Gezüchtete Haut ermöglicht großflächige Transplantationen

Bei großflächigen Brandwunden sind Hauttransplantationen erforderlich. Chirurgen entnehmen dem Patienten dafür eine dünne Spalthaut und bringen sie an der verletzten Stelle an. Nun soll Haut, die im Labor hergestellt wurde, dabei helfen, sowohl Brand- als auch chronische Wunden zu decken und somit zu heilen. Züricher Forscher arbeiten seit über 13 Jahren daran.

01.07.2014

 
Foto: Gesicht einer Frau, trockene Hautselle unter der Lupe; Copyright: panthermedia.net/Evgeny Atamanenko

Die Haut ist unser größtes Organ. Kommt sie zu Schaden, kann dies sowohl eine funktionelle als auch ästhetische Belastung sein; ©panthermedia.net/ Evgeny Atamanenko

In der TissueBiology Research Unit der Chirurgischen Klinik im Kinderspital Zürich entwickeln sie Ersatzhaut, die der menschlichen Vollhaut entspricht. Und sie sind erfolgreich. "Just in diesen Tagen haben wir die ersten beiden Patienten für unsere Phase I klinischen Studien rekrutiert. Ihre Zellen wachsen gerade zu einer Ersatzhaut", sagt Prof. Ernst Reichmann, Projektleiter und, zusammen mit Prof. Martin Meuli, einer der Forschungsinitiatoren.

Die Basis dieser Haut bilden sogenannte Hydrogele, die vor allem aus Kollagen Typ 1 bestehen. Die Hautzellen werden dem Patienten in einer Biopsie entnommen und auf das Hydrogel aufgetragen, wo sie dann zur Dermis, Unterhaut, und Epidermis, Oberhaut, wachsen. "Dieses sind die Hautgrafts, die wir gerade in einer Phase I klinischen Studie testen. Wissenschaftlich sind wir jedoch schon viel weiter", sagt Reichmann.

Schon möglich, aber noch nicht zugelassen

Die Forscher sind bereits in der Lage, die Oberhaut zu pigmentieren, indem sie Pigmentzellen (Melanozyten) zusammen mit Keratinozyten in das Grundgerüst hineinbringen. Diese Pigmentzellen schützen die Haut vor UV-Strahlung und verleihen ihr einen natürlichen Farbstoff. "Auf diese Weise erfüllt die Haut nicht nur die so wichtige Schutzaufgabe, sondern auch die nicht weniger relevante ästhetische Funktion", sagt der Züricher Wissenschaftler.

Außer der Pigmentierung können die Forscher auch Blutgefäße in der Haut herstellen: "Wir können Netzwerke von Blut- und Lymphgefäßen erstellen. Allerdings dürfen wir sowohl die Pigmentierung als auch die Blutgefäße noch nicht in klinischen Studien testen", sagt Reichmann. Diese Möglichkeiten sind nicht von den regulatorischen Instanzen - das sind die Swissmedic in der Schweiz, die European Medicines Agency (EMA) in Deutschland und die Food and Drug Administration (FDA) in den USA - für klinische Studien zugelassen. Zum einen dauert der Zulassungsprozess sehr lange und ist äußerst kostspielig. Zum anderen müssen die Forscher die Zulassungsbehörden zunächst davon überzeugen, dass die zur Pigmentierung entnommenen Melanozyten sich in keine Tumorzellen (Melanomzellen) verwandeln

Vermehren und zusammenbauen

Die im Labor zusammengefügte, menschliche Haut testeten die Forscher bis jetzt an immuninkompetenten Ratten, damit sie von den Tieren nicht abgestoßen wird. Sie entnehmen dem Patienten, der eine neue Haut braucht, eine kleine Hautprobe durch Biopsie, zerlegen diese Probe in die einzelnen Zelltypen im Labor, vermehren diese Zellen und bauen sie dann, mithilfe von Hydrogelen als extrazelluläres Gerüst, wieder zusammen. "Zelltypen, mit denen wir momentan im Labor routinemäßig umgehen, sind die Keratinozyten - also Oberhautzellen, Fibroblasten - also Bindegewebszellen der Unterhaut, Melanozyten und die Gefäßzellen der Unterhaut", sagt Reichmann. All diese Zellen können die Wissenschaftler getrennt in Kultur vermehren und dann, wie in einem Baukastensystem, zu einer möglichst komplexen Vollhaut wieder zusammenbauen. Was die Schweizer Forscher nicht können, und was weltweit noch nicht möglich ist, sind Haarfollikel, Schweißdrüsen und Nervenstränge im Labor herzustellen.
Foto: Gefärbter Gewebeschnitt durch die Haut; copy;Tissue Biology Research Unit (Zürich)
Bild rechts: Histologischer Schnitt und Färbung einer von der Tissue Biology Research Unit (Zürich) im Labor hergestellten menschlichen Haut. Die Zellkerne sind als blaue "Tupfen" erkennbar. Die Zellkerne der untersten Schicht der Oberhaut (Epidermis) sind als eine blaue Linie erkennbar. Diese Zellschicht enthält die Keratinozytenstammzellen. Daran schließt sich nach oben der in Grün dargestellte, lebende Teil der Oberhaut an. Die orange gefärbte Schicht besteht aus toten verhornten Oberhautzellen. Die blau getupfte untere Zellschicht besteht vorwiegend aus den Zellen (Fibroblasten) der Unterhaut; &coy; Tissue Biology Research Unit

Die im Labor hergestellte Haut hat die wesentlichen Eigenschaften einer Vollhaut, die aus Unter- und Oberhaut besteht: Sie schließt die Wunde und schützt den Körper vor mechanischen und chemischen Verletzungen sowie vor Auskühlung.

Momentan werden bei kleinen Wunden Teile der eigenen Vollhaut des Patienten verpflanzt. "Die Vollhaut ist auch die beste Option, die ein Chirurg für eine Transplantation zur Verfügung hat", sagt Reichmann. Man kann dem Patienten jedoch nur eine kleine Vollhautprobe entnehmen, um sie dann an einer anderen Stelle wieder anzubringen. Sonst riskiert man große Vollhautwunden, um andere Wunden zu verschließen. Dies macht therapeutisch keinen Sinn. "Deshalb zielen wir darauf ab, aus einer kleinen Hautbiopsie möglichst viel "nachgebaute" Vollhaut herzustellen", sagt der Forscher.

Für tiefe Hautverletzungen und Pigmentstörungen geeignet

Die Laborthaut eignet sich grundsätzlich für alle Patienten, die eine Hautläsion haben: Verbrennungspatienten mit großflächigen und tiefen Hautverletzungen, mit Riesenmuttermalen und einschränkenden Narben, Patienten mit chronischen Wunden, besonders dann, wenn die Haut mit Blutgefäßen zugelassen wird, oder auch Patienten mit der sogenannten Weißfleckenkrankheit – hier besonders mit der Pigmentierung.

Nun sind die Züricher Wissenschaftler dabei, ihre Entwicklungen an Patienten zu testen. Nach den Phase-1-Studien, in denen die Ersatzhaut auf Sicherheit geprüft wird, folgen Phase-2-Studien, die zusammen mit Verbrennungszentren in den Niederlanden und mit der Unfallklinik in Berlin durchgeführt werden. "Das wird voraussichtlich 2015 stattfinden und dann hoffen wir, dass unsere Entwicklung möglichst schnell und möglichst vielen Patienten helfen kann".
Foto: Michalina Chrzanowska; Copyright: B. Frommann

©B. Frommann

Der Artikel wurde geschrieben von Michalina Chrzanowska.
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