BLOC-PRINT Bioprinting erleichtert Hauttransplantationen
Wussten Sie, dass in Deutschland jährlich mehr als 10.000 Brandopfer stationär behandelt werden müssen? Glücklicherweise gelingt die Behandlung von tiefen Verbrennungen dank fortschrittlichen Methoden und Technologien immer besser. Es gibt jedoch nach wie vor Herausforderungen bei der Transplantation von größeren Körperflächen. So sind zum Beispiel Menschen mit Verbrennungen von mehr als 60 % sehr schwierig zu behandeln, weil es nicht möglich ist, diese Menge an gesunder Haut vom Körperstellen des Patienten selbst zu entnehmen. Je mehr Haut also unter den Verbrennungen gelitten hat, desto schwieriger ist die Erneuerung durch eine Transplantation. Genau hier setzt das Bioprinting an – wie wir zuletzt auch am Beispiel des 3D-Drucks mit Ulvan Bio-Tinte gesehen haben, ein Vorhaben das Algen zur Wundheilung einsetzt. Damit Wunden zukünftig sogar mit Hilfe von patienteneigenen Hautzellen behandelt werden können, wurden die Forschungsprojekte BLOC-PRINT und BLOC-PRINT II ins Leben gerufen.
Das 2017 gestartete Forschungsprojekt BLOC-PRINT befasst sich mit dem Bioprinting von Haut und der Frage, wie die Technologie Menschen, welche schwere Verbrennungen erlitten haben, eine Behandlung ermöglichen kann. Dafür wurde eine Methode entwickelt, welche Haut aus patienteneigenen Zellen erzeugen soll. Das 36-monatige Projekt wurde für die nächsten 3 Jahre mit 4 Partnern verlängert: der Firma LabSkin Creations, dem ICMBS, dem LIRMM, den Hospices Civils de Lyon und der Plattform 3d.FAB. Dementsprechend handelt es sich um ein Projekt, welches zu 100 % von französischen Unternehmen durchgeführt wird und die Behandlung von tiefen Verbrennungen, für medizinische Notfälle grundlegend verändern könnte.
Dank des Bio-Printing ist es möglich, Haut direkt auf der Wunde zu erneuern (Bild: Christophe Marquette)
Die Entwicklung einer Bio-Tinte in medizinischer Qualität
Die Schlüsselkomponente des Projekts stellt natürlich die Bio-Tinte dar: Aber wie formuliert man ein Material, das für die Aufnahme und das Wachstum von menschlichen Zellen genutzt werden soll? Wie kann man sicherstellen, dass dieses die richtigen Eigenschaften besitzt und die gewünschte Form beim Auftragen annimmt? Christophe Marquette, Koordinator von BLOC-PRINT, erklärt in einem Interview mit der französischen Nationalen Forschungsagentur: „Der erste Schritt ist die Formulierung einer zytokompatiblen Biotinte, d.h. einer, in der zugesetzte Zellen leben und wachsen können, um ein druckbares Gewebe zu erzeugen. Es geht dann darum, die Zellen darin zu platzieren und die Druckparameter zu programmieren, um die gewünschte Struktur zu erhalten. Es sei darauf hingewiesen, dass die Entwicklung von Biotinten die Rheologie, d. h. die Wissenschaft der Fließkunde, voraussetzt, welche es uns ermöglicht, Prozesse, Materialien oder Mischungen auszuwählen, die zu den für den 3D-Druck von Hydrogelen erforderlichen rheologischen Eigenschaften führen. Die Biotinte muss zwar flüssig genug sein, um gedruckt werden zu können, aber wenn sie einmal geflossen ist, muss sie in der Lage sein, die gewünschte 3D-Form darzustellen, was sehr komplex ist.“
Den Forschern ist es gelungen, die erste Bio-Tinte in medizinischer Qualität zu entwickeln. Mehrere Versuche wurden dafür in vitro durchgeführt: Es wurde ein Gesamthautmodell entworfen, bei dem die Dermis bio-gedruckt und die Epidermis ausgesät wurde. Nachdem die Formel validiert wurde, wurde ein 6-Achsen-Roboterarm verwendet, um die Bio-Tinte auf nicht-planare Oberflächen aufzutragen. Um zu wissen, welcher Bereich abgedeckt werden muss, wurde ein LIDAR verwendet, um Daten über die Topografie der Wunde zu erfassen. Die Software kann dann die Druckfläche rekonstruieren. Christophe Marquette erklärt, dass der Bioprinter noch verbessert werden muss, damit Mikrobewegungen des Patienten in die Messung einkalkuliert wird und folglich die Applikation und Flussmessung optimiert werden kann.
Applikation der Bio-Tinte auf die menschliche Haut. (Bild: BLOC-PRINT)
Das neue Projekt – BLOC-PRINT II
Das Projekt BLOC-PRINT II wird von Amélie Thépot, CEO von LabSkin Creations, koordiniert und soll bis 2024 laufen. Das Ziel ist es, sich auf die Behandlung von akuten Wunden und chronischen Wunden wie Geschwüren oder Amputationsstümpfen zu konzentrieren. Amélie erklärt dazu: „Bei akuten Wunden besteht das Ziel darin, Bioprinting-Techniken in den Operationssaal zu übertragen, um Dermis und Epidermis in situ zu rekonstruieren und so eine schnelle und ästhetische Genesung bei Verbrennungsopfern zu ermöglichen. Bei chronischen Wunden besteht die Strategie darin, einen biologischen Verband zu drucken, der mit mesenchymalen Stammzellen aus Fettgewebe von einem Spender angereichert ist. Mehrere klinische Studien haben gezeigt, dass diese Zellen bei Patienten toleriert werden, ohne dass eine immunsuppressive Behandlung erforderlich ist.“
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