3D-gedruckte Haut für Kosmetiktests ohne Tierversuche

Die Haut ist flächenmäßig unser größtes Organ. Was wir auftragen, gelangt über die verschiedenen Schichten direkt in den Körper. Dort kann es seinen Zweck erfüllen, beispielsweise Schmerzen lindern und zur Regeneration beitragen, oder auch großen Schaden anrichten. Dies ist der Fall, wenn Salben, Kosmetika etc. toxische Substanzen enthalten. Damit dies vorab ausgeschlossen ist, werden Kosmetika zahlreichen Tests zur Reinheit und Verträglichkeit unterzogen. Um uns Menschen zu schützen, werden für solche Tests häufig Tiere herangezogen. Diese praktisch sind ethisch verwerflich und fügen den Tieren großes Leid zu. Um Tierversuche einzuschränken, hat die EU die Richtlinie 2010/63/EU verabschiedet. Aber was sind die Alternativen, um Sonnencreme und Co zu testen und ihre Sicherheit zu garantieren? Ein Forscherteam der TU Graz und des Vellore Institute of Technology (VIT) in Indien schuf eine 3D-gedruckte Haut, die das menschliche Vorbild imitiert und künftig für Verträglichkeitsstudien verwendet werden soll.

Das Hautimitat wurde per 3D-Druck gefertigt und ist mit lebenden Zellen angereichert. Wie das biologische Pendant weist es eine dreischichtige Gewebestruktur auf. Um das Imitat drucken zu können, mussten zunächst Hydrogelformulierungen entwickelt werden. Keine leichte Aufgabe, wie Karin Stana Kleinscek vom Institut für Chemie und Technologie biobasierter Systeme an der TU Graz hervorhebt: „Die Hydrogele für unser Hautimitat aus dem 3D-Drucker müssen einige Anforderungen erfüllen“, sagt sie. „Die Hydrogele müssen mit lebenden Hautzellen interagieren können. Diese Zellen müssen nicht nur überleben, sondern auch wachsen und sich vermehren können.“

3D-gedruckte Struktur der Haut mit menschlichen Keratinozyten.

Hydrogele weisen zwar einen hohen Wassergehalt auf, welcher ideal ist, um Zellen zu integrieren und sie wachsen zu lassen, allerdings führt der hohe Wassergehalt auch zu Herausforderungen. So wird die mechanische und chemische Stabilität, die zum Druck notwendig ist, durch den hohen Wasseranteil beeinträchtigt. Um das Problem der Stabilisierung zu lösen, arbeitete die TU Graz an verschiedenen Vernetzungsmethoden. Die Versuche orientierten sich an der Natur und die Forscher zielten darauf ab, auf zelltoxische Chemikalien zu verzichten.

Nach der erfolgreichen Stabilisierung der Hydrogele und dem Druck wurde die 3D-gedruckte Haut auf Resistenz und Toxizität getestet. Die Überprüfung der Zellkultur erfolgte beim Kooperationspartner in Indien, am Vellore Institute of Technology. Wichtig hierbei war es, dass die Zellen im Imitat zwei bis drei Wochen überleben konnten und sich ein vollständiges Hautgewebe entwickelte. Erst nach dieser Phase konnte das Imitat weiteren Zelltests unterzogen werden.

Laut TU Graz waren die ersten Tests vielversprechend. Die Resultate zeigten, dass die vernetzten Materialien zur Stabilisierung nicht toxisch waren und die 3D-gedruckte Haut mechanisch stabil blieb. „In einem nächsten Schritt werden die 3D-gedruckten Modelle (Imitate) für die Testung von Nanopartikeln herangezogen“, sagt Karin Stana Kleinschek und hebt hervor, wie die gebündelten Kompetenzen der beiden Einrichtungen dazu beitragen können, kosmetische Tests an Tieren und das damit verbundene Leid zu reduzieren:

Das ist ein Erfolg der komplementären Forschung an der TU Graz und am VIT. Unsere jahrelange Expertise im Bereich der Materialforschung für Gewebeimitate und die VIT-Expertise in der Molekular- und Zellbiologie haben sich hier perfekt ergänzt. Nun arbeiten wir gemeinsam daran, die Hydrogelrezepturen noch weiter zu optimieren und deren Brauchbarkeit als Tierversuchsersatz zu validieren.

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*Bildnachweise: Manisha Sonthalia – Vellore Institute of Technology