Haut samt Haaren im Labor gezüchtet

Neue Haut aus dem Labor: Forschern ist es erstmals gelungen, komplettes Hautgewebe aus Stammzellen zu züchten. Die neue Haut umfasst alle drei Hautschichten sowie Haarfollikel und Schweißdrüsen und ist damit im Gegensatz zu bisherigem Hautersatz vollkommen funktionstüchtig. Dieser Durchbruch eröffnet künftig neue Möglichkeiten, Verbrennungsopfern oder Menschen mit Haarausfall zu helfen, wie die Forscher im Fachmagazin „Science Advances“ berichten.

Forschern ist es inzwischen gelungen, eine ganze Reihe von Geweben und Organen im Labor zu züchten, darunter Muskelfasern, den Meniskus und sogar eine Vorform des Gehirns. Ein Gewebetyp jedoch entzog sich bisher der naturgetreuen künstlichen Herstellung: die Haut.

Der Grund dafür ist die schiere Komplexität der Haut: Sie umfasst nicht nur drei verschiedene Gewebeschichten mit jeweils unterschiedlichen Aufgaben, in ihr sind auch wichtige Organe eingebettet, darunter Haarfollikel, Schweißdrüsen, Nervenenden und Blutgefäße. Weil sich dieses komplette Gebilde nicht nachzüchten ließ, mussten Patienten mit starken Verbrennungen bisher eigene Haut transplantiert bekommen.

Reprogrammierte Zellen aus Ausgangspunkt

Doch das könnte sich künftig ändern. Denn Ryojo Takagi von der Tokyo University of Science in Noda und seine Kollegen haben nun aus Stammzellen erstmals Haut mit allen eingebetteten Organen gezüchtet. Für ihre Studie entnahmen die Forscher Zahnfleischzellen von Mäusen und versetzten diese durch Reprogrammierung wieder in den undifferenzierten Zustand.

Diese induzierten Stammzellen züchteten die Forscher in Kultur, bis Zellklumpen aus verschiedenen Gewebetypen entstanden. Durch Zusatz des Wachstumsfaktors Wnt10b stimulierten sie dabei die Reifung und Differenzierung der Zellen. Diese Gewebeklumpen pflanzten sie anschließend Mäusen mit deaktiviertem Immunsystem unter die Haut, wo sich unter dem Einfluss der natürlichen Zellumgebung unter anderem Hautgewebe bildete.

Die gezüchtete Haut enthält Haarfollikel und produziert daher normal wachsende Haare. © Takashi Tsuji/ RIKEN

Alle Funktionen der normalen Haut

Um zu testen, ob dieses Integument lebensfähig und transplantierbar ist, übertrugen die Forscher Stücke dieser neuen Haut mit jeweils 10 bis 20 Follikeln auf den Rücken adulter Nacktmäuse. Das Ergebnis: Die künstliche Haut wuchs nicht nur problemlos an, es bildeten sich auch Verbindungen zu den Nerven und Blutgefäßen in den umgebenden und tieferen Gewebeschichten der Mäuse.

„Nervenfasern hatten korrekte Verbindungen mit den gezüchteten Haarfollikeln aufgebaut und auch Muskelfasern waren eingewachsen“, so Takagi und seine Kollegen. Dadurch wuchsen den nackten Mäusen schon nach kurzer Zeit aus diesen implantierten Hautstücken schwarze Haare, die sich auf bestimmte Reihe hin wie beim normalen Fell aufstellten.

Zudem zeigten sich auch drei Monate nach der Implantation keine Tumore oder anderen Wucherungen. Und noch ein positives Ergebnis hatten die Experimente: Je nach Dosierung des Wachstumsfaktors Wnt10b konnten die Wissenschaftler beeinflussen, wie viele Haarfollikel in den gezüchteten Hautstücken entstanden.

Hilfe bei Verbrennungen, Narben und Haarausfall

Nach Ansicht der Forscher sind diese Ergebnisse ein wichtiger Fortschritt in der Entwicklung von biotechnologisch erzeugten Integumentsystemen. „Diese Technologie wird neue regenerative Therapien für Patienten mit Verbrennungen, Narben oder Haarausfall möglich machen“, sagen die Wissenschaftler.

Auch für Kosmetiktests ohne Tierversuche sei die auf diese Weise gezüchtete Haut gut geeignet. „Wir kommen dem Traum immer näher, ganze Organe für die Transplantation im Labor züchten zu können“, sagt Seniorautor Takashi Tsuji vom RIKEN Forschungszentrum in Kobe. (Science Advances, 2016; doi: 10.1126/sciadv.1500887)

(RIKEN /AAAS, 04.04.2016 – NPO)