Tissue Bioengineering: Nanofaser-Transplantat für Brandwunden entwickelt

Forschende aus Israel präsentieren ein zellbasiertes Hauttransplantat, das Brandwunden in Tiermodellen doppelt so schnell verschließt wie die Standardtherapie.

„Chirurgische Eingriffe sind bei Verbrennungen zweiten Grades und darüber hinaus oft notwendig, um die Haut wiederherzustellen, Infektionen zu verhindern und Leben zu retten“, erklärt Lihi Adler-Abramovich aus Tel Aviv, Israel. „Die derzeitige Goldstandardbehandlung ist die ‚autologe Hauttransplantation‘, bei der gesunde Haut von einer anderen Körperstelle des Patienten entnommen und auf die Brandwunde transplantiert wird. Dieser Ansatz hat jedoch erhebliche Nachteile, insbesondere die Notwendigkeit, gesundes Gewebe zu schädigen, um die Verletzung zu behandeln. Das ist besonders problematisch bei großflächigen Verbrennungen, wo die Verfügbarkeit intakter Haut begrenzt ist.“ 

Kultivierte Epidermis: Vorteile und Hürden

Eine Alternativen, die derzeit am Sheba Medical Center angeboten wird, ist das Cultured Epidermal Autograft (CEA). Anstatt einen großen Hautabschnitt zu entfernen, wird eine kleine Biopsie entnommen und die daraus gewonnenen Zellen im Labor kultiviert, um Hauttransplantate für die Transplantation herzustellen. Während diese Methode eine Schädigung des Spenderareals vermeidet, bringt sie mehrere Herausforderungen mit sich: Erstens werden die Hautzellen auf einer Schicht aus Mäusezellen kultiviert, was eine strenge Regulierung erfordert, um sicherzustellen, dass keine Mäusezellen im Transplantat verbleiben. Zweitens schrumpft das CEA nach der Entnahme aus der Petrischale um mehr als 50 Prozent, wodurch die Ausbeute deutlich reduziert wird – bis zu 30 Transplantate können für die Abdeckung einer einzelnen Fläche, wie eines Arms oder Beins, erforderlich sein. Schließlich besteht die im Labor gezüchtete Haut nur aus der oberen Epidermisschicht, ist daher extrem dünn, fragil und neigt dazu, sich an den Rändern zu kräuseln.

Nanofaser‑Gerüst als neue Basis

Forschende der Tel Aviv University und des Sheba Medical Center haben nun zusammengearbeitet, um vielschichtige, vielzellige biotechnologisch entwickelte Hauttransplantate zu entwickeln, die die Eigenschaften und Funktionen natürlicher Haut nachahmen, ohne zu schrumpfen, bei Kontakt zu reißen oder auf tierische Zusätze angewiesen zu sein.

„Wir haben ein Nanofaser-Scaffold aus dem Polymer PCL entwickelt, das bereits von der FDA zugelassen ist, und es mit einem bioaktiven Peptid – einer kurzen Aminosäuresequenz, die Zelladhäsion, Wachstum und Proliferation fördert – kombiniert“, erklärt Doktorandin Dana Cohen-Gerassi. „Dieses Scaffold wurde anschließend mit Hautzellen aus einer Biopsie des Patienten besiedelt. Bemerkenswerterweise organisierten sich die Zellen auf natürliche Weise: Fibroblasten besiedelten eine Seite des Scaffolds, während Keratinozyten auf der anderen wuchsen – und so die Struktur echter menschlicher Haut nachahmten.“

Beschleunigte Heilung im Tierversuch

Marina Ben-Shoshan, Senior Researcher am Green Center for Skin Graft Engineering in Ramat Gan, Israel, ergänzt: „Unser Transplantat ist einzigartig, da es nicht schrumpft und widerstandsfähig, flexibel und leicht zu handhaben ist. Die Implantation in Tiermodellen hat beeindruckende Ergebnisse gezeigt und den Heilungsprozess beschleunigt. Während die Standardbehandlung die Hälfte der Brandwunde in acht Tagen verschließt, dauerte dies mit unserer Methode nur vier Tage. Darüber hinaus beobachteten wir, dass essenzielle Hautstrukturen wie Haarfollikel zu wachsen begannen.“

Amit Sitt von der School of Chemistry der Tel Aviv University fügt hinzu: „Die Nanofaser-Scaffolds bestehen aus leicht verfügbaren, biokompatiblen Materialien und werden über einen skalierbaren Spinnprozess hergestellt. In Zukunft wird dies die großtechnische Produktion von Faserfolien sowie die Einbindung weiterer Substanzen zur Unterstützung des Heilungsprozesses ermöglichen.“