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Tissue Engineering : Künstliche Haut von der Stange

  • -Aktualisiert am

Ein Mitarbeiter des Fraunhofer Instituts IGB mit einer Platte von Gewebekulturen. Bild: dpa

Eine „Hautfabrik“ gibt es schon, und einige Firmen versuchen die Massenproduktion. Tatsächlich ist der Bedarf an synthetischer Haut als Gewebe-Ersatz für Brandopfer oder für Chemikalientests groß. Doch ihre Herstellung erweist sich als gewaltige Herausforderung.

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          Frisches Fleisch und Honig - mit dieser Rezeptur versuchten die Menschen schon vor mehr als dreitausend Jahren Brandwunden abzudecken. Allerdings war diese Mischung als Hautersatz kaum geeignet. Trotz allen wissenschaftlichen Fortschritts ist künstliche Haut noch immer rar. Hautersatz, etwa zur Behandlung von Brandopfern oder zur Versorgung chronischer Wunden, steht nach wie vor nicht in ausreichendem Maße zur Verfügung. Auch der Bedarf an „Hautmodellen“, mit denen Cremes, Putzmittel oder Medikamente auf Reizungen oder allergische Reaktionen hin untersucht werden, ist weitaus höher als die Produktionskapazitäten. Die Europäische Chemikalienverordnung „Reach“ aus dem Jahr 2007, die vorschreibt, dass neben neuen viele bereits existierende Chemikalien auf ihre schädlichen Nebenwirkungen hin untersucht werden müssen, hat den Engpass noch verstärkt, so dass Bestrebungen, die Anzahl an Tierversuchen zu verringern, dadurch scheitern. Laut Tierschutzbericht stieg deren Zahl in Deutschland bis 2009 auf 2,8 Millionen an, was eine Zunahme von sieben Prozent innerhalb von zwei Jahren bedeutet.

          Schutzpolster schwer zu imitieren

          Die Produktion künstlicher Haut ist teuer und aufwendig. Ein Grund ist in der Komplexität des größten menschlichen Organs zu suchen, das aus rund 120 Milliarden Hautzellen besteht. Verschiedene Hautschichten, Zell- und Gewebetypen müssen ein funktionierendes Zusammenspiel ergeben, um den Körper vor Krankheitserregern, ultravioletter Strahlung, vor Kälte und Wärme schützen zu können. Haut zu Testzwecken stellen weltweit nur fünf Unternehmen im Großmaßstab her. Eines davon ist CellSystems aus dem nordrhein-westfälischen Troisdorf. Bis zu dreitausend Hautläppchen werden dort im Monat produziert. „Am Ende haben wir eine künstliche Haut, die so aufgebaut ist wie ihr natürliches Vorbild“, so Oliver Engelking, Forschungsleiter bei CellSystems - zumindest teilweise so aufgebaut ist.

          Ansatz der Hautfirmen

          Der Einfachheit halber verwendet die Industrie überwiegend einschichtige Hautmodelle, die aus einem Zelltyp, den sogenannten Keratinozyten, bestehen. Aus ihnen entsteht die Epidermis, die als oberste Hautschicht den Körper vor Umwelteinflüssen schützt. Die Keratinozyten werden auf einer Matrix ausgesät und in einem speziellen Nährmedium kultiviert. An der Grenzschicht zwischen Luft- und Nährmedium reifen die Zellen heran und bilden innerhalb von vier Wochen ein zusammenhängendes Gewebe von der Größe eines Ein-Cent-Stücks.

          Das klingt einfach. Tatsache aber ist, dass das Tissue-Engineering, wie die Gewebezucht auch genannt wird, den Verantwortlichen viel Geduld und Experimentierfreudigkeit abverlangt. Die meisten Arbeitsschritte, zum Beispiel der Austausch von Nährlösung oder die Selektion abgestorbener Zellen, müssen in Handarbeit vorgenommen werden. Fast zwangsläufig entstehen dadurch Abweichungen bezüglich Qualität und Struktur des Materials, wodurch die Reproduzierbarkeit späterer Testergebnisse beeinflusst werden kann.

          Die Roboter der Hautfabrik arbeiten hinter Glas.
          Die Roboter der Hautfabrik arbeiten hinter Glas. : Bild: ©Fraunhofer IGB

          Haut vom Fließband

          Konkurrenz bekommen die Forscher von CellSystems jetzt aus Stuttgart. Um Haut schneller und kostengünstiger produzieren zu können, hatten Ingenieure und Naturwissenschaftler von vier Fraunhofer-Instituten die Idee, dass Automaten die Arbeit von Laboranten übernehmen und in kurzer Zeit streng genormtes synthetisches Gewebe herstellen. Es ist eine Anlage entstanden, in der bis zu 5000 zweischichtige Hautmodelle hergestellt werden können, jedes ein halber Zentimeter dick. „Wir haben eine durchgehende Prozesskette aufgebaut, angefangen bei der Zellextraktion über die Vermehrung der Zellen bis hin zum dreidimensionalen Gewebeaufbau“, erklärt Heike Walles, die wissenschaftliche Leiterin des interdisziplinären Projekts.

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