3D-gedruckte Hautmodelle als Testsystem in der Zellbiologie

Mit Blick auf die EU-Richtlinie 2010/63, die Tierversuche für beispielsweise Kosmetika stark einschränkt, arbeiten Forschende weltweit an geeigneten Alternativen. Ein interdisziplinäres Team der Technischen Universität Graz (TU Graz) und des indischen Vellore Institute of Technology (VIT) stellt nun erste funktionale Hautimitate vor, die mit lebenden Zellen per 3D-Druck erzeugt wurden. 

Ziel ist es, künftig auf Tierversuche zu verzichten und Nanopartikel aus kosmetischen Produkten – etwa aus Sonnencremes – direkt an diesen gedruckten Hautmodellen zu testen. 

Das entwickelte Hautimitat bildet die natürliche, dreischichtige Gewebestruktur menschlicher Haut nach. Es basiert auf speziellen Hydrogelformulierungen, die gemeinsam mit lebenden Hautzellen verarbeitet werden. Dabei steht die Biokompatibilität im Fokus. 

„Die Hydrogele für unser Hautimitat aus dem 3D-Drucker müssen einige Anforderungen erfüllen“, erklärt Karin Stana Kleinschek vom Institut für Chemie und Technologie Biobasierter Systeme der TU Graz. „Diese Zellen müssen nicht nur überleben, sondern auch wachsen und sich vermehren können.“ 

Hydrogele sind besonders wasserhaltig was für das Zellwachstum optimal ist. Die Herausforderung liegt in der mechanischen und chemischen Stabilisierung des Materials – ohne toxische Zusätze. 

Zur Stabilisierung der gedruckten Strukturen arbeitet das Team an naturnahen Vernetzungsmethoden unter milden Bedingungen. Diese sollen die Zellverträglichkeit erhalten und zugleich die mechanische Belastbarkeit der 3D-Modelle sichern. 

Im nächsten Schritt testen die Partner am VIT die Hautimitate in Zellkulturen auf ihre Langzeitstabilität und biologische Funktionalität: 

• Überleben und Wachstum der Hautzellen im Hydrogel in der Zellkultur über zwei bis drei Wochen 

• Ausbildung von hautähnlichem Gewebe 

• Anwendung in Tests zur Nanopartikelaufnahme und Toxizität 

Nur wenn diese Kriterien erfüllt sind, können die Modelle als Hautimitate gelten. 

Die ersten Tests verliefen laut TU Graz erfolgreich: Die Materialien sind stabil, nicht zytotoxisch und für den Einsatz in der Zellkultur geeignet. „In einem nächsten Schritt werden die 3D-gedruckten Modelle (Imitate) für die Testung von Nanopartikeln herangezogen“, sagt Karin Stana Kleinschek. Langfristiges Ziel ist es, die Rezepturen weiter zu verbessern und die Modelle als verlässliche Alternativen zu Tierversuchen validieren zu lassen. 

MEDICA.de; Quelle: Technische Universität Graz