Rensselaer Polytechnic Institute: 3D-Druck von Haarfollikeln in künstlichem Hautgewebe

Ein Team unter der Leitung von Forschenden des Rensselaer Polytechnic Institute hat Haarfollikel in menschlichem Hautgewebe, das im Labor gezüchtet wurde, im 3D-Druckverfahren hergestellt. Dies ist das erste Mal, dass Forschende die Technologie zur Erzeugung von Haarfollikeln eingesetzt haben, die eine wichtige Rolle bei der Heilung und Funktion der Haut spielen.

Die in der Zeitschrift „Science Advances“ veröffentlichten Ergebnisse könnten Anwendungen in der regenerativen Medizin und der Arzneimittelprüfung finden, obwohl die Entwicklung von Hauttransplantaten, die Haare wachsen lassen, noch einige Jahre entfernt ist.

“Unsere Arbeit ist der Beweis dafür, dass Haarfollikelstrukturen mit Hilfe des 3D-Bioprintings hochpräzise und reproduzierbar hergestellt werden können. Diese Art von automatisiertem Prozess wird benötigt, um in Zukunft die Bioproduktion von Haut zu ermöglichen”, sagte Dr. Pankaj Karande, außerordentlicher Professor für Chemie- und Bioingenieurwesen und Mitglied des Rensselaer Shirley Ann Jackson, Ph.D. Center for Biotechnology and Interdisciplinary Studies, der die Studie leitete.

“Die Rekonstruktion von Haarfollikeln mit Zellen menschlichen Ursprungs war in der Vergangenheit eine Herausforderung. Einige Studien haben gezeigt, dass diese Zellen, wenn sie in einer dreidimensionalen Umgebung kultiviert werden, potenziell neue Haarfollikel oder Haarschäfte hervorbringen können, und unsere Studie baut auf dieser Arbeit auf”, sagte Karande.

“Derzeit sind die heutigen Hautmodelle – die künstlichen Strukturen, die die menschliche Haut nachahmen – recht einfach. Eine Erhöhung ihrer Komplexität durch Hinzufügen von Haarfollikeln würde uns noch mehr Informationen darüber liefern, wie die Haut mit topischen Produkten interagiert”, sagte Carolina Catarino, Ph.D., Erstautorin der Studie, die in Rensselaer promoviert hat und jetzt als Forscherin neue Hauttestmethoden bei Grupo Boticário, einem Kosmetikunternehmen in ihrem Heimatland Brasilien, entwickelt.

Die Forschenden schufen das follikeltragende Hautgewebe mit für den zellulären Druck angepassten 3D-Drucktechniken. Sie begannen damit, Haut- und Follikelzellen im Labor zu vermehren, bis genügend druckbare Zellen vorhanden waren. Anschließend mischten die Forscher jede Zellart mit Proteinen und anderen Materialien, um die „Bio-Tinte“ für den Drucker herzustellen. Mittels einer extrem dünnen Nadel deponiert der Drucker die Bio-Tinte schichtweise und erstellt gleichzeitig Kanäle für die Haarzellen. Mit der Zeit wandern die Hautzellen zu diesen Kanälen, die die Haarzellen umgeben, und spiegeln so die Follikelstrukturen in echter Haut wider.

“Das Labor von Dr. Karande steht an der Spitze des Skin Tissue Engineering. Dieses Team hat bereits erfolgreich Haut mit funktionierenden Blutgefäßen gedruckt, und diese neueste Forschung ist ein aufregender nächster Schritt bei der Entwicklung und Erprobung besserer Behandlungen für Verbrennungen und andere Hautkrankheiten”, sagte Deepak Vashishth, Ph.D., Direktor des Shirley Ann Jackson, Ph.D. Center for Biotechnology and Interdisciplinary Studies.

“Die Arbeit von Dr. Karande ist ein großartiges Beispiel für die Fortschritte, die von RPI-Forschern an der Schnittstelle von Ingenieur- und Biowissenschaften mit Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit erzielt werden”, sagte Dr. Shekhar Garde, Dekan der Rensselaer School of Engineering. “Die Einführung des 3-D-Mehrkanaldrucks in den biologischen Bereich eröffnet aufregende Möglichkeiten, die in der Vergangenheit nur schwer vorstellbar gewesen wären.”

Derzeit haben diese Gewebe eine Lebensdauer von zwei bis drei Wochen, was nicht ausreicht, damit sich Haarschäfte entwickeln. Das Forschungsteam arbeitet daran, diesen Zeitraum zu verlängern, um die Haarfollikel weiter reifen zu lassen und so den Weg für ihren Einsatz in Arzneimitteltests und Hauttransplantaten zu ebnen.