Eine bessere künstliche Haut

Gentechnisch veränderte und im Reagenzglas gezüchtete Hautzellen eines Patienten könnten die nächste Generation künstlicher Haut liefern. Als ersten Schritt zur Herstellung einer solchen Ersatzhaut haben Wissenschaftler in Cincinnati bakterienresistente Hautzellen im Labor entwickelt und testen sie nun an Tieren. Letztendlich hoffen sie, eine Art künstliche Haut herzustellen, die schwitzen, bräunen und Infektionen abwehren kann.





Gentechnisch veränderte Hautzellen können dazu beitragen, kultivierte Hautersatzstoffe vor Infektionen zu schützen. Hier sind Zellen grün dargestellt, die gentechnisch verändert wurden, um höhere Mengen eines Proteins zu produzieren, das als humanes Beta-Defensin 4 bekannt ist.

Wir verwenden genetische Modifikation, um zu versuchen, dass sich die kultivierte Haut mehr wie normale Haut verhält, sagt Dorothy Supp, eine Forscherin am Cincinnati Shriners Hospital for Children, die das Projekt leitete.

Die Haut hält uns mit Feuchtigkeit versorgt, kühlt uns mit Schweiß und bildet eine Blockade gegen fremde Bakterien. Ohne die Schutzhülle der Haut erleiden Opfer schwerer Verbrennungen schwere Dehydratation und sind anfällig für lebensbedrohliche bakterielle Infektionen. Transplantate gesunder Haut an den verletzten Stellen können helfen, aber Menschen mit großen Verbrennungen haben oft nicht genug gesunde Haut zum Transplantieren.



In den letzten zehn Jahren haben künstliche Hautprodukte – hergestellt aus Kollagengerüsten, dem Molekül, das der Haut ihre Struktur und Elastizität verleiht – die Überlebenschancen von Verbrennungsopfern drastisch verbessert. Große Lagen des flexiblen Netzes, die über offene Wunden gelegt werden, fördern das Wachstum neuer Dermis, der unteren Hautschicht, die sich unter normalen Umständen nicht regeneriert. Chirurgen können dann kleine Stücke der Epidermis des Patienten verpflanzen, der obersten Hautschicht, die wächst und sich über die neu gewachsene Dermis ausbreitet.

In jüngerer Zeit haben Wissenschaftler damit begonnen, die Kollagengerüste mit Hautzellen auszusäen, um das Hautwachstum zu unterstützen: Anstatt Epidermis auf neu gewachsene Haut zu verpflanzen, züchten Wissenschaftler Epidermiszellen auf dem Kollagengerüst und verpflanzen dann das gesamte Blatt. In einer von Steven Boyce von der University of Cincinnati entwickelten experimentellen Methode werden patienteneigene Hautzellen biopsiert und dann in Kultur gezüchtet. Die Zellen heften sich an ein Kollagengerüst, bilden eine hautähnliche Struktur und erzeugen Blätter, die bis zu 100-mal so groß sind wie die ursprüngliche Biopsie.

Eines der verbleibenden Hauptprobleme bei künstlicher Haut ist ihre Anfälligkeit für Infektionen. Es kann ein oder zwei Wochen dauern, bis Blutgefäße, die die Infektionsbekämpfungsmaschinerie des Immunsystems tragen, sich mit der neu wachsenden Dermis verbinden. Ohne Blutgefäße können Bakterien wachsen und Infektionen verursachen, das Transplantat zerstören und die Wunde erneut öffnen, sagt Ioannis Yannas, Bioingenieur und Materialwissenschaftler am MIT, der an der Entwicklung des ersten Produkts für künstliche Haut mitgewirkt hat. Derzeit müssen Ärzte Wunden ständig mit antibakteriellen Bandagen umwickeln.



Also haben Supp und Kollegen genetisch veränderte Hautzellen, um einen höheren Anteil eines antibakteriellen Proteins zu produzieren. In einem in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift für Verbrennungspflege und -forschung , Supp zeigte, dass diese Hautzellen, wenn sie in einem Reagenzglas gezüchtet werden, mehr von einer bestimmten Art von Bakterien abtöten können als Standard-Hautzellen.

Supp warnt davor, dass die gentechnisch veränderten Zellen noch weit von einer klinischen Anwendung entfernt sind. Der wahre Test der bakterienbekämpfenden Eigenschaften findet in der komplexen Umgebung einer echten Wunde statt, die mit vielen verschiedenen Bakterienarten übersät ist. Die Forscher planen nun Experimente im Tiermodell.

Im Idealfall möchte Supp eine noch besser kultivierte Haut schaffen, mit Zellen, die die molekularen Strukturen bilden können, die für die Produktion von Schweiß, Haaren und Pigmenten erforderlich sind. Wenn wir mit zwei Zelltypen beginnen und ein oder zwei Gene gleichzeitig hinzufügen und diese Strukturen entwickeln könnten, wäre das sehr spannend, sagt sie.



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