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Fraunhofer-ILT Gedruckte Blutgefäße als Grundlage für künstliche Haut

| Redakteur: Hendrik Härter

Menschliche Haut aus dem 3D-Drucker, die durchblutet wird? Ein interdisziplinäres Forscherteam unter Leitung des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT entwickelte ein 3D-Druckverfahren, um künstliche verzweigte Blutgefäße aus neuartigen Materialien herzustellen.

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Ein künstliches, verzweigtes Blutgefäß ist die Grundlage, um ein vollständiges Hautsystem zu züchten.
Ein künstliches, verzweigtes Blutgefäß ist die Grundlage, um ein vollständiges Hautsystem zu züchten.
(Bild: Fraunhofer ILT, Aachen )

Bisher ist es nur möglich, die oberen Schichten der Haut, Epidermis und Dermis mit einer Gesamtdicke von bis zu 200 µm außerhalb des menschlichen Körpers zu kultivieren. Zu einem vollständigen Hautsystem gehört auch die mehrere Millimeter dicke Subcutis. Will man die Subcutis mitzüchten, sind versorgende Blutgefäße zwingend notwendig. Denn für Zellverbände von Schichtdicke über 200 µm gilt: ohne Blut kein Leben.

Genau hier setzt das europäische Forschungsprojekt ArtiVasc 3D an, das sich zum Ziel gesetzt hat, durch die Entwicklung künstlicher Blutgefäße die in vitro Kultivierung deutlich komplexerer Gewebe zu ermöglichen.

Die Wahl des richtigen Materials für die künstlichen Blutgefäße stellte die Wissenschaftler vor eine Herausforderung. Um am menschlichen Körper eingesetzt zu werden, muss das Material über entsprechende mechanischen Eigenschaften und volle Biokompatibilität sowie Prozessierbarkeit verfügen.

Blutgefäße mit Dicken von 20 µm

Um diese Eigenschaften zu erzeugen, kombinierten die Fraunhofer-Wissenschaftler die Freiform-Verfahren Inkjet-Printing und Stereo-Lithographie miteinander. Damit erreichen die Wissenschaftler eine sehr feine Auflösung zum Aufbau verzweigter, poröser Blutgefäße mit Schichtdicken von etwa 20 µm.

Die Daten für den Aufbau verzweigter Strukturen wurden mit Hilfe mathematischer Simulationen erarbeitet. Sie sollen die Voraussetzungen für den Aufbau von verzweigter Strukturen schaffen, die eine gleichmäßige Blutversorgung erlauben. Mit Hilfe des im Projekt entwickelten akrylatbasierten synthetischen Polymers lassen sich optimierte Gefäße mit einem Porendurchmesser der Größenordnung von hundert Mikrometern aufbauen. Gegenüber herkömmlichen Verfahren bietet das Verfahren erstmalig die Rahmenbedingungen, kontrolliert verzweigte und biokompatible Gefäße in dieser Dimension herzustellen.

Eine makroskopische Aufnahme eines siebenlagigen Fettgewebeäquivalents.
Eine makroskopische Aufnahme eines siebenlagigen Fettgewebeäquivalents.
(Bild: Fraunhofer IGB, Stuttgart )
Die Ergebnisse überzeugen: Es wurde eine Toolbox entwickelt, die flexibel auf unterschiedlichste Materialien, Geometrien und Größen eingehen kann. Diese Ergebnisse können als Vorstufe betrachtet werden zu einer vollautomatisierten Prozesskette für die Herstellung künstlicher Blutgefäße, die sich in bestehende Linien integrieren lässt. Die Forscher konnten auch erfolgreich Fettgewebe in einem neuartigen Bioreaktor züchten. Die Kombination des Fettgewebes mit einem bestehenden Hautmodell erlaubt es schließlich, ein Vollhautmodell mit einer Dicke von bis zu 12 mm herzustellen.

Künftig auch ganze Organe aus dem Drucker?

Doch bei der Haut soll nicht Schluss sein: Im ArtiVasc 3D-Projekt wurden die Grundlagen für das dreidimensionale Tissue Engineering geschaffen. Das Prinzip der Durchblutung mittels artifizieller Blutgefäße könnte in Zukunft auch den Aufbau größerer Strukturen wie ganzen Organen ermöglichen. Für in-vitro-gezüchtete Vollhaut gäbe es vielfältige Anwendungen: schnelle Hilfe bei großflächigen Hautverletzungen wie Verbrennungen oder nach Tumorresektionen sowie als Ersatzmodell zur Vermeidung von Tierversuchen in der Pharmaindustrie.

Dieser Artikel ist erschienen im Themenkanal Medizintechnik der Fachzeitschrift Elektronikpraxis.

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