Künstliche Haut : Haute Couture aus der Fabrik

Künstliche Haut vom Fließband soll die Zahl der Tierversuche verringern. Die Haut könnte künftig auch schwer verletzten Menschen helfen.

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Das größte Organ. Die Haut schirmt den Organismus vor der Außenwelt ab und kühlt ihn bei Bedarf.
Das größte Organ. Die Haut schirmt den Organismus vor der Außenwelt ab und kühlt ihn bei Bedarf.Foto: ddp

Ab Ende März soll menschliche Haut in Stuttgart buchstäblich vom Fließband kommen. 5000 daumennagelgroße Hautmodelle wollen die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB jeden Monat züchten, vollautomatisch und versandfertig. „Damit ist es erstmals gelungen, künstliche Haut industriell mit einer einzigen Anlage herzustellen“, freut sich Heike Walles. Die Professorin für Regenerative Medizin an der Universität Würzburg leitet das Projekt.

Neue Haut aus der Maschine, das klingt nach Science fiction. Tatsächlich lässt sich vergleichsweise einfach zusammengesetztes menschliches Gewebe wie Haut oder Knorpel aber schon länger im Reagenzglas züchten. „Tissue engineering“ nennt sich der junge Zweig der Biotechnik, der nicht nur die Transplantationsmedizin revolutionieren könnte. Auch Pharmaunternehmen interessieren sich für solche Gewebemodelle, um die Wirkung von Arzneimitteln früher zuverlässig zu testen.

Bislang sind im Labor unzählige Handgriffe und viele Wochen Geduld nötig, bis eine kleine Zellprobe soweit vermehrt und differenziert ist, dass sie zu einem kleinen Gewebefetzen herangewachsen ist. Damit will die „Gewebefabrik“ in Stuttgart Schluss machen. Die Maschinen erinnern an eine industrielle Montagestraße.

Hinter blitzblanken Wänden aus Stahl und Glas hantiert ein Roboterarm mit sterilisierten Hautstückchen aus einer Klinik. Der Greifer schneidet die Gewebeproben zunächst klein. Dann ergießt sich ein spezieller Cocktail aus Enzymen über die im Reagenzglas schwimmenden Gewebeflicken. Das Bad in der Flüssigkeit sorgt dafür, dass sich die Haut in ihre beiden zellulären Bausteine scheidet. Ein Pipettierautomat nimmt die separierten Hautzellen auf. Präzise nach Zelltyp getrennt, füllt der emsig auf Schienen hin und her sausende Roboter die Zellen in Tabletts mit kleinen Petrischalen, wo sie sich auf einer Unterlage aus Gelatine vermehren.

Sind die Zellen zu einem dünnen Rasen herangewachsen, setzt eine Maschine daraus ein zweischichtiges Hautmodell zusammen. Der unteren Schicht wird noch etwas Kollagen beigemischt, damit das Gewebe elastisch bleibt. Nun müssen sich die Hautschichten fest miteinander verbinden. Das geschieht im Brutschrank. Computergesteuert und -überwacht wächst in weniger als drei Wochen zusammen, was zusammengehört – fertig ist die künstliche Haut.

Aufgebaut ist sie genau wie das natürliche Vorbild, betont Walles: „Die physiologische Ausbildung ist entscheidend, um grundlegende Eigenschaften der normalen Haut, wie beispielsweise die Barrierefunktion nachzuahmen.“ Lebenswichtig ist der Schutz vor Verdunstung und eindringenden Keimen bei großflächigen Brandverletzungen. Ärzte benötigen dann große Mengen gesundes Gewebe, um die zerstörten Hautpartien zu ersetzen. Die Forscher am IGB arbeiten bereits an einem Vollhautmodell samt Blutgefäßen.

„Wir wollen die Anlage so weit entwickeln, dass sich damit künftig auch künstliche Haut für Transplantationen gewinnen lässt“, erläutert Walles. Erste Erfolge gibt es bereits. Mit einem ähnlichen Verfahren gelang den Forschern die Züchtung einer neuen Luftröhre aus menschlichem Gewebe. „Drei Patienten mit größeren Defekten an Luft- und Speiseröhre konnten wir so helfen“, berichtet die Wissenschaftlerin.

Auf großes Interesse dürfte die maschinell hergestellte Haut auch bei der Industrie stoßen. Seit 2007 ist die europäische Verordnung zum Chemikaliengesetz (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals, kurz: Reach) in Kraft. Danach müssen schrittweise alle chemischen Stoffe, die europaweit in Mengen von mehr als 1000 Kilogramm pro Jahr verkauft werden, registriert und auf Risiken für Mensch und Umwelt überprüft werden. Dafür sind auch jede Menge Tierversuche nötig.

Laut Tierschutzbericht der Bundesregierung wurden 2009 in Deutschland knapp 2,8 Millionen Wirbeltiere in Tierexperimenten eingesetzt und getötet, vor allem Ratten und Mäuse, aber auch Vögel, Fische, Hunde, Katzen und Affen. Das sind fast 94000 Tiere mehr als im Jahr zuvor. Eine Zahl, die weiter steigen könnte, ohne dass Risiken für den Menschen besser einschätzbar wären, befürchtet Thomas Hartung.

Der Toxikologe von der Universität Konstanz, der bis 2008 das Europäische Zentrum zur Validierung Alternativer Testmethoden leitete, kritisiert die mangelnde Übertragbarkeit von Tierexperimenten. Diese führten häufig zu falschen Einschätzungen: „Menschen sind keine 70-Kilogramm-Ratten. Wir nehmen Stoffe anders auf. Stoffwechsel und Immunsystem reagieren bei uns anders."

Auch die internationale Expertenkommission der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung hat sich für den Einsatz neuer tierversuchsfreier Prüfmethoden ausgesprochen. Wenn auch erst um damit reizende Eigenschaften von Fremdstoffen an der Haut zu testen. Die berüchtigten Tests mit empfindlicher Kaninchenhaut dürften so bald Vergangenheit sein.

„Die Forschung hat einen enormen Bedarf an Hautmodellen“, sagt Heike Walles. Nun gehe es darum, die Leistungsfähigkeit der neuen Biotechnik zu zeigen. Gelingt dies, könnten bald auch Transplantate vollständig automatisiert hergestellt werden, sind die Wissenschaftler überzeugt.

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