08.07.2019

Zukunft der Gewebezüchtung: eine zweite Haut aus dem Labor



Schmerzen, Nässe, Geruch - und ständiger Verbandswechsel: Chronische Wunden bleiben meist offen, der Körper scheint wehrlos. Therapien für diese Wunden sind belastend und oft nicht dauerhaft erfolgreich. Hier setzen Forscher von Evonik an.

Sie entwickeln neue Materialien und Verfahren, die die Zucht von Hautgewebe im Labor vereinfachen, beschleunigen und reproduzierbar werden lassen. Innovative therapeutische Ansätze für die Behandlung von chronischen oder Brandwunden zu liefern ist dabei eins der Ziele des Projekthauses Tissue Engineering von Evonik.

Tissue Engineering entwickelt Ersatzstoffen, die die Funktion von biologischem Gewebe mit Hilfe kultivierter Zellen wiederherstellen, aufrechterhalten oder verbessern.

"Damit sich die Zellen im Labor genauso organisieren und vermehren wie im menschlichen Körper, brauchen sie ein Gerüst sowie spezielle Nährstoffe", erklärt Alexander König, Chemiker und Leiter des Projekthauses mit Sitz in Singapur. "Insgesamt verbergen sich dahinter mehr als 300 Zutaten, die es optimal zu kombinieren gilt." Dieser Herausforderung stellen sich die Forscher nun, um neuartige Lösungen zu entwickeln.

"Wir wollen unseren Kunden die besten Materialien für die Gewebezucht anbieten - und erforschen deshalb alle Bestandteile", sagt König. Mit seinem Team kann er auf Kompetenzen im Bereich Aminosäuren und Derivate, Peptide sowie bioabbaubare Polymere zugreifen. König ist sich sicher, dass auf dieser Basis neue Impulse in den Markt für regenerative Medizinprodukte gegeben werden.

Kultivierte Zellen oder Hautgewebe aus dem Labor könnten etwa für neuartige Therapien in der Wundheilung eingesetzt werden. "Dazu würden Zellen eines Patienten entnommen und in vitro - also im Labor - kultiviert und vermehrt werden", erklärt König. Anschließend werden sie wieder in die Wunde eingebracht, um die Heilung zu beschleunigen oder in Gang zu setzen. Eine andere Möglichkeit ist die Weiterentwicklung der Haut-Transplantation. Hier wäre es denkbar, patienten-eigene Haut im Labor zu züchten und auf die Wunde aufzutragen. Heute werden dafür oft Hautpartien des Patienten operativ versetzt.

Doch die Nachfrage nach Haut aus dem Labor ist nicht nur im Bereich klinischer Anwendungen groß. Auch optimierte Ansätze für sogenannte Hautmodelle werden gebraucht. Dies sind möglichst realistische Nachbildungen der menschlichen Haut. Sie werden zu Forschungs- und Testzwecken im Labor genutzt, um zum Beispiel neue kosmetische Wirkstoffe, Reinigungsmittel oder auch Chemikalien zu prüfen.

Bisher bilden Hautmodelle für diesen Zweck das natürliche Vorbild unzureichend ab. Und auch der standardisierte klinische Einsatz künstlichen Gewebes nach Unfällen oder Krankheiten steht noch vor Herausforderungen: Oftmals scheitert die klinische Zulassung. Die Gründe dafür sind vielfältig - und liegen nicht nur in der Komplexität des größten Organs des Menschen begründet. Die Herstellung ist teuer und aufwendig, einige in der Gewebezucht üblicherweise eingesetzte Materialien anfällig für Schwankungen. Das gilt etwa für Substanzen tierischen Ursprungs. "Diese sind in der Anwendung kaum skalier- oder übertragbar", erklärt König. Zudem müssten noch viele Arbeitsschritte von Hand erledigt werden. "Für eine Zulassung bei den Gesundheitsbehörden sind dies große Hürden."

Die Evonik-Wissenschaftler forschen deshalb nicht nur an neuen Verfahren, sondern auch daran, die eingesetzten Materialien zu optimieren. "Unser Ansatz sind chemisch hergestellte, synthetische Materialien, die über die gleiche biologische Kompatibilität wie tierische Produkte verfügen und zugleich die richtigen mechanischen und physikalischen Eigenschaften haben." Die Vorteile sind eine bessere Reproduzierbarkeit und die gleichbleibende Qualität der Materialien. Hinzu kommt, dass das Risiko von Krankheitsübertragungen wegfällt, das der Einsatz von Produkten tierischen Ursprungs mitunter birgt.

Die Forscher im Projekthaus Tissue Engineering in Singapur arbeiten in engem Austausch mit Experten in den USA und Deutschland über einen Zeitraum von drei Jahren interdisziplinär zusammen. Projekte und Kooperationen mit externen Einrichtungen ergänzen die Forschungsaktivitäten.

Quelle: Evonik Industries