Neues 3D-Bioprinting-Verfahren stellt pigmentierte menschliche Haut realitätsnah her

Wissenschaftler aus Singapur haben ein neues 3D-Bioprinting verfahren entwickelt um menschliche Haut realitätsnah herzustellen. Durch die kontrollierte Verteilung von Hautzellen, welche Melanin produzieren, wurde eine menschenähnliche Hauptpigmentierung erzielt.

Derzeitige Technologien zur Herstellung von Hautgewebe werden bereits für Hauttransplantation, in der Toxikologie und für chemische Prüfverfahren eingesetzt. Jedoch fehlt es diesen Strukturen an komplexen Merkmalen wie Pigmentierung oder auch Schweißdrüsen und Haarfollikel.

“3D-Bioprinting ist ein ausgezeichnetes Verfahren für die präzise Verteilung von Biomaterialen und lebenden Zellen um biomimetische Haut in großen Mengen und hoher Reproduzierbarkeit herzustellen,” erklärt Autor der Studie Wei Long Ng. “Jedoch ist ungleichmäßige Hautpigmentierung allgegenwärtig und bleibt eine große Herausforderung die es zu lösen gilt. Ziel unseres Projektes war es diese Methode einzusetzen um zu zeigen, dass es möglich ist damit dreidimensionale pigmentierte, menschliche Hautstrukturen in-vitro herzustellen, die über eine gleichmäßige Pigmentierung verfügen.”

Für die Herstellung der pigmentierten 3D-Hautstrukturen hat das Forscherteam drei verschiedene Hautzelltypen eingesetzt: Keratinozyten, Melanozyten und Fibroplasten. Diese wurden in einem zweistufigen “drop on demand” Bioprinting-Verfahren verarbeitet. Dieser Prozess beinhaltet die Herstellung von hierarchischen porösen Strukturen basierend auf Kollagen, auf welche epidermale Zellen wie Keratinozyten und Melanozyten gedruckt werden.

Der Vergleich zu Hautkonstrukten hergestellt durch manuelle Formgebungsmethoden ergab zwei wesentliche Unterschiede: Die Zellverteilung an der Oberfläche und die Mikrostrukturen innerhalb der Struktur. Das zweistufige 3D-Bioprinting-Verfahren ermöglicht es die standardisierte Verteilung von gedruckten Zellen exakt zu kontrollieren. Zudem kann die Porengröße innerhalb der dreidimensionalen Kollagen-Fibroblast-Matrix festgelegt werden, wodurch ein der Realität näheres Ergebnis erzielt wird.

Neben der Hauttransplantation könnte die neue Methode auch für Hautstrukturen zur toxikoligischen Prüfung und Grundlagenforschung im Bereich der Zellbiologie eingesetzt werden.