Forscher entwickeln mit Hilfe von Bioprinting während der OP 3D-druckbare Haut

Der 3D-Druck findet in einer sehr großen Vielfalt an Bereichen in der Medizin Anwendung und eröffnet dort neue Wege zur Behandlung von Patienten. In der Vergangenheit haben wir bereits etwa über Anwendungsfälle der additiven Fertigung in der Chirurgie berichtet, wie zum Beispiel über Eingriffe in der regenerativen Chirurgie für die Herstellung künstlichen Knorpels oder in der rekonstruktiven Chirurgie für Nasentransplantate aus dem 3D-Biodrucker. Nun ist es einem internationalen Forschungsteam gelungen, lebendige Haut und potentiell Haarfollikel aus dem 3D-Drucker mit Hilfe von menschlichem Gewebe und den daraus entnommenen Fettzellen und Stützstrukturen herzustellen. Im Rahmen des Projekts verfolgten die Forscher das Ziel, verletzte Haut von Ratten wieder in den ursprünglichen Zustand zu versetzen.

Dünne Hautschicht aus dem 3D-Drucker herzustellen wurde bereits in der Vergangenheit erreicht. Im Rahmen der aktuellen Studie ist es jedoch erstmals gelungen, ein vollständiges sowie lebendiges System bestehend aus mehreren Hautschichten zu drucken, wie etwa der untersten Hautschicht, der Unterhaut (Hypodermis), welche sich aus Fett und Bindegewebe zusammensetzt und für Halt über dem Schädel verantwortlich ist. Das Besondere hierbei ist, dass die Haut während der laufenden Operation mit Hilfe der vom Team eigens entwickelten Bioprinting-Technologie gedruckt werden kann, wobei die sichtbare äußerste Hautschicht (die Epidermis) nicht gedruckt wird, da sich diese automatisch durch die darunterliegende mittlere Schicht entwickelt. Die Ergebnisse des Forschungsprojekts erschienen kürzlich in der Zeitschrift „Bioactive Materials“. Der Professor für Ingenieurwissenschaften und Mechanik, biomedizinische Technik und Neurochirurgie an der Penn State University, der die internationale Forschungszusammenarbeit leitete Ibrahim T. Ozbolat, äußerte sich mit den folgenden Worten zu der Bedeutung der Studie:

Rekonstruktive Eingriffe zur Korrektur von Verletzungen oder Krankheiten im Gesicht oder am Kopf sind in der Regel unvollkommen, was zu Narbenbildung oder dauerhaftem Haarausfall führt. Mit dieser Arbeit demonstrieren wir, dass biologisch gedruckte, vollflächige Haut das Potenzial hat, bei Ratten Haare wachsen zu lassen. Das ist ein Schritt in Richtung einer natürlicheren und ästhetisch ansprechenderen Kopf- und Gesichtsrekonstruktion beim Menschen.“

Bild: Bioactive Materials

Das Vorgehen für die Rekonstruktion von Haut und Haaren

Innerhalb des Forschungsprojektes nutzte man einen 3D-Biodrucker, welcher über drei Kammern verfügte, die jeweils mit einer anderen Komponente befüllt wurden. Die Forscher arbeiteten mit Fettgewebe von Patienten des Penn State Health Milton S. Hershey Medical Center. Dabei verfolgte man die Gewinnung des Fetts zur Extraktion der extrazellulären Matrix, welches dem Gewebe Struktur und Stabilität verleiht. Auf diese Weise sollte ein Teil der Biotinte hergestellt werden. Des Weiteren wurden für die Herstellung der zweiten Komponente der Biotinte dem Fettgewebe auch Stammzellen entnommen, mit denen sich unterschiedliche Zelltypen entwickeln lassen. In die dritte Druckkammer füllten die Forscher eine Gerinnungslösung. Laut Ozbolat ermöglichten die drei Kammern es, die Matrix-Fibrinogen-Mischung zusammen mit den Stammzellen unter präziser Kontrolle zu drucken. Man habe direkt in die verletzte Stelle gedruckt, mit dem Ziel, die Unterhaut zu bilden, die bei der Wundheilung, der Bildung von Haarfolikeln, der Temperaturregulierung und mehr helfe, führt der Professor fort.

Laut Ozbolat sei die Unterhaut direkt an dem Prozess beteiligt, bei dem Stammzellen zu Fett werden und dieser Prozess sei für mehrere lebenswichtige Vorgänge entscheidend, unter anderem für die Wundheilung. Zudem spiele sie auch eine Rolle beim Zyklus der Haarfollikel, insbesondere bei der Förderung des Haarwachstums, führt er fort. Außerdem fand man heraus, dass die gemeinsame Zufuhr von Matrix und Stammzellen für die Bildung der Unterhaut entscheidend sei, so Ozbolat. Darüber hinaus könnten in ihren Experimenten die Fettzellen die extrazelluläre Matrix so verändert haben, dass sie die Bildung von Haarwurzeln stärker unterstützten, fügt er hinzu. Die Erkenntnisse der Forscher könnten große Potentiale für die rekonstruktive Gesichtschirurgie sowie die Behandlung von Haarwuchs beim Menschen an verletzten oder erkrankten Stellen bergen. Für mehr Informationen gelangen Sie HIER zum Artikel der Penn State und HIER zur veröffentlichten Studie.

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*Titelbildnachweis: PennState