(Wien, 17-12-2025) In Kooperation mit der MedUni Wien haben Forschende der TU Wien im Rahmen einer aktuellen Übersichtsarbeit untersucht, wie sich 3D-Bioprinting gezielt zur Herstellung komplexer Hautmodelle einsetzen lässt. Die Studie zeigt, dass sich durch den Einsatz geeigneter Biomaterialien und präziser Drucktechnologien mehrschichtige Hautstrukturen erzeugen lassen, in die auch Immunzellen integriert werden können – ein entscheidender Schritt, um die Erforschung chronisch entzündlicher Hauterkrankungen wie Psoriasis voranzutreiben. Die Forschungsarbeit ist aktuell im Fachmagazin „Advanced Healthcare Materials“ erschienen.
Etwa ein Viertel der europäischen Bevölkerung leidet an einer chronisch-entzündlichen Hauterkrankung wie Psoriasis, Ekzem oder Akne. Die Entwicklung neuer Therapien für diese Erkrankungen ist oft schwierig. Tierversuche liefern – abgesehen von ethischen Bedenken – häufig keine verlässlichen Ergebnisse, da sich die Haut von Tieren sowohl in ihrer Anatomie als auch in ihrer Immunantwort stark von der menschlichen Haut unterscheidet. Daher werden sogenannte in vitro-Modelle benötigt, um Hauterkrankungen unter Laborbedingungen zu untersuchen. Eine große Herausforderung auf dem Weg zu diesem Ziel besteht darin, dass solche Modelle immunkompetent sein müssen, d. h. alle notwendigen Immunzellen enthalten müssen, um die Situation in der realen Haut nachzuahmen. Im Rahmen der jüngsten Zusammenarbeit zwischen der TU Wien und der Medizinischen Universität Wien wurde untersucht, wie das 3D-Bioprinting-Verfahren mit Biomaterialien diese Lücke schließen könnte. Diese Arbeit wird in einem kürzlich veröffentlichten Übersichtsartikel im Fachmagazin Advanced Healthcare Materials vorgestellt.
Auf der Suche nach dem richtigen in vitro-Hautmodell
„In der Vergangenheit wurden verschiedene Methoden angewendet, um Proben zu erstellen, die der menschlichen Haut ähneln“, sagt Georg Stary von der Universitätsklinik für Dermatologie der Medizinischen Universität Wien, Mitautor der Studie. „Eine Möglichkeit besteht darin, Bindegewebszellen in eine Kollagenlösung einzubetten und zu kultivieren. Allerdings lässt sich dabei die räumliche Struktur nur schwer kontrollieren und die resultierende Zellschicht ist nicht sehr stabil. Außerdem es ist schwierig, Immunzellen oder Blutgefäße in das Konstrukt zu integrieren, die für chronische Entzündungsprozesse von entscheidender Bedeutung sind.“
Eine andere Option stellt die sogenannte Self-Assembly-Methode dar: Dabei werden Bindegewebszellen gemeinsam mit großen Mengen Vitamin C kultiviert, was sie dazu anregt, ihre eigene extrazelluläre Matrix aufzubauen, die strukturelle Unterstützung bietet. „Dieser Prozess ist jedoch aufwändig“, sagt Stary. „Außerdem mangelt es ihm an Reproduzierbarkeit – jedes Exemplar entwickelt sich anders, und wir haben wenig Kontrolle über die Struktur, die sich bildet.“
Haut aus dem Drucker
„Genau diese Probleme kann das 3D-Bioprinting helfen zu lösen“, erklärt Studienleiter Aleksandr Ovsianikov, Leiter der Forschungsgruppe 3D Printing and Biofabrication am Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie der TU Wien. „Das dreidimensionale Gewebe wird Schicht für Schicht aus lebenden Zellen und sorgfältig ausgewählten Materialien automatisiert und nach einem computergestützten Entwurf aufgebaut.“ Zellen und Hydrogele werden zu einer viskosen „Bio-Tinte“ kombiniert, die dann in Strängen oder winzigen Tröpfchen aufgetragen wird – ähnlich wie Tinte aus einem herkömmlichen Tintenstrahldrucker. An der TU Wien hat sich gezeigt, dass die Wahl des Hydrogels und der Zelltypen entscheidend für den Erfolg des Modells ist. Je nach Verwendungszweck sind speziell entwickelte Bio-Tinten erforderlich.
Maßgeschneiderte Strukturen für unterschiedliche Zwecke
Mit Hilfe der an der TU Wien etablierten 3D-Bioprinting-Technologien können Hautmodelle auf kontrollierte und hochgradig reproduzierbare Weise hergestellt werden, wodurch verschiedene Krankheiten untersucht werden können. „Wir haben Psoriasis-Modelle entwickelt, die T-Zellen enthalten, also die Immunzellen, die die bei Psoriasis auftretende chronische Entzündung auslösen“, sagt Studien-Erstautorin Andrea Ulloa-Fernández (Forschungsgruppe 3D Printing and Biofabrication, Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie, TU Wien). „Mit diesen Modellen können wir untersuchen, wie das Gewebe auf bestimmte Medikamente reagiert.“ Mit Hilfe des 3D-Druckverfahrens wurden auch Entzündungsmodelle hergestellt, um entzündungshemmende Substanzen zu testen. Sogar Strukturen mit Blutgefäßen können erzeugt werden – beispielsweise um Gefäßschäden bei Diabetes zu untersuchen.
„Mit unserer Methode können wir die Architektur des 3D-Modells und die Verteilung der extrazellulären Matrix, in der sich die Zellen anlagern und vermehren, präzise definieren“, sagt Ulloa-Fernández. „Dadurch haben wir im Vergleich zu bisherigen Techniken eine völlig neue Kontrolle über das Endergebnis. Wir hoffen, dass unsere künstlichen Hautmodelle dazu beitragen werden, die Forschung zu einer Vielzahl von Hautkrankheiten einen bedeutenden Schritt voranzutreiben.“
Publikation: Advanced Healthcare Materials
Advances in Bioprinting to Model Immune-Mediated Skin Diseases.
Andrea Ulloa-Fernández, Marica Markovic, Julia Fernández-Pérez, Georg Stary, Aleksandr Ovsianikov.
DOI: 10.1002/adhm.202503806
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202503806