Forscher integrieren 3D-gedruckte Haarfollikel in Hautmodell
Kommen Haare bald aus dem Bioprinter? Eine US-Forschergruppe konnte bereits künstliche Follikel entwickeln und in Kunsthaut einfügen.
(Bild: dg550/Shutterstock.com)
Menschen mit Haarausfall können künftig Hilfe aus 3D-Druckern erwarten, die biologische Materialien ausgeben. Allerdings noch nicht in Form echter neuer Haarfollikel, sondern dank besserer Forschung. "In-vitro-Modelle, die Haarfollikelstrukturen [aus dem Bioprinter] enthalten, könnten uns helfen, die biologischen Prozesse hinter Haarausfall besser zu verstehen", sagt Carolina Catarino vom Rensselaer Polytechnic Institute im US-Bundesstaat New York. Mit den genaueren Modellen könnten dann schneller neue Moleküle gefunden werden, die das Haarwachstum fördern oder sogar die Erfolgsrate einer Haarfollikeltransplantation verbessern.
Doch naturgetreue Modelle der menschlichen Haut zu entwickeln, ist – trotz großer Fortschritte bei Bioprintern, mit denen Gewebe ausgedruckt werden kann – nicht einfach. Besonders besagte Haarfollikel, die Gewebestrukturen, die die Haarwurzeln umschließen, lassen sich nur schwer generieren, gleiches gilt für die Talgdrüsen. Dem Team um Catarino sind nun wichtige Fortschritte im Rahmen einer Proof-of-Concept-Studie gelungen.
Die Wissenschaftler haben dabei aus dermalen Papillenzellen – Stammzellen, die sich am Boden der Haarfollikel befinden – in Verbindung mit Nabelvenenzellen, die Blutgefäße kontrahieren und ausdehnen können, kleine Sphäroide hergestellt. Diese Zellkugeln aus tausenden Zellen wurden dann in eine Kunsthaut eingedruckt. Das Gewebe konnten Catarino & Co. dann reifen lassen, um aus den Sphäroiden dann Haarfolikel-ähnliche Strukturen zu erhalten.
(Bild: Pankaj Karande / Rensselaer Polytechnic Institute)
Biomaterial aus dem 3D-Drucker
"In unserer Arbeit zeigen wir, dass 3D-Bioprinting die Fähigkeit hat, die Komplexität von rekonstruierten Hautmodellen zu erhöhen", sagt Studienleiterin Catarino gegenüber MIT Technology Review. Als innovativsten Aspekt der Studie stellt sie heraus, dass es gelungen sei, die sogenannte FRESH-Technik zu verwenden, um Haarfollikel innerhalb bereits vorgedrucktem Hautgewebe zu integrieren. FRESH steht für "freeform reversible embedding of suspended hydrogels" und ist eine Technik, bei der Biomaterial auf Hydrogelbasis in einem Thermobad gedruckt wird. Durch geschicktes Steuern der Temperatur erhält man eine feste Struktur mit ungleichmäßig verteilter Biomasse, die dann weiter wachsen kann.
Die künstlich hergestellten Haarfollikel im Modell von Catarino und Kollegen bestehen aus menschlichen Zellen. Sie haben einen Kern, der aus Stammzellen des Haarfollikels sowie sogenannten HUVEC-Zellen besteht. Um diese Zellen herum befinden sich Epithelzellen, die die Haarfollikeleinheit stützen und mit Pigment versorgen. "Neben den Zellen bestehen unsere Hautmodelle aus weiteren menschlichen, tierischen und synthetischen Biomaterialien", so die Forscherin.
Da diese Komponenten sowie die Zellen selbst nicht vom jeweiligen Patienten stammen, könne es zu Abstoßungsreaktionen kommen. "Unsere künftige Arbeit wird sich auf die Schaffung von Hautgewebe mit Haarfollikeln konzentrieren, bei denen die Immunmarker auf den Zellen durch Zell-Editing unterdrückt werden könnten, um die Immunabstoßung zu minimieren oder abzuschwächen."
Reif für die Kommerzialisierung ist das Verfahren allerdings noch nicht. "Die nächsten Schritte bestehen darin, Medien und Kulturbedingungen zu optimieren, um die Lebensdauer des Gewebes im Labor zu verlängern."
(bsc)