3D-gedruckte Haut verschließt Wunden und enthält Vorläufer von Haarfollikeln

Fettgewebe ist der Schlüssel zum 3D-Druck von geschichteter lebender Haut und möglicherweise von Haarfollikeln. Dies berichten Forschende der Penn State University, die vor kurzem Fettzellen und unterstützende Strukturen aus klinisch beschafftem menschlichem Gewebe nutzbar gemacht haben, um Verletzungen bei Ratten präzise zu korrigieren. Dieser Fortschritt könnte Auswirkungen auf die rekonstruktive Gesichtschirurgie und sogar auf die Behandlung von Haarwuchs beim Menschen haben.

Das Team nutzte klinisch beschafftes menschliches Fettgewebe und unterstützende Strukturen, um Verletzungen bei Ratten präzise zu korrigieren. Dabei konzentrierten sie sich auf die Erzeugung einer vollständigen Hautdicke, einschließlich der untersten Schicht, der Hypodermis. Diese Schicht, bestehend aus Bindegewebe und Fett, bildet die Struktur und Unterstützung über dem Schädel und ist direkt am Prozess beteiligt, durch den Stammzellen zu Fett werden. Dieser Prozess ist entscheidend für mehrere lebenswichtige Prozesse, einschließlich der Wundheilung und der Regulation des Haarfollikelzyklus.

Dr. Ozbolat und sein Team sind die ersten, die intraoperativ ein vollständiges, lebendes System mehrerer Hautschichten bioprinten konnten.

“Rekonstruktive Eingriffe zur Korrektur von Verletzungen oder Krankheiten im Gesicht oder am Kopf sind in der Regel unvollkommen, was zu Narbenbildung oder dauerhaftem Haarausfall führt”, sagte Ibrahim T. Ozbolat, Professor für Ingenieurwissenschaften und Mechanik, biomedizinische Technik und Neurochirurgie an der Penn State University, der die internationale Zusammenarbeit leitete, die diese Arbeit durchführte. “Mit dieser Arbeit zeigen wir, dass biologisch gedruckte, vollflächige Haut das Potenzial hat, bei Ratten Haare wachsen zu lassen. Das ist ein Schritt in Richtung einer natürlicheren und ästhetisch ansprechenderen Kopf- und Gesichtsrekonstruktion beim Menschen.”

Die Forschenden begannen mit menschlichem Fettgewebe, das von Patient*innen des Penn State Health Milton S. Hershey Medical Center beschafft wurde. Dino J. Ravnic, Associate Professor für Chirurgie an der Penn State College of Medicine, und sein Team extrahierten die extrazelluläre Matrix aus dem Fettgewebe, um eine Komponente der Bio-Tinte herzustellen. Eine weitere Komponente wurde aus den Stammzellen des Fettgewebes gewonnen. Diese Komponenten wurden in einem Drei-Kammer-Bioprinter geladen, wobei die dritte Kammer eine Gerinnungslösung enthielt, die half, die anderen Komponenten richtig an der verletzten Stelle zu binden.

Die Studie zeigte nicht nur die Bildung der Hypodermis und Dermis, sondern auch die Entstehung von Downgrowths, der Anfangsphase der Haarfollikelbildung, innerhalb von zwei Wochen.

“Die Unterhaut ist direkt an dem Prozess beteiligt, bei dem Stammzellen zu Fett werden”, so Ozbolat. “Dieser Prozess ist für mehrere lebenswichtige Vorgänge entscheidend, unter anderem für die Wundheilung. Sie spielt auch eine Rolle beim Zyklus der Haarfollikel, insbesondere bei der Förderung des Haarwachstums.

“Die drei Kompartimente ermöglichen es uns, die Matrix-Fibrinogen-Mischung zusammen mit den Stammzellen unter genauer Kontrolle zu drucken”, so Ozbolat. “Wir haben direkt in die verletzte Stelle gedruckt, mit dem Ziel, die Unterhaut zu bilden, die bei der Wundheilung, der Bildung von Haarfollikeln, der Temperaturregulierung und mehr hilft.

“In unseren Experimenten haben die Fettzellen möglicherweise die extrazelluläre Matrix so verändert, dass sie die Bildung von Haarwurzeln besser unterstützt”, so Ozbolat. “Wir arbeiten daran, dies zu verbessern, um die Haarfollikel mit kontrollierter Dichte, Richtung und Wachstum reifen zu lassen.”

Diese Forschung bietet einen hoffnungsvollen Weg nach vorn, insbesondere in Kombination mit anderen Projekten aus Dr. Ozbolats Labor, die sich mit dem Drucken von Knochen und der Untersuchung, wie man Pigmentierungen über verschiedene Hauttöne hinweg anpasst, befassen.

“Wir glauben, dass dies in der Dermatologie, bei Haartransplantationen sowie in der plastischen und rekonstruktiven Chirurgie angewendet werden könnte – es könnte zu einem weitaus ästhetischeren Ergebnis führen”, so Ozbolat. “Mit der vollautomatischen Bioprinting-Fähigkeit und kompatiblen Materialien auf klinischem Niveau könnte diese Technologie einen erheblichen Einfluss auf die klinische Umsetzung von präzise rekonstruierter Haut haben.”