50 x schneller: Südkoreanische Forscher optimieren den 3D-Druck menschlicher Haut mit neuem Hybrid-3D-Drucker

Forschern der südkoreanischen Pohang University for Science and Technology gelang es, eine effiziente und kostengünstige Methode zum 3D-Druck menschlicher Haut zu entwickeln. Das dafür eingesetzte Hybrid-Zellen-3D-Druck-System ist sowohl mit Extrusions- und Inkjet-Modulen ausgestattet und kann den 3D-Druck von Haut um das Fünfzigfache beschleunigen.

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Viele Wissenschaftler sagen 3D-gedruckter Haut in der rekonstruktiven Chirurgie eine sehr große Zukunft voraus. Obwohl mit Hauttransplantationen schon viel erreicht werden kann, hinterlässt dieses Verfahren doch meist unschöne Narben und sorgt unter Umständen für andere gesundheitliche Probleme. Die Möglichkeit, Hautimplantate völlig neu herzustellen, könnte die Operationen insgesamt einfacher und sicherer machen und zugleich für den Patienten selbst weniger traumatisch erscheinen.

Universitätsgebäude von innen.
Innenansicht des Gebäudes der Pohang University of Science and Technology. (Bild: © postech.edu)

Forscher der Pohang University of Science and Technology (POSTECH) hatten ihre 3D-Druck-Technik bislang dafür verwendet, 3D-gedrucktes Knochengewebe herzustellen. In dem jetzt in der Zeitschrift Biofabrication unter dem Titel „Direct 3D cell-printing of human skin with functional transwell system“ veröffentlichten Papier erläutern sie die Entwicklung eines Hybrid-3D-Druckers, der zwei verschiedene 3D-Druckverfahren einsetzt, um ein neues hautartiges Material auf Kollagenbasis mit einem Polycaprolacton (PCL)-Membran zu erzeugen.

Die Forscher sind der Ansicht, dass dieses neue System eine noch bessere Gelegenheit für den 3D-Druck von Haut bietet als bisher eingesetzte Methoden.

„Obwohl mehrere Ansätze für die Entwicklung biometrischer menschlicher Hautmodelle erforscht wurden, könnten die derzeitigen Hautmodelle, die immer noch auf mehrstufigen Herstellungsverfahren mit Polydimethylsiloxan (PDMS) Chips und handelsüblichen Zellkultureinsätzen beruhen, begrenzt sein“, so der führende Autor der Studie, Professor Dong-Woo Cho. Die Forscher denken, dass ihre neue Methode diese Einschränkungen überwinden könnte. „In dieser Hinsicht könnte [unsere] 3D-Zelldrucktechnik eine neue Ära für fortgeschrittene Hautmodelle einleiten“, sagte Cho.

Besonderheiten des neuen Verfahrens

Das Geheimnis des neuen Haut-3D-Druckers liegt in den beiden Abscheidungsmethoden Extrusion und Strahlen. Der Drucker nutzt Extrusions- und Inkjet-Module gleichzeitig und ermöglicht so die Fertigung kollagenbasierten Materials mit einem PCL-Membran. Diese beiden Substanzen erzeugen eine Struktur, die der menschlichen Haut sehr ähnlich ist.

„PCL ist ein biologisch abbaubarer Polyester, der die Kontraktion von Kollagen während der Reifung des Gewebes verhindert. Mittlerweile haben wir das Inkjet-basierte Dispensiermodul verwendet, um Keratinozyten – den vorherrschenden Zelltyp in der äußersten Schicht der Haut – auf die neu konstruierte Haut gleichmäßig zu verteilen“ so Cho weiter.

Professor Dong-Woo Cho.
Der Leiter des Forscherteams Prof. Dong-Woo Cho. (Bild: © postech.edu)

Das Forscherteam der Pohang University unter der Leitung von Professor Dong-Woo Cho hat bereits ein 3D-Druck-Hautmodell angefertigt, welches ohne den Einsatz von Zellkultureinsätzen reifen kann. Auch nach 14 Tagen zeigte das Modell eindrucksvolle biologische Eigenschaften, darunter eine stabilisierte fibroblastengestreckte Dermis und geschichtete Epidermisschichten, wie die Forscher in ihrem Forschungsbericht schreiben.

Der 3D-Druck der Haut ist natürlich schon eine enorme Leistung, hinzu kommt aber hier noch der Faktor, dass das neue Verfahren deutlich günstiger sei als bislang angewandte Techniken.

„Unsere neue Methode ist etwa 50-mal billiger als alternative Methoden und erfordert 10-mal weniger Basismaterial. Wir hoffen, dass dieser neue Single-Step-Prozess eine attraktive und nützliche Plattform für die Konstruktion von voll funktionsfähiger menschlicher Haut werden kann“, so Cho abschließend.

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