Forscher haben tiefe Wunden mit 3D-Biodruck erfolgreich geheilt

Forscher aus der UniversitÀt Birmingham und das UniversitÀt Huddersfield, UK, haben ein neues 3D-Biodruckverfahren entwickelt, mit dem chronische Wunden behandelt werden können.

Der Ansatz mit dem Namen Suspended Layer Additive Manufacturing (SLAM) ermöglicht den Druck eines neuartigen Biomaterials, das die Struktur der SÀugetierhaut genau simuliert.

TatsĂ€chlich ist das Biomaterial laut den Forschern das erste seiner Art, das alle drei Hauptschichten der Haut simuliert – die Unterhaut, die Dermis und die Epidermis – was es zu einem einzigartigen dreischichtigen HautĂ€quivalent macht. FrĂŒhe Experimente deuten darauf hin, dass die 3D-biogedruckte Haut an der Stelle einer Wunde platziert werden kann, um die Heilung zu induzieren und dabei Narbengewebe zu reduzieren.

Additive Fertigung mit suspendierten Schichten (SLAM). Bild ĂŒber University of Birmingham.

Haut – drei Schichten tief

Obwohl unsere Haut oberflĂ€chliche Schnitte sehr gut heilen kann, stellen tiefere chronische Wunden oft eine grĂ¶ĂŸere Herausforderung dar, sie zu reparieren. Dies liegt daran, dass unsere Haut tatsĂ€chlich aus drei verschiedenen Schichten besteht und die obere Schicht dazu neigt, schneller zu heilen als die unteren Schichten, was dazu fĂŒhrt, dass tiefere Wunden manchmal in sich zusammenfallen. Das Ergebnis ist Narbengewebe und eine EinschrĂ€nkung der normalen Hautfunktion.

Medizinische Forscher versuchen seit einiger Zeit, genaue Hautersatzstoffe zu entwickeln, aber das britische Team bestÀtigt, dass keines dieser Hautmodelle in der Lage war, sowohl die chemischen als auch die mechanischen Eigenschaften der echten Haut zu simulieren. Das Problem? Die Nachahmung der dreischichtigen Struktur hat sich als schwierig erwiesen, da sich jede Schicht in ihren Eigenschaften stark unterscheidet.

„Sie haben effektiv drei verschiedene Zelltypen. Sie wachsen alle mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten“, erklĂ€rt Alan Smith, Co-Autor der Studie. „Wenn Sie versuchen, dreischichtige Strukturen herzustellen, kann es sehr schwierig sein, alle Anforderungen jeder einzelnen Schicht zu erfĂŒllen.“

Die Unterhaut, die Dermis und die Epidermis.  Bild ĂŒber University of Birmingham.
Die Unterhaut, die Dermis und die Epidermis. Bild ĂŒber University of Birmingham.

Additive Fertigung fĂŒr suspendierte Schichten

Um die natĂŒrliche Struktur der Haut besser nachzuahmen, setzten die Forscher SLAM ein. Bei der Bioprinting-Technik werden Biomaterialschichten in einem Gel suspendiert, wo sie angeordnet und zu Streifen gestapelt werden können, wĂ€hrend ihre Bildung beibehalten wird. Im Fall der vorliegenden Studie lagerten die Forscher Hypodermis-, Dermis- und Epidermiszellen in das StĂŒtzgel ein, bevor sie das Gel wegspĂŒlten, so dass nur das geschichtete HautĂ€quivalent zurĂŒckblieb.

Um das gedruckte Hautpflaster zu testen, schnitt das Team dann ein Loch in eine Probe von Schweinehaut und fĂŒllte das Loch mit dem gedruckten HautĂ€quivalent. Das gesamte Modell wurde ĂŒber einen Zeitraum von zwei Wochen kultiviert und die Forscher beobachteten tatsĂ€chlich Anzeichen einer Reparatur in der Wunde.

„Wir haben eine FĂ€rbung verwendet, mit der wir die Integration zwischen Originalmaterial und Gewebe quantifizieren konnten“, fĂŒgte Liam Grover, Co-Autor der Studie, hinzu. „Wir konnten bereits nach kurzer Zeit eine gewisse Integration nachweisen.“

Obwohl das Team die Wirksamkeit des 3D-gedruckten Hautersatzes nicht vollstĂ€ndig beurteilen konnte, da der Heilungsprozess lĂ€nger dauerte, als das Modell zulĂ€sst, sind die ersten Ergebnisse in der Tat sehr vielversprechend. Die britischen Forscher beabsichtigen nun, eine lĂ€ngere Untersuchung mit robusteren Modellen fĂŒr chronische Wunden durchzufĂŒhren, mit dem ultimativen Ziel, dreischichtige Hautersatzstoffe in 3D zu drucken, die echte menschliche Haut heilen können.

Weitere Details der Studie finden Sie in der Arbeit mit dem Titel ‘Ein additiver Fertigungsansatz fĂŒr suspendierte Schichten fĂŒr das Bioprinting von dreischichtigen HautĂ€quivalenten‘.

Das 3D-Biodruck-Äquivalent der Haut (links).  Bild ĂŒber University of Birmingham.
Das 3D-Biodruck-Äquivalent der Haut (links). Bild ĂŒber University of Birmingham.

Der Bereich Bioprinting ist ein schnell wachsender Bereich mit Anwendungen in allen Bereichen von der regenerativen Medizin und der Wirkstoffforschung bis hin zu Lebensmitteln. Erst kĂŒrzlich hat ein Biotechnologieunternehmen Prellis Biologics hat die Schaffung einer neuartigen Antikörper-Entdeckungsplattform auf Basis des 3D-Biodrucks angekĂŒndigt. Die Plattform des Unternehmens ist effektiv ein funktionierendes Immunsystem in einem Gericht und in der Lage, menschliche Zell-zu-Zell-Interaktionen und Immunreaktionen nachzubilden, was sie ideal fĂŒr die DurchfĂŒhrung von Forschung und Entwicklung im Bereich der Krankheitstherapie macht.

Anderswo, Unternehmen fĂŒr regenerative Medizin CTIBIOTECH hat vor kurzem eine neue 3D-Biodruckplattform entwickelt, um Patienten mit Dickdarmkrebs personalisierte Medizin bereitzustellen. Entwickelt in Zusammenarbeit mit dem Medizinische UniversitĂ€t Plovdiv und dem UMHAT-Eurohospital in Bulgarien ist die Plattform in der Lage, kostengĂŒnstige und reproduzierbare humane Dickdarmkrebs-Krankheitsmodelle zu erstellen und kann auch fĂŒr chemotherapeutisches Screening verwendet werden.

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Das vorgestellte Bild zeigt die Unterhaut, die Dermis und die Epidermis. Bild ĂŒber University of Birmingham.

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