Neue Art von Hauttransplantationen dank der additiven Fertigung

Gründe, weshalb ein Patient auf Hauttransplantationen angewiesen ist, können neben chronischen Geschwüren durch Diabetes mellitus, Tumore, aber auch schwere Verbrennungen sein. Vor allem bei Wunden, die so groß sind, dass sie durch einfaches Nähen nicht mehr geschlossen werden können, ist diese Methode sinnvoll, da bei offenen Wunden immer die Gefahr von eindringenden Keimen besteht. Laut der MOOCI zählt in der plastischen und rekonstruktiven Medizin die Hauttransplantation zu den am häufigsten verwendeten Methoden. In der Regel wird kann die eigene Haut eines Patienten für die Transplantation verwendet werden, in seltenen Fällen wird aber auch eine künstliche oder tierische Haut benutzt. Nun haben Forscher eine neue Methode entwickelt, um Hauttransplantationen mithilfe der additiven Fertigung herzustellen.

Bioingenieuren der Columbia University ist es gelungen, künstlich hergestellte Haut zu entwickeln. Das Besondere hierbei ist die Komplexität der möglichen Strukturen. So wurden Hautzellen des Menschen mit Erfolg auf die hinteren Gliedmaßen von Mäusen transplantiert. Die gezüchtete Haut passte genau wie bei einem zugeschnittenem Kleidungsstück. Die Transplantate sind in einem Zeitraum von nur vier Wochen mit der Umgebungshaut verwachsen, sodass die Glieder der Tiere wieder funktionstauglich waren. Hasan Erbil Abaci, PhD, Assistenzprofessor für Dermatologie am Columbia University Vagelos College of Physicians and Surgeons erklärte: „Dreidimensionale Hautkonstrukte, die als ‚biologische Kleidung‘ transplantiert werden können, hätten viele Vorteile. Sie würden den Bedarf an Nähten drastisch minimieren, die Dauer von Operationen verkürzen und die ästhetischen Ergebnisse verbessern“. Im Bezug auf Funktionalität und Mechanik weisen diese 3D-Transplantate ebenfalls höhere Qualitäten auf, im Vergleich zu klassischen Transplantaten.

Forscher der Columbia University entwickelten menschliches Hand-Transplantat (Bild: Columbia University)

Herstellung der 3D-Hauttransplantationen

Zunächst wird ein 3D-Laserscan der gewünschten Anatomie, wie z. B. von einer Menschenhand durchgeführt. Nachdem ein Design mithilfe eines Computerprogramms erstellt wurde, wird ein permeables Modell in 3D gedruckt. Besiedelt wird Letzteres mit Kollagen und Hautfibroblasten, diese bilden das Bindegewebe der Haut. Anschließend wird eine Schicht aus den am meisten vorkommenden Zellen der Epidermis, sogenannte Keratinozyten, auf die äußere Fläche aufgetragen. Von innen wird das Transplantat mit Nährstoffen durchströmt, welche das Wachstum fördern. Insgesamt betrug die Dauer des Prozess ungefähr drei Wochen.

Da die Technologie bis jetzt nur an Mäusen getestet wurde und bei diesen die Haut nicht genau so wie bei uns Menschen verheilt, planen die Forscher, die Transplantate an größeren Tieren mit einer uns ähnlichen Hautbiologie zu untersuchen. Es ist zu betonen, dass es noch einige Jahre brauchen wird, bis die Technologie in den ersten klinischen Studien an menschlichen Patienten durchgeführt wird. Abaci zufolge sollen die Hauttransplantationen zukünftig aus den körpereigenen Zellen eines Patienten gezüchtet werden. Dabei würde eine Hautprobe mit einer Größe von 4 x 4 mm ausreichen, um eine Transplantation einer Menschenhand herzustellen. Des Weiteren sieht Abaci Potenzial der Technologie in anderen Gebieten: „Eine weitere überzeugende Anwendung wäre die Gesichtstransplantation, bei der unsere tragbare Haut in das darunter liegende Gewebe wie Knorpel, Muskeln und Knochen integriert werden könnte, um den Patienten eine personalisierte Alternative zur Leichentransplantation zu bieten“. Mehr Informationen zu diesem Projekt finden Sie HIER.

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*Titelbildnachweis: MEDPERTISE