ARTcut: Standardisierte Verletzung von Hautmodellen für die Wundheilungsforschung

Interview mit Dr. Jörn Probst, Geschäftsbereichleitung Gesundheit, Fraunhofer ISC

Vergleichende Forschungsmodelle in der Wundheilungsforschung sind unerlässlich, um neue Therapien für chronische Wunden zu evaluieren. Studien müssen somit gleichwertige Grundvoraussetzungen aufweisen und an ähnlichen Wunden durchgeführt werden. Ein Forscherteam arbeitet aus diesem Grund an einem automatisierten Verfahren, um standardisierte Wunden in Hautmodellen zu setzen.

08.12.2014

Foto: Jörn Probst

Dr. Jörn Probst; © Fraunhofer ISC

Der ARTcut (Artificial Tissue Cutter) – eine Entwicklung des Fraunhofer Instituts für Silicatforschung – ist das Ergebnis dieser Arbeit. Dr. Jörn Probst erläutert im Interview mit MEDICA.de, wie die Wundheilungsforschung mit dieser Apparatur verbessert werden kann.

Herr Dr. Probst, welche Idee liegt der Entwicklung des ARTcut zugrunde?

Jörn Probst:
Die große Vision hinter solchen In-vitro-Hautmodellen ist die „3-R-Regel“ von Russel und Burch. Sie stehen für Replacement, Reduction und Refinement. Dabei geht es darum, Tierversuche auf ein Mindestmaß zu reduzieren, zu ersetzen oder zumindest schärfer zu reglementieren. Des Weiteren soll mit diesem Gerät die Qualität neuer Therapien untersucht werden, um mehr über ihren Nutzen zu erfahren.

Wie werden chronische Wunden mit dem ARTcut simuliert?

Probst:
Die Simulation chronischer Wunden geschieht schon vorher, nämlich biochemisch. Die erkrankte Haut wird erzeugt, indem man sogenannte Zytokine – das sind Proteine, die das Wachstum und die Differenzierung von Zellen regeln – in das Hautmodell injiziert. Diese lassen wiederum einen Makrophagentyp entstehen, der typisch für chronische Wunden ist. So simuliert man zunächst eine chronische Wunde. ARTcut sorgt dafür, dass die Hautmodelle reproduzierbar verletzt und damit im Bereich der Forschung und Entwicklung statistisch relevante Aussagen ermöglicht werden. Für die nächste Generation von ARTcut kann man sich durchaus vorstellen, dass die Produktion der Modelle in den Automatismus der Anlage integriert wird.

Wie läuft die Verletzung mit ARTcut ab und worin besteht der Vorteil des Geräts?

Probst:
Die Wunde im Hautmodell wird unter sterilen Bedingungen mit einem Bohrer erzeugt. Der erste Schritt ist zunächst, dass dieser Bohrer an die Oberfläche des Hautmodells heranfährt. Mit einer Lichtschranke wird die Position überwacht. Dann beginnt er, sich mit einer gewissen Drehzahl und Vortriebsgeschwindigkeit in dieses Hautmodell hineinzubohren. Die Tiefe der Wunde ist vordefiniert. Es ist wichtig, beide Parameter zu kontrollieren, damit die Wundmodellserie einheitlich erzeugt wird. Darin besteht auch der Vorteil des Geräts. Wenn ein wissenschaftlicher oder technischer Mitarbeiter solch ein Hautmodell verletzt, dann tut er dies sehr individuell. Er nimmt ein Skalpell und schneidet das Modell ein. Es ist von hoher Wichtigkeit, wie tief und mit welchem Krafteinsatz geschnitten wird. Das kann ein Mensch nicht reproduzierbar ausführen, wenn er dies fünfzig Mal machen muss. Eine identische Verletzungsform der Wundmodelle ist letztendlich hier entscheidend.
Foto: Gerät zur Produktion standardisierter Wunden

Das Gerät setzt standardisierte Wunden in Hautmodelle mit einem winzigen Bohrer; © K. Selsam-Geißler/Fraunhofer ISC

Wie werden anschließend neue Therapiemöglichkeiten evaluiert?

Probst:
Die Therapiemöglichkeiten bestehen entweder aus Wundeinlagen, pharmazeutischen Wirkstoffen oder einer Kombination beider. Diese werden im Anschluss in das Wundmodell zusammen mit Partikulärdiagnostika eingebracht, mit denen man den Wundheilungsverlauf nachverfolgen kann. Es handelt sich dabei um lumineszierende Nanopartikel, die an ihrer Oberfläche mit spezifischen Antikörpern ausgestattet sind und die wiederum an spezielle Biomarker binden. Biomarker sind Biomoleküle, die etwas über den Status der Wundheilung aussagen. Aktuell haben wir zwei Biomarker im Fokus mit unterschiedlichen Farben. Anhand der erfassten Farbverteilung können wir dann Rückschlüsse auf den Wundheilungsprozess ziehen.

Innerhalb welcher spezifischen Krankheitsgebiete soll der ARTcut zum Einsatz kommen?

Probst:
Letztendlich kann ARTcut überall dort zum Einsatz kommen, wo Modelle reproduzierbarer Verletzungen, also eine Verwundung oder ein Wundmilieu, simuliert werden müssen. Das primäre Einsatzgebiet ist natürlich die chronische Wunde der Haut, weil in diesem Bereich die Disziplin Tissue Engineering schon weit fortgeschritten ist. Insbesondere betrifft dies das diabetische Fußsyndrom, Dekubitus und Ulcus cruris.

Wie geht es nun mit dem ARTcut weiter?

Probst:
ARTcut wurde in Zusammenarbeit mit dem neugegründeten „Fraunhofer-Translationszentrum Regenerative Therapien für Krebs und Muskuloskelettale Erkrankungen“ um Prof. Heike Walles entwickelt. Das Translationszentrum bietet Unternehmen die Möglichkeit, Medizinprodukte und zellbasierte Therapien mit einem Netzwerk vor Ort von der Idee bis zur klinischen Studie zu entwickeln und in einzelnen Phasen der Produktentwicklung Hilfe zu erhalten. Der medizinische Gerätebau ist dabei eine Komponente, um die Entwicklung eines Produktes zu unterstützen und zu ermöglichen. Im Fall von ARTcut wollen wir die Forschungsarbeiten an Wundmodellen weltweit unterstützen, da wir denken, dass dort ein großer Bedarf vorliegt. Für die Zukunft soll die nächste Gerätegeneration entwickelt werden, die zunehmend weitere Routinearbeiten, wie die biochemische Herstellung chronischer Wunden oder die Gabe des Therapeutikums, übernimmt.
Foto: Melanie Günther; Copyright: B. Frommann

© B. Frommann

Das Interview führte Melanie Günther
MEDICA.de