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3D-Bioprinter produziert funktionelle menschliche Haut, die sich für die Transplantation eignet

Forscher in Spanien berichten, dass sie einen 3-D-Bioprinter entwickelt haben, der in der Lage ist, menschliche Haut zu produzieren, die für die Transplantation in Patienten oder für das Testen von Medikamenten und Kosmetika geeignet ist.
Forscher in Spanien haben einen 3-D-Bioprinter entwickelt, der Haut produziert, die für die Transplantation in Patienten geeignet ist. Es wird derzeit in Europa zugelassen.
Bildnachweis: UC3M

Das Team, darunter eine Gruppe von der Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) in Spanien, beschreibt den Durchbruch in der Zeitschrift Biofabrikation.

3D-Druck ist eine aufkommende neue Technologie mit Anwendungen in vielen Bereichen. In der Medizin zum Beispiel suchen weltweit mehrere Gruppen nach Wegen, den 3-D-Druck zum Wachsen der komplexen Gewebe und Organe des menschlichen Körpers zu nutzen.

Eine Gruppe hat erfolgreich ein menschliches Ohr geschaffen, während eine andere an 3-D-Druckknochengewebe arbeitet.

Eine der Herausforderungen, menschliche Körperteile mit 3D-Druck herzustellen, besteht nicht nur darin, die Komplexität der Strukturen nachzubilden, sondern auch sicherzustellen, dass sie die Transplantation in einem lebenden Körper überleben.

Die Forscher in Spanien entwickelten bereits plasma-basierte, zweischichtige Haut, die bei einer großen Anzahl von Patienten erfolgreich zur Behandlung von Verbrennungen und anderen Wunden verwendet wurde.

Mit dieser Methode kann es jedoch 3 Wochen dauern, um die Hautmenge zu produzieren, die erforderlich ist, um eine ausgedehnte Verbrennung oder große Wunde abzudecken. Der andere Nachteil besteht darin, dass ein Großteil des Prozesses manuell ausgeführt wird.

Große Hautfläche in 35 Minuten bedruckt

In der neuen Studie berichten die Autoren, wie das von ihnen entwickelte 3-D-Bioprinting eine große Hautfläche (100 x 100 Zentimeter) in weniger als 35 Minuten erzeugte - einschließlich der 30 Minuten, die für die Fibrin-Gelierung erforderlich sind.

Anstelle der Kartuschen mit farbigen Tinten, die normalerweise mit dem Drucken verbunden sind, verwendet der 3-D-Bioprinter biologische Komponenten. Experten sagen, dass diese "Bio-Tinten" der Schlüssel zum erfolgreichen 3-D-Druck von menschlichem Gewebe und Organen sind.

Wie bei ihrer bestehenden manuellen Methode auf Plasma-Basis erzeugt die Hautdrucktechnologie, die das Team aus Spanien entwickelt hat, zwei Hautschichten: die Epidermis und die Dermis.

Es druckt die Epidermis einschließlich des Stratum corneum (die schützende äußerste Schicht, die keratinisierte Zellen umfasst). Dann druckt es die tiefere, dickere Dermis, komplett mit Fibroblasten, die Kollagen bilden (das Protein, das der Haut ihre Stärke und Elastizität verleiht).

Einer der Forscher, Juan Francisco del Cañizo vom Hospital General Universitario Gregorio Marañón und der Universidad Complutense de Madrid, bemerkt:

"Es ist entscheidend für das System, zu wissen, wie die biologischen Komponenten gemischt werden, unter welchen Bedingungen mit ihnen gearbeitet wird, damit sich die Zellen nicht verschlechtern und wie das Produkt korrekt deponiert wird."

Ein Computer steuert den Bioprinting-Prozess, um die Biotinten präzise auf ein Druckbett aufzubringen, um die Haut herzustellen.

"Von manuell erzeugter zweischichtiger Haut nicht zu unterscheiden"

Die Forscher führten zwei Arten von Tests auf der Haut durch: eine in Reagenzgläsern und die andere - um nach längerer Wirkung in einem lebenden Tier zu testen - nach der Transplantation in immundefiziente Mäuse. Sie notieren die Ergebnisse:

"In beiden Fällen war die erzeugte Haut der menschlichen Haut sehr ähnlich und außerdem war sie nicht von zweilagigen dermo-epidermalen Äquivalenten zu unterscheiden, die in unseren Labors handgefertigt wurden."

Das Team sieht zwei Anwendungen für die neue Technik. Eine besteht darin, aus einem Zellbestand im großen Maßstab nicht-personenspezifische Haut für die Forschung und Laboruntersuchung von Kosmetika und Arzneimitteln herzustellen. Die andere besteht darin, mit Zellen von einzelnen Patienten personenspezifische Haut herzustellen, um Verbrennungen und andere Wunden zu behandeln.

Der 3-D-Bioprinter verwendet nur menschliche Komponenten, um aktive Haut zu produzieren, die ihr eigenes menschliches Kollagen herstellt. Die Forscher merken an, dass im Gegensatz zu anderen Methoden kein tierisches Kollagen verwendet wird.

Die in der Studie verwendeten Biotinten sind vom Zentrum für Energie-, Umwelt- und Technologieforschung (CIEMAT) in Madrid patentiert. Sie sind an die BioDan Group lizenziert, eine private spanische Bioingenieurfirma, die diese Technologie vermarktet. Sowohl CIEMAT als auch BioDan arbeiteten an der Studie mit.

"Diese Methode des Bioprintings ermöglicht es, Haut auf standardisierte, automatisierte Weise zu erzeugen, und der Prozess ist kostengünstiger als die manuelle Produktion."

Alfredo Brisac, CEO der BioDan Group

Der 3-D-Bioprinter wurde von verschiedenen europäischen Aufsichtsbehörden zur Genehmigung eingereicht. Die Genehmigung ist erforderlich, um sicherzustellen, dass die bedruckte Haut für die Transplantation in Patienten mit Verbrennungen und anderen Hauterkrankungen geeignet ist.

Das Team erforscht auch, wie die neue Technologie verwendet werden kann, um andere menschliche Gewebe zu drucken.

Das folgende Video (in spanischer Sprache mit englischen Untertiteln) von UC3M zeigt den neuen 3-D-Bioprinter.

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