Tierversuche sind nach wie vor gängige Praxis, wenn es um das Testen von Medikamenten oder Kosmetika geht. Forschende der JOANNEUM RESEARCH und der Technischen Universität Graz (TU Graz) entwickeln neuartige Hautmodelle, die diese ersetzen könnten. Am Anfang steht eine unscheinbare, aber entscheidende Substanz: das druckbare Trägermaterial des Hautmodells.
3D-Druck: Schicht für Schicht zur Haut
An der TU Graz werden dafür Hydrogele entwickelt – wasserreiche Materialien, die als Träger für lebende Hautzellen dienen. Darin werden Fibroblasten und Keratinozyten eingebettet und im 3D-Druck Schicht für Schicht zu ersten Gewebestrukturen aufgebaut. Die Herausforderung liegt im Detail: „Das Material muss stabil genug sein, um gedruckt zu werden, und gleichzeitig so beschaffen, dass die Zellen darin überleben, wachsen und sich organisieren können“, so Rupert Kargl vom Institut für Chemie und Technologie biobasierter Systeme der TU Graz. Dafür werden spezielle Vernetzungsmethoden eingesetzt, die ohne zellschädigende Chemikalien auskommen.
Was aus dem Drucker kommt, ist jedoch erst der Anfang… .
Bei COREMED beginnt der zweite, entscheidende Schritt: die Reifung. Die gedruckten Strukturen werden in ein Zellkulturmedium überführt und verbringen mehrere Wochen im Inkubator. In dieser kontrollierten Umgebung entwickeln sich nach und nach differenzierte Hautschichten – aus einem technischen Gerüst wird ein biologisch aktives Gewebe. Ein zentraler Vorteil dieser Technologie liegt in ihrer Nähe zur Realität: „Da die künstliche Haut auf menschlichen Zellen basiert, kann sie künftig dazu beitragen, Tierversuche zu reduzieren und gleichzeitig noch aussagekräftigere Ergebnisse zu liefern“, erklärt Elisabeth Hofmann von COREMED. Insbesondere im Hinblick auf die Übertragbarkeit in die klinische Anwendung könnten solche Modelle neue Möglichkeiten für die Testung von Wirkstoffen und medizinische Fragestellungen eröffnen. Erste Ergebnisse zeigen: Die Materialien sind stabil, die Zellen bleiben vital – ein wichtiger Schritt in Richtung anwendbares Modell. Die Forschung befindet sich aber noch in einem frühen Entwicklungsstadium. „Wir verfügen bereits über ein gut etabliertes und umfassend untersuchtes Standardmodell. Um die Komplexität menschlicher Haut noch besser abzubilden, sind jedoch weitere Komponenten notwendig – etwa Immunzellen oder Blutgefäße“, so Hofmann. Die Integration solcher Strukturen stellt aktuell eine zentrale Herausforderung dar und ist Gegenstand laufender Forschungsarbeiten.
Fazit:
Die Technologie könnte künftig Tierversuche ersetzen, etwa wenn es um Tests zur Aufnahme und Toxizität von Nanopartikeln aus Kosmetika wie Sonnencremes geht. 3D-gedruckte Hautmodelle könnten auch in der regenerativen Medizin Anwendung finden, etwa zur Unterstützung bei der Behandlung von Verbrennungsopfern.
Von Petra Mravlak
Links:
Institut für Chemie und Technologie biobasierter Systeme, TU Graz
