bereits einen deutlichen Schritt weiter.
Karanade erläuterte: "Für solche PatientInnen sind unsere Hauttransplantate perfekt geeignet. Geschwüre treten meist an deutlich sichtbaren Körperstellen auf und können bereits mit kleineren Hautstücken behandelt werden. Wundheilung dauert bei DiabetikerInnen oftmals länger, aber so könnte der Prozess auf jeden Fall beschleunigt werden."
Quelle:
Baltazar T et al., 3D bioprinting of a vascularized and perfusable skin graft using human keratinocytes, (..). Tissue Engineering Part A 2019; DOI:10.1089/ten.TEA.2019.0201