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Haut mit den im Labor gewachsenen Haarfollikeln und -drüsen
Das Tissue Engineering der Haut hat in den letzten Jahren einen langen Weg zurückgelegt, aber es kämpft vom einfachen 2D Zellgewebe zur Regeneration eines funktionierenden, komplexen 3D Organs mit Haarfollikeln, Drüsen und Verbindungen zu anderen Organsystemen.
Die Forscher stellten induzierte pluripotente Stammzellen (iPS) aus Mausgummizellen her und verwendeten diese, um komplexes Hautgewebe zu züchten - komplett mit Haarfollikeln und Talgdrüsen - das wie normales Gewebe funktionierte.
Bildnachweis: RIKEN / Tsuji et al.
Nun, eine neue Studie - von Forschern in Japan und in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft Fortschritte - scheint in der Hautbiotechnologie und der regenerativen Medizin einen bedeutenden Schritt nach vorn gemacht zu haben.
Die Haut ist ein komplexes Organ, das eine Reihe von Funktionen erfüllt. Es ist wasserdicht, bietet Polsterung, schützt tiefere Gewebe, scheidet Abfälle aus und reguliert die Wärme. Dazu müssen mehrere Systeme in einer komplexen 3D-Gewebearchitektur zusammenarbeiten.
Studienleiter Dr. Takashi Tsuji, Leiter eines Organregenerationslabors am RIKEN-Zentrum für Entwicklungsbiologie (CDB) in Kobe, sagt:
"Bis jetzt wurde die künstliche Hautentwicklung durch die Tatsache beeinträchtigt, dass der Haut wichtige Organe wie Haarfollikel und exokrine Drüsen fehlten, die der Haut eine wichtige Rolle bei der Regulierung zugestehen."
In ihrer Arbeit beschreiben die Forscher, wie sie Stammzellen aus Mausgummizellen herstellen und damit im Labor komplexes Hautgewebe mit Haarfollikeln und Talgdrüsen wachsen lassen.
Talgdrüsen sezernieren ölige Substanzen, die dazu beitragen, die Haut weich, glatt und wasserdicht zu halten. Zusammen mit den Haarfollikeln bilden sie einen wichtigen Bestandteil des "integumentären Organsystems" - der Schicht aus komplexem Gewebe zwischen der äußeren und inneren Haut.
Bei vollständig funktionierender Haut verbindet sich das Integumentsystem mit anderen Organsystemen wie Nerven und Muskelfasern.
Die Forscher implantierten ihre 3D-Stammzell-generierten Hautgewebe in lebende Mäuse und zeigten, dass sie diese Verbindungen bildeten.
Sie glauben, ihre Studie ist ein wichtiger Schritt in Richtung funktionelle Hauttransplantationen für Brandopfer und andere Patienten, die neue Haut benötigen.
Die Implantate entwickelten sich wie normale Haut
Für die Studie verwendete das Team Chemikalien, um die Mausgummizellen zu einem Stammzellen-ähnlichen Zustand zurückzufordern. Wie embryonale Stammzellen haben diese sogenannten induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen) das Potenzial, sich in fast jeden anderen Zelltyp im Körper zu differenzieren.
Als sie in Kultur gezüchtet wurden, fanden die Forscher heraus, dass die iPS-Zellen korrekt zu einem so genannten Embryoiden-Körper (embryoid body, EB) entwickelt wurden - einem 3D-Zellklumpen, der einige Ähnlichkeiten mit einem sich entwickelnden Embryo aufweist.
Die Forscher implantierten die EBs in Mäuse mit absichtlich geschwächtem Immunsystem. Die EB differenzierten sich nach und nach zu komplexem Hautgewebe aus - ähnlich wie bei einem sich entwickelnden Embryo.
Sobald sich die Gewebe differenziert hatten, nahm das Team sie aus der ersten Gruppe von Mäusen und transplantierte sie in das Hautgewebe einer anderen Gruppe von Mäusen. Diese Implantate entwickelten sich normalerweise als intestinales Gewebe.
Die Forscher fanden auch heraus, dass, während das implantierte Gewebe in das Integumentgewebe wuchs, es normale Verbindungen mit dem umgebenden Nerven- und Muskelgewebe einging, wodurch es normal funktionieren konnte.
Die Autoren bemerken, dass ein Schlüsselmerkmal ihres Erfolgs die Verwendung von Wnt10b-Signalisierung war. Dieser Stoffwechselweg ist bekanntermaßen an der Kontrolle von Stammzellen beteiligt, die sich zu Fettgewebe, Knochen, Haut und anderen Organen entwickeln. Sie stellen fest, dass die Wnt10b-Signalgebung zu einer größeren Anzahl von Haarfollikeln führte, wodurch das künstliche Gewebe eher wie normale Haut aussieht.
Dr. Tsuji schließt ab:
"Wir kommen unserem Traum, die Organe im Labor zur Transplantation nachbilden zu können, immer näher und glauben auch, dass mit dieser Methode gezüchtetes Gewebe als Alternative zu Tierversuchen mit Chemikalien genutzt werden könnte."
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