Hautmodell aus dem 3D-Drucker als Studienobjekt und zur Wundbehandlung

Brasilianische Forschende haben ein Hautmodell mit der Bezeichnung Human Skin Equivalent with Hypodermis (HSEH) entwickelt, das in der Forschung und Entwicklung sowie bei Verletzungen eingesetzt werden könnte.

Das Verfahren zur Herstellung des Materials, das aus Stammzellen (die sich in verschiedene Zelltypen umwandeln können) und Primärzellen (die direkt aus menschlichem Gewebe gezüchtet werden) besteht, wurde von Forschenden des Brazilian Biosciences National Laboratory (LNBio) in der Zeitschrift Communications Biology beschrieben.

„Wir waren in der Lage, ein komplettes Hautmodell mit drei Schichten zu entwickeln: Epidermis, Dermis und Hypodermis. Auf diese Weise haben wir ein Modell des Organs erhalten, dessen Eigenschaften denen des Menschen sehr ähnlich sind“, erklärte Ana Carolina Migliorini Figueira.

Alternative zu Tierversuchen

Figueira zufolge wurden 3D-Hautmodelle als Alternative zu Tierversuchen erforscht, zum Beispiel bei der Prüfung der Absorption von Kosmetika. Die bisher entwickelten Optionen haben jedoch den Nachteil, dass sie die Hypodermis vernachlässigen – die tiefste Schicht der Haut, die eine grundlegende Rolle bei der Regulierung wichtiger biologischer Prozesse wie Hydratation und Zelldifferenzierung spielt.

Diese von Fettzellen gebildete Schicht spielt eine aktive Rolle in der Haut, indem sie Prozesse wie die Wasserregulierung, die Zellentwicklung und die Immunität beeinflusst, sodass sie für die Schaffung vollständiger und funktioneller Hautmodelle unerlässlich ist.

Die Forschenden setzten Tissue-Engineering-Techniken ein, um die Methode zu verbessern, und es gelang ihnen, ein menschliches Hautäquivalent in voller Dicke mit der Unterhaut zu bauen, um eine Umgebung zu schaffen, die dem echten menschlichen Gewebe näher kommt und eine effizientere Zelladhäsion, -proliferation und -differenzierung ermöglicht.

„Dieses neue 3D-Hautmodell mit der Hypodermis bietet eine genauere In-vitro-Plattform für die Modellierung von Krankheiten und für toxikologische Studien“, so Figueira. „Die Ergebnisse der von uns durchgeführten Tests zeigen, dass die Unterhaut für die Modulation der Expression eines breiten Spektrums von Genen, die für die Funktionalität der Haut von entscheidender Bedeutung sind, wie zum Beispiel diejenigen, die mit dem Schutz und der Regeneration des Gewebes zusammenhängen, wesentlich ist“, sagte Figueira.

Behandlung von Verbrennungen und chronischen Wunden

Die Forschenden bauten mithilfe des 3D-Bioprinting ein Hautmodell auf der Basis von Kollagen, das als Matrix für die Zellinteraktion dient. LNBio wird die Haut für seine eigenen Studien herstellen, kann das Material aber auch für Partnerforschungseinrichtungen produzieren.

Es soll dazu beitragen, Transplantate für die Behandlung von Wunden und Verbrennungen zu entwickeln. Die Forschenden möchten diese realistischere 3D-Haut ebenfalls verwenden, um ein Modell der Haut von Diabetikern mit chronischen Wunden und folglich einen Verband für diesen Zweck zu entwickeln. Die Idee ist das menschliche In-vitro-Hautmodell in drei Schichten zu vaskularisieren, um eine Version zu schaffen, die die Hautmerkmale von Menschen mit Diabetes nachahmt, die schwer heilende Wunden haben und bei denen das Risiko einer Amputation von Gliedmaßen besteht.

„Sobald der neue Verband hergestellt ist, wollen wir ihn sowohl in einem Tiermodell als auch an der von uns entwickelten menschlichen Diabetikerhaut testen“, erklärt Figueira.