Der Hautomat

23. Januar 2009
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Verbrennungsopfer und Menschen mit chronischen Wunden setzen ihre Hoffnung auf Tissue Engineering. Doch der ideale Herstellungsweg für den Hautersatz wurde noch nicht gefunden. Fraunhofer Forscher arbeiten an einer kostengünstigen, vollautomatischen Fertigung.

Die Züchtung von Haut oder Geweben, das so genannte Tissue Engineering, hat längst einen festen Platz in der Praxis erobert. Für Verbrennungen oder schlecht heilende Wunden erzeugen Biotech-Unternehmen bereits heute aus autologen und allogenen Zellen, aber auch aus Stammzellen, einen mehr oder weniger vollwertigen Ersatz. Das Fraunhofer Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) ist eine der Forschungsschmieden, die die verfahrenstechnische Entwicklung von Tissue-Engineering-Produkten inklusive der Entwicklung geeigneter Trägerstrukturen nach GMP-Richtlinien vorantreibt und der Wirtschaft sowie öffentlichen Auftraggebern zur Verfügung stellt. In der Grenzflächentechnik wird beispielsweise getestet, ob Schichten auf bestimmten Materialien haften, eine Verklebung hält oder ob eine Durchdringungsbarriere vorliegt. Aufbauend auf dieser Kenntnis werden von den IGB-Verfahrenstechnikern maßgeschneiderte Materialoberflächen, wie beispielsweise der autologe Hautersatz, entwickelt.

Autologer Hautersatz aus dem Automaten

Für die Entwicklung von Transplantaten aus körpereigenen Zellen müssen primäre Zellen isoliert und durch Zellkulturtechniken vermehrt werden. Erst wenn genügend Zellen zur Verfügung stehen, kann mit der Besiedlung einer Matrixstruktur oder einer Zelltherapie begonnen werden. Dieser Prozess ist langwierig und teuer, weil er Schritt für Schritt von Hand ausgeführt werden muss. Deswegen entwickelt das Fraunhofer IGB zusammen mit Kollegen aus den Instituten für Produktionstechnik und Automatisierung sowie für Zelltherapie und Immunologie ein Verfahrenskonzept, das eine vollautomatische Herstellung von Geweben unterstützt.

Die dafür konzipierte Anlage braucht zunächst eine menschliche Gewebeprobe. Prinzipiell könnte das auch Haut sein, die bei einer Operation übrig geblieben ist. In Deutschland, im Gegensatz zu Amerika, wird allerdings fast ausschließlich Hautersatz aus autologen Zellen transplantiert. Ein Greiferarm positioniert die Probe in der Anlage, in der dann quasi nach dem Fließbandprinzip die einzelnen Schritte ohne menschliches Eingreifen ablaufen. Mit den Worten des IGB liest sich das dann so: “Der Automat schneidet die Biopsie klein, isoliert die unterschiedlichen Zelltypen, regt sie zum Wachsen an und mischt die Hautzellen mit Kollagen“. Dabei entsteht mit Hilfe einer dreidimensionalen Gelmatrix ein Substitut, das, wie die natürliche Haut, aus drei Schichten aufgebaut ist. Nach sechs Wochen ist die Haut nicht nur fertig sondern auch versandfertig verpackt. Falls die Transplantation zu einem späteren Zeitpunkt stattfinden soll, könnte das neue Gewebe auch kryokonserviert werden, so die IGB-Forscher.

Fibroplasten und Keratinozyten modular gezüchtet

Die Größe der erzeugten Hautäquivalente ist standardisiert und misst 10-12 mm im Durchmesser. Bis zu 36 mm sollen in Zukunft möglich sein. Laut IGB werden noch ein paar Jahre vergehen, bis der Hautautomat so weit gereift ist, dass er für großflächige Transplantate genutzt werden kann. Die derzeitige Produktionsanlage ist auf die Züchtung von Bindegewebszellen (Fibroblasten) und epidermalen Zellen (Keratinozyten) ausgelegt. Sie soll in Kürze als Testsystem analytischen Laboren, der chemischen Industrie und der Kosmetikindustrie zur Verfügung gestellt werden. Im Hinblick auf die Vermarktung des Systems wurde der gesamte maschinelle Ablauf in einzelne Module zerlegt. Die modulare Bauweise erlaubt den Forschern einerseits, die Anlage für weitere Zelltypen, wie Immun-, Nerven-, Haarwurzelzellen oder Melanozyten, partiell, d.h. mit geringerem Aufwand, zu erweitern. Andererseits soll sie den Verkauf von einzelnen Komponenten der Anlage ermöglichen. In Bezug auf den Kaufpreis wollen sich die Fraunhofer noch nicht festlegen. Aber sie gehen davon aus, dass das Endprodukt etwa 30 Prozent billiger als das konventionell gezüchtete sein wird.

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