Wissenschaftler arbeiten an einer „Hautspritze“ zur Behandlung schwerer Wunden und Verbrennungen.

Man könnte es „Haut in einer Spritze“ nennen: Es handelt sich um ein Gel mit lebenden Zellen, das 3D-druckbar ist , und die Entwickler hoffen, dass es in Zukunft eine neue Möglichkeit zur Behandlung von Verbrennungen und schweren Wunden bieten könnte.

Das Potenzial der Technologie wurde in einer Studie an Mäusen demonstriert, die von 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 die Wiederherstellung der Hautbarriere nach einer schweren Verbrennung kann lebenswichtig sein, wie Experten in einer in „Advanced Healthcare Materials“ veröffentlichten Studie feststellen.

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 notwendig sind.

Eine Transplantation der Dermis ist jedoch nur selten möglich, da der Eingriff eine Wunde hinterlassen würde, die so groß ist wie die Wunde an der Entnahmestelle selbst und die erst verheilen muss. Der Trick besteht darin, neue Haut zu schaffen, die nicht zu Narbengewebe wird, sondern zu funktionierender Dermis.

„Die Dermis ist so komplex, dass wir sie im Labor nicht züchten können“, erklärt Johan Junker, Forscher am Schwedischen Universitätszentrum 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 im Labor leicht gewinnen und züchten. Er bietet zudem den Vorteil, sich bei Bedarf zu spezialisierteren Zelltypen entwickeln zu können. Forscher haben daher ein Gerüst geschaffen, indem sie die Zellen auf winzigen porösen Gelatinekügelchen züchteten , einer dem Hautkollagen ähnlichen Substanz. Eine Flüssigkeit mit diesen Kügelchen, die direkt auf eine Wunde gegossen wird, bleibt jedoch nicht dort, wo sie aufgetragen werden soll.

Die Forscher lösten das Problem, indem sie die Gelatine-Kügelchen mit einem Gel aus einer anderen körpereigenen Substanz, Hyaluronsäure, vermischten . Beim Vermischen der Kügelchen und des Gels kommt es zu einer Verbindung durch einen Prozess, der als „Klick-Chemie“ bekannt ist.

Das Ergebnis sei ein Gel, das man als „Haut in einer Spritze“ definieren könne, sagen die Wissenschaftler.

„Das Gel hat eine besondere Eigenschaft“, erklärt Daniel Aili, Professor für Molekularphysik an der Universität Linköping, der die Studie gemeinsam mit Junker leitete. „Es verflüssigt sich unter leichtem Druck. Man kann es beispielsweise mit einer Spritze auf eine Wunde auftragen , und nach dem Auftragen nimmt es wieder einen gallertartigen Zustand an. Dadurch ist es auch möglich, das Gel mit Zellen im Inneren im 3D-Druckverfahren herzustellen.“

In der aktuellen Studie druckten die Forscher kleine Scheiben im 3D-Druckverfahren und setzten sie Mäusen unter die Haut . Um die Technologie auch beim Menschen anwenden zu können, besteht die Idee darin, patienteneigene Zellen aus einer kleinen Hautbiopsie zu züchten, diese dann im 3D-Druckverfahren zu einem Transplantat zu verarbeiten und auf die Wunde aufzutragen.

„Wir sehen, dass die Zellen überleben , und es ist offensichtlich, dass sie verschiedene Substanzen produzieren, die für die Bildung neuer Dermis notwendig sind“, berichtet Junker. „Außerdem bilden sich in den Transplantaten Blutgefäße, was für das Überleben des Gewebes im Körper 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, 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 sind der Lösung des Problems möglicherweise einen Schritt näher gekommen und beschreiben in einem weiteren Artikel, der ebenfalls in „Advanced Healthcare Materials“ veröffentlicht wurde, eine Methode zur Herstellung von Fäden aus Materialien, die zu 98 % aus Wasser bestehen und als Hydrogele bezeichnet werden.

„Die Hydrogelfäden werden recht 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 Organoiden, eröffnen könnten.