Wissenschaftler arbeiten an einer „Haut in einer Spritze“ zur Behandlung schwerer Verbrennungen.

Man könnte es „Haut in einer Spritze“ nennen: Es handelt sich um ein 3D-druckbares Gel mit lebenden Zellen, und die Entwickler hoffen, dass es in Zukunft eine neue Methode zur Behandlung von Verbrennungen und schweren Wunden werden könnte . Das Potenzial der Technologie wurde in einer Studie an Mäusen nachgewiesen, die von den am Projekt beteiligten Wissenschaftlern, Experten des Zentrums für Katastrophenmedizin und Traumatologie und der Universität Linköping in Schweden, durchgeführt wurde. Die Haut schützt den Körper vor der Außenwelt. Und dem Körper zu helfen, die Hautbarriere nach einer schweren Verbrennung wiederherzustellen, kann eine Frage von Leben und Tod sein, weisen die Experten in ihrer in Advanced Healthcare Materials veröffentlichten Studie darauf hin.

Schwere Verbrennungen werden oft durch die Transplantation einer dünnen Schicht der obersten Hautschicht, der Epidermis, behandelt, die im Wesentlichen aus einem einzigen Zelltyp besteht. Die Transplantation nur dieses Hautanteils führt jedoch zu schweren Narben. Unter der Epidermis liegt eine dickere, höher entwickelte Hautschicht, die Dermis. Sie enthält Blutgefäße, Nerven, Haarfollikel und andere Strukturen, die für die Funktion und Elastizität der Haut wichtig sind. Eine zusätzliche Transplantation der Dermis ist jedoch selten möglich, da der Eingriff eine ebenso große Wunde hinterlassen würde wie die Wunde selbst, die heilen muss. Der Trick besteht darin, neue Haut zu schaffen, die nicht zu Narbengewebe wird, sondern zu funktionierender Dermis.

Die Studie

„Die Dermis ist so komplex, dass wir sie im Labor nicht züchten können“, erklärt Johan Junker, Forscher am Zentrum für Plastische Chirurgie der Schwedischen Universität und Professor für Plastische Chirurgie, der die Studie leitete. „Wir kennen nicht einmal alle ihre Bestandteile. Deshalb glauben wir und viele andere, dass es möglich ist, die ‚Bausteine‘ zu transplantieren und den Körper die Dermis selbst produzieren zu lassen.“ Der häufigste Zelltyp in der Dermis, die Bindegewebszelle oder Fibroblast, lässt sich leicht gewinnen und im Labor züchten. Sie hat zudem den Vorteil, dass sie sich bei Bedarf zu spezialisierteren Zelltypen entwickeln kann. Die Forscher schufen daher ein Gerüst, indem sie die Zellen auf winzigen porösen Kügelchen aus Gelatine züchteten, einer Substanz, die dem Hautkollagen ähnelt. Doch eine Flüssigkeit mit diesen Kügelchen, die direkt auf eine Wunde gegossen wurde, blieb nicht dort, wo man sie haben wollte. Die Forscher lösten das Problem, indem sie die Gelatinekügelchen mit einem Gel aus einer anderen körpereigenen Substanz, Hyaluronsäure, mischten. Wenn die Perlen und das Gel gemischt werden, verbinden sie sich mithilfe der sogenannten „Klick-Chemie“.

Das Ergebnis ist ein Gel, das man als „Haut in einer Spritze“ beschreiben kann, so die Wissenschaftler. „Das Gel hat eine besondere Eigenschaft“, erklärt Daniel Aili, Professor für Molekularphysik an der Universität Linköping, der die Studie zusammen mit Junker leitete. „Es verflüssigt sich unter leichtem Druck. So kann es beispielsweise mit einer Spritze auf eine Wunde aufgetragen werden und nimmt nach dem Auftragen wieder einen gallertartigen Zustand an. Dadurch ist es auch möglich, das Gel mit Zellen im Inneren 3D-zu drucken.“ In der aktuellen Studie druckten die Forscher kleine Scheiben, die sie Mäusen unter die Haut setzten. Um die Technologie beim Menschen anzuwenden, besteht die Idee darin, patienteneigene Zellen aus einer kleinen Hautbiopsie zu züchten, sie dann im 3D-Drucker zu einem Transplantat zu verarbeiten und auf die Wunde aufzutragen.

„Wir sehen, dass die Zellen überleben, und es ist klar, dass sie verschiedene Substanzen produzieren, die für die Bildung neuer Dermis benötigt werden“, berichtet Junker. „Außerdem bilden sich in den Transplantaten Blutgefäße, was für das Überleben des Gewebes im Organismus wichtig ist. Wir halten dieses Material für sehr vielversprechend.“ Blutgefäße sind für eine Vielzahl von Anwendungen gewebeähnlicher technischer Materialien von entscheidender Bedeutung. Wissenschaftler können Zellen in dreidimensionalen Materialien züchten, aus denen sich Organoide, also Miniaturversionen von Organen, herstellen lassen. Diese Gewebemodelle haben jedoch einen Engpass: Ihnen fehlen Blutgefäße, um Sauerstoff und Nährstoffe zu den Zellen zu transportieren.

Forscher der schwedischen Universität könnten der Lösung des Problems einen Schritt näher gekommen sein. In einem weiteren Artikel, der ebenfalls in Advanced Healthcare Materials veröffentlicht wurde, beschreiben sie eine Methode zur Herstellung von Fäden aus Materialien, die zu 98 Prozent aus Wasser bestehen – sogenannten Hydrogelen. „Die Hydrogelfäden werden sehr elastisch, sodass wir sie verknoten können. Wir haben auch gezeigt, dass sie sich in Miniröhren verwandeln lassen, durch die wir Flüssigkeiten pumpen oder Blutgefäßzellen züchten können“, sagt Aili. Experten nennen sie Miniröhren oder perfundierbare Kanäle und glauben, dass sie neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Blutgefäßen, beispielsweise für Organoide, eröffnen könnten.