Wundbehandlung: drucken statt transplantieren

Derzeit beschränkt sich die Wundversorgung darauf, entweder zu warten, bis Wunden heilen, und sie dabei sauber und frei von Infektionen zu halten, oder größere Schäden mit körpereigenen Transplantaten zu versorgen. Mit der fortschreitenden Entwicklung von Tissue Engineering und Bioprinting könnte es in Zukunft eine dritte Möglichkeit geben: Werden wir in der Lage sein, neues Gewebe direkt im OP zu drucken, um chirurgische Wunden abzudecken?

Auf der MEDICA 2022 präsentierte Inventia Life Science einen Roboterarm, der als 3D-Biodrucker fungiert und Biomaterialien direkt auf Wunden druckt, um den Heilungsprozess zu unterstützen. MEDICA.de sprach mit Jason Leavens über die Einsatzmöglichkeiten dieses Biodruckers, die Funktionsweise des Verfahrens und den Nutzen für Patientinnen und Patienten.

Herr Leavens, Sie zeigen hier auf der MEDICA 2022 den therapeutischen Einsatz eines Roboterarms, des KUKA LBR Med – wie funktioniert er?

Jason Leavens: Wir verwenden ihn als Plattform für unseren 3D-Biodrucker, der in einem chirurgischen Umfeld arbeitet, um Biomaterialien und Zellen direkt auf eine Wunde zu drucken. Diese 3D-Bioprinting-Technologie könnte zur Behandlung verschiedener Hautdefekte eingesetzt werden, zum Beispiel bei der chirurgischen Entfernung nicht-bösartiger Tumore, bei Verbrennungen dritten Grades, Druckgeschwüren und ähnlichem. Wir haben unsere erste Indikation auf vollflächige Hautwunden beschränkt, das heißt auf Wunden, bei denen die Dermis und Epidermis nicht mehr vorhanden sind. Hier scheinen die Vorteile des 3D-Bioprintings stärker zum Tragen zu kommen als bei anderen Indikationen wie Wunden mit gemischter oder partieller Dicke.

Wir hoffen, dass wir den typischerweise zweistufigen Prozess der Wundheilung ersetzen können, bei dem zunächst die Dermis regeneriert wird, bevor in einer zweiten Operation die Epidermis mit einem Hauttransplantat rekonstruiert wird. Unsere Anwendung, bei der diese Roboterplattform zum Einsatz kommt, ermöglicht das Aufbringen von Biomaterialien und Zellen in einem hautähnlichen Gewebekonstrukt. Dies sollte es ermöglichen, diese beiden Schlüsselkomponenten der Haut in einem einzigen Arbeitsgang zu drucken.

Wie würde dies die Wundbehandlung verbessern?

Leavens: Wir beginnen mit Wunden von geringer Komplexität, aber wir gehen davon aus, dass der Vorteil sowohl in der geringeren Anzahl von Operationen als auch in der Bereitstellung der Hydrogelmatrix, also des Biomaterials zusammen mit den Zellen, liegt. Wir rechnen auch mit einer kürzeren Heilungszeit und damit mit einem kürzeren Krankenhausaufenthalt für Patientinnen und Patienten.

Das eigentliche Ziel dieser Plattform ist jedoch die Verringerung der Narbenbildung. Patientinnen und Patienten hätten den Vorteil, dass die Behandlung den richtigen regenerativen Phänotyp fördern könnte. Dieser wird durch diese Biomaterialien und Zellen in einer Weise ausgelöst, dass die Haut nicht vernarbt, sondern gesund und normal wiederhergestellt wird.

Wie funktioniert der Druckprozess?

Leavens: Unser Drucker arbeitet mit dem Drop-on-Demand-Druckverfahren. Das funktioniert wie der Tintenstrahldruck. Aus dem Druckkopf kommen kleine Tröpfchen mit Biomaterialkomponenten: Zuerst wird die Komponente A auf die Wunde aufgebracht. Wenn ein Tropfen der Komponente B darauf landet, kommt es zu einer sofortigen Reaktion, bei der es zu einer Vernetzung und Gelierung zwischen den Komponenten kommt.

Dies ermöglicht eine genaue, präzise Kontrolle der Material- und Zellablagerung. Das Verfahren ist auch dafür bekannt, dass es eine sehr gute Möglichkeit ist, Zellen einzubringen, ohne sie durch Scherspannungen in der Flüssigkeitsbahn zu beschädigen. Außerdem handelt es sich um ein berührungsfreies Druckverfahren, was bedeutet, dass die Wunde während des Druckvorgangs nur minimal manipuliert wird.

Welche Art von Zellen würde man verwenden?

Leavens: Bei der ersten Anwendung verwenden wir patienteneigene Zellen. Dazu wird in der Regel eine kleine Hautbiopsie entnommen, aus der die Zellen extrahiert werden. Die Schlüsselzellen für den Druckprozess sind Keratinozyten und Fibroblasten, da sie für die Regeneration der beiden Hautschichten entscheidend sind: Fibroblasten für die Dermis und Keratinozyten für die Epidermis.

Wir entwickeln dies als eine Plattformtechnologie, sodass es durchaus denkbar ist, auch Zellen aus anderen Quellen zu verwenden, wie allogene Zellen, die von Zellbanken zur Verfügung gestellt werden, oder kultivierte autologe Zellen, das heißt Zellen, die von den Patientinnen und Patienten selbst stammen. Sie würden vor der eigentlichen Operation entnommen und dann in einer Zellkultur vermehrt, um eine größere Anzahl von Zellen zu erhalten.

Wie weit sind Sie in der Entwicklung?

Leavens: Wir führen derzeit präklinische Studien durch. Unsere erste klinische Studie soll im Dezember 2023 beginnen. Wir befinden uns im Wesentlichen in einer Forschungsphase, bewegen uns aber stetig auf die Kommerzialisierung zu.

Auf der MEDICA 2022 waren Sie auf dem Stand des Roboterherstellers KUKA ausgestellt und haben am KUKA Innovation Award teilgenommen. Was bedeutet das für Sie?

Leavens: Die Unterstützung von KUKA hat uns bei der Entwicklung unserer Anwendung sicherlich sehr geholfen. Wir konnten die Entwicklung unserer Plattform beschleunigen, weil KUKA uns großzügig den LBR Med-Roboterarm zur Verfügung gestellt hat, wie auch allen anderen Finalisten des KUKA Innovation Award. Der LBR Med ist ein sofort einsatzbereiter Roboterarm, der die ISO 60601-Norm erfüllt und den Sicherheitsstandard für elektromedizinische Geräte einhält. Und wir haben die volle Unterstützung ihres technischen Personals, was wirklich großartig war.

Welches Feedback haben Sie von den Besuchern der MEDICA erhalten?

Leavens: Wir waren natürlich auf viele Fragen zur Anwendung vorbereitet, da nicht allzu viele Menschen mit 3D-Bioprinting und Tissue Engineering vertraut sind. Viele waren sehr gespannt auf die Möglichkeiten, die diese Technologie bieten könnte. Viele interessierten sich auch dafür, wann die Technologie kommerziell nutzbar sein wird. Es ist sehr ermutigend, diese Art von Feedback von potenziellen Partnerinnen und Partnern zu erhalten, auch wenn es für uns wahrscheinlich noch etwas zu früh ist, um diese Art von Gesprächen formeller zu gestalten. Aber wir freuen uns darauf, diese Art von Kontakten nutzen zu können, um unsere Arbeit in naher Zukunft voranzubringen.