Haut aus dem Labor |
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03.01.2012 16:33 Uhr |
Von Hannelore Gießen, Leipzig / Künstliche Haut für Transplantationen oder zum Testen von Kosmetika und Chemikalien ist rar. Bisher kann sie nur im Labormaßstab hergestellt werden, mühsam und langwierig. Stuttgarter Forscher haben jetzt ein neues Produktionsverfahren entwickelt.
Die Haut ist das erste Organ, das erfolgreich mit Methoden des Tissue Engineering im Labor gezüchtet wurde. Das liegt unter anderem daran, dass Hautbiopsien leicht verfügbar sind und die Haut zellulär einfach strukturiert ist. Hautmodelle werden vor allem als in-vitro-Testsystem benötigt. Der Bedarf an künstlicher Haut ist seit der siebten Kosmetikrichtlinie der Europäischen Union (EU) im Jahr 2003 stark gestiegen. Diese fordert, dass Tierversuche zur kutanen Resorption durch in-vitro-Tests ersetzt werden sollen.
Auch bei der Wirkstoffsuche für chemische Produkte oder neue Arzneistoffe sowie bei deren Prüfung sind Hautmodelle als Testsysteme gefragt. Für enormen Bedarf sorgt zudem die Forderung einer EU-Verordnung aus dem Jahr 2006, sämtliche Chemikalien auf Toxizität zu prüfen. Dies erfordert eine große Zahl von Tests, die bisher nur mit einem hohen Aufwand an Kosten und Zeit und anhand von Tierversuchen zu bewältigen sind. Alternativen wie synthetisch hergestellte Hautäquivalente sind deshalb dringend gesucht.
Auf dem Weg, künstliche Haut sowie Gewebe herzustellen, hat das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) in Stuttgart neue Wege beschritten. »Wir haben eine durchgehende Prozesskette in einer einzigen Anlage entwickelt – von der Zellextraktion über die Zellvermehrung bis hin zum dreidimensionalen Gewebeaufbau«, berichtete Professor Dr. Heike Walles beim Kongress für Regenerative Medizin in Leipzig.
Kompliziertes Verfahren
Das Konzept klingt einfach: Eine Hautprobe menschlicher Herkunft wird zunächst kleingeschnitten, die verschiedenen Zelltypen werden isoliert und zum Wachsen angeregt. Anschließend werden die Zellen in einer dreidimensionalen Gelmatrix in zwei Schichten zusammengesetzt.
Die Umsetzung ist jedoch alles andere als banal. Die Hautstücke, beispielsweise aus einer Biopsie, werden zunächst vollautomatisch kleingeschnitten und mithilfe von Enzymen die dermalen Zellen von den epidermalen Zellen getrennt. Die beiden unterschiedlichen Zelltypen werden jeweils auf Zellkulturoberflächen ausgesät und unter geeigneten Wachstumsbedingungen vermehrt. Haben sich genügend Zellen gebildet, werden im anschließenden Arbeitsschritt die beiden Zelltypen zu einem zweischichtigen Modell zusammengefügt.
Dabei wird den dermalen Zellen, den Fibroblasten, die die flexible untere Schicht (Dermis) bilden sollen, Kollagen beigemischt, damit das Gewebe seine natürliche Elastizität erhält. Während einer dreiwöchigen Kultur unter speziellen Wachstumsbedingungen differenzieren die epidermalen Zellen, die Keratinozyten, und bauen eine mehrschichtige Epidermis mit ihren verschiedenen Ebenen, der Basal-, Stachelzell-, Körner- und Hornschicht, auf. Zwischen den dermalen und epidermalen Anteilen des Hautmodells entwickelt sich eine funktionstüchtige Basalmembran aus Matrixproteinen.
Das automatisierte Verfahren eignet sich nicht nur für die Fertigung von Hautmodellen zu Testzwecken, sondern auch für die Transplantationsmedizin. Denn bei großen Brandverletzungen wird gesundes Gewebe benötigt, um die zerstörten Hautpartien zu ersetzen. Wissenschaftler des IGB arbeiten an einem Vollhautmodell, das auch von Blutgefäßen durchzogen ist. Wenn die Forschung abgeschlossen ist, sollen die Transplantate ebenfalls vollständig automatisiert produziert werden.
Die IGB-Forscher wollen jedoch nicht nur Haut herstellen. Ihr Ziel ist es, die Technologie in den kommenden zwei Jahren so weiterzuentwickeln, dass sich damit auch andere Gewebe, zum Beispiel Knorpel, automatisch fertigen lassen. /
