3D-Bioprinting bringt in der Kosmetik und der Medizin viele Fortschritte. Forscher in Singapur möchten mittels 3D-Bioprinting einer realistischen Hautpigmentierung näher kommen. Die Zwei-Schritt-Bioprinting-Strategie ist ein Schritt in diese Richtung und beweist, der 3D-Druck von pigmentierter Haut ist möglich. Vor allem Menschen die eine Hauttransplantation benötigen, haben so die Möglichkeit, in Zukunft nicht nur körperliche sondern auch psychische Heilung zu erfahren.

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Logo Nanyang Technologica UniversityIm Bereich des 3D-Bioprintings gibt es laufend Fortschritte. Selbst der 3D-Druck menschlicher Haut ist möglich und erfährt zunehmend der Optimierung durch renommierte Universitäten und Forschungseinrichtungen weltweit. Forscher des A * STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology (SIMTech) und des Singapore Centre for 3D Printing (SC3DP) an der Nanyang Technological University haben nun eine Methode zur Erzeugung von Pigmentierung in 3D gedruckter Haut entwickelt. Die Ergebnisse ihrer Studie wurden unter dem Titel „Proof-of-concept: 3D bioprinting of pigmented human skin constructs“ veröffentlicht.

Es ist nicht die einfachste Aufgabe, menschliche Haut möglichst echt wirkend mit einem 3D-Bioprinter zu drucken. Die menschliche Haut gibt es in unzähligen Hauttönen. Wenn es den Forschern gelingt, Haut zu schaffen, die wie natürliche Haut pigmentiert ist, wird das ein großer Schritt für Hauttransplantationen sein. Ein Hauttransplantat hat nicht nur einen medizinischen Nutzen, die richtige Optik trägt zur psychischen Heilung bei.

Mit Bioprinting soll die Pigmentierung der Haut möglichst realistisch wirken (Bild © ITRI).

An künstlichen Hauttransplantaten muss allerdings noch einiges verbessert werden, damit diese wie echte Haut aussieht. Im Moment fehlen jedoch Eigenschaften der natürlichen Haut wie Haarfollikel, Schweißdrüsen und Pigmentierung.

Zwei-Schritt-Bioprinting-Strategie

Mithilfe von Bioprinting wird die Verteilung von Melanin-produzierenden Hautzellen oder Melanozyten auf einem biomimetischen Gewebesubstrat gesteuert, wodurch eine möglichst realistische pigmentierte Haut erzeugt wird.

„3D-Bioprinting ist eine hervorragende Plattform für die präzise Abscheidung von Biomaterialien und lebenden Zellen, um biomimetische Haut in großen Mengen mit großer Wiederholbarkeit herzustellen“, sagte Hauptautor Wei Long Ng. „Es wird jedoch oft eine ungleichmäßige Hautpigmentierung beobachtet, ein Problem, das es noch zu lösen gilt. Unser Ziel bei diesem Projekt war es, mit dieser Methode die Machbarkeit von 3D-pigmentierten menschlichen Hautkonstrukten mit einheitlicher Hautpigmentierung nachzuweisen.“

Um pigmentierte Hautkonstrukte zu erstellen, verwendeten die Forscher drei verschiedene Arten von Hautzellen: Melanozyten, Keratinozyten und Fibroblasten, zusammen mit einer zweistufigen Bioprinting-Methode namens „Drop-on-Demand“.

„Die Zwei-Schritt-Bioprinting-Strategie umfasst die Herstellung von hierarchischen porösen Strukturen auf Kollagenbasis (die der dermalen Region der Haut sehr ähnlich sind) und Ablagerung von epidermalen Zellen wie Keratinozyten und Melanozyten an vordefinierten Positionen auf den biomimetischen dermalen Hautkonstrukten, um 3D-in-vitro-pigmentierte menschliche Hautkonstrukte zu erstellen“, sagte Ng. „Als wir die 3D-Bioprint-Hautkonstrukte mit denen verglichen, die mit einer manuellen Gießmethode hergestellt wurden, fanden wir zwei deutliche Unterschiede zwischen den beiden Herstellungsansätzen – die Zellverteilung über den Hautbereichen und die Mikrostrukturen innerhalb der Hautbereiche. Die zweistufige Bioprinting-Strategie ermöglicht eine hochgradig kontrollierte kontrollierte Verteilung der gedruckten Zellen im Vergleich zum manuellen Gießverfahren.

„Darüber hinaus erlaubt die Bioprinting-Technik die Manipulation von Porengrößen innerhalb der 3D-Kollagen-Fibroblasten-Matrizen, um hierarchische poröse Strukturen herzustellen, die in den nativen Hautgeweben deutlich zu sehen sind. Im Gegensatz dazu ist die Feinabstimmung der Mikrostruktur der Haut innerhalb der 3D-Kollagen-Fibroblasten-Matrizen mit dem manuellen Gießverfahren extrem schwierig.“, heißt es von Nq weiter. Die Bioprinting-Methode des Teams kann auch verwendet werden, um Hautkonstrukte für toxikologische Tests und fundamentale Zellbiologieforschung zu erstellen.

Mithilfe von Bioprinting wurde bereits viel erreicht. In Australien wurde an einem Bioprinting 3D-Drucker gearbeitet, der Diabetes Typ 1 heilen soll. Unternehmen in Amerika möchten mit 3D-Bioprinting Leberkrankheiten heilen. Aber auch Tierversuche könnten dank des 3D-Drucks von organischem Gewebe in Zukunft überflüssig werden. Diese und knapp 100 weitere Beiträge finden Sie auf unserer Themenseite „3D-Bioprinting“ und regelmäßig auch im Newsletter des 3D-grenzenlos Magazins (kostenlos abonnieren).

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