Klinischer Forschungsschwerpunkt

Eine neue Haut aus der Petrischale

Ersatzhaut aus der Petrischale, die bei Verbrennungen und Hautstörungen transplantiert werden kann: An diesem Ziel arbeiten Forschende der Universität Zürich mit viel Erfolg. Einsatzfähige Transplantate durchlaufen bereits erste klinische Studien. «Skin Grafts for Zurich» ist einer der elf Klinischen Forschungsschwerpunkte der Universität Zürich. UZH News stellt diese in loser Folge vor.

Stefan Stöcklin

Unter Beobachtung: Zellbiologe Ernst Reichmann prüft den Hautersatz. (Bild: Marc Latzel)

Es war ein langer Weg, den die Forscherinnen und Forscher zurücklegen mussten. Genau gesagt beschäftigt sich Ernst Reichmann, wissenschaftlicher Leiter des Klinischen Forschungsschwerpunktes «Novel tissue engineered skin grafts for Zurich», seit 14 Jahren mit dem künstlichen Hautersatz für Kinder. Doch nun sind die Früchte ungezählter Arbeitsstunden in Griffweite: Am Universitäts-Kinderspital Zürich haben Martin Meuli, Direktor der Klinik für Kinderchirurgie, und Clemens Schiestl, Leiter des Zentrums für brandverletzte Kinder, Plastische und Rekonstruktive Chirurgie, mit ihren Teams die künstliche Haut vor kurzem bei Kindern nach Verbrennungen im Rahmen erster klinischer Studien angewendet.

Noch laufen die Untersuchungen mit den kleinen Patienten, aber Ernst Reichmann kennt die ersten Zwischenergebnisse und ist zuversichtlich: «Es sieht ziemlich gut aus», sagt der Zellbiologe. Weitergehende Forschungsarbeiten weisen darüber hinaus den Weg, wie sich die künstlichen Hauttransplantate für weitere Anwendungen modifizieren lassen.

Der Bedarf an künstlicher Haut ist riesig

Die Transplantate sind dringend nötig. Jedes Jahr verbrennen sich weltweit Millionen von Menschen schwer. Bei tiefen Verbrennungen dritten Grades wird die Haut derart schwer geschädigt, dass sie sich nicht mehr aus der eigenen Substanz regenerieren kann. Die Ärzte müssen dann Haut von anderen, nicht beeinträchtigten Körperstellen transplantieren, mit der Folge, dass sie dort fehlt.

Gerade bei Kindern stossen diese Verfahren schnell an Grenzen. Allfällig verfügbare Hautareale sind oft klein, die Gefahr unschöner Narben gross. Im Labor hergestellter Hautersatz kann diese Probleme massgeblich entschärfen und wäre ein Segen für Betroffene und Ärzte.

Allein – die Umsetzung ist alles anderes als einfach. Die menschliche Haut ist ein komplexes Organ verschiedener Zelltypen, durchwachsen von Blut- und Lymphgefässen sowie von Nervenzellen und durchsetzt von Haarfollikeln und Schweissdrüsen. Als Leiter der Tissue Biology Research Unit arbeitet der Zellbiologe Reichmann mit seinem Team an der komplexen Aufgabe, dieses Organ nachzubauen. «Für die Rekonstitution verwenden wir ein Grundgerüst auf der Basis von Kollagen und kombinieren es mit verschiedenen Hautzellen, darunter auch adulte Stammzellen», sagt Ernst Reichmann.

Mehrschichtiger Zellteppich

Während die Herstellung des Grundgerüsts aus einem Kollagen-Hydrogel relativ einfach ist, erforderte der Einbau von Patientengewebe viel Entwicklungsarbeit. Nach Jahren der Forschung etablierten die Gewebsspezialisten dazu folgendes Verfahren: Sie entnehmen den Patienten in einer Biopsie Zellen der Oberhaut (Keratinozyten) und Unterhaut (Fibroblasten) und verpflanzen sie in und auf die Kollagenstruktur.

Der Hautersatz besteht aus einem Kollagen-Grundgerüst, in dem Unterhaut- und auf dem Oberhautzellen wachsen. (Bild: zVg)

Im Brutschrank vermehrt sich das Gewebe zu einem mehrschichtigen Zellteppich und bildet den Hautersatz. «Da er aus körpereigenen Hautzellen gezüchtet wurde, wird er vom Immunsystem des Patienten nicht abgestossen», erläutert Reichmann. Der Hautersatz aus der Tissue Biology Research Unit ist ein Meilenstein und konnte letztes Jahr erstmals bei jungen Patienten nach Verbrennungen transplantiert werden.

Für Ernst Reichmann und die am klinischen Forschungsschwerpunkt beteiligten Forschenden ist der entwickelte Hautersatz bereits ein weltweit einzigartiges und vielversprechendes Transplantat. Noch ist diese Ersatzhaut im Vergleich zu natürlicher Haut aber relativ einfach aufgebaut. Ihr fehlen Gefässzellen (Endothelzellen) und Pigmentzellen (Melanozyten) sowie Nervenzellen.

Zur Zeit arbeitet Reichmann mit seinem Team daran, auch diese Zelltypen
einwachsen zu lassen, um natürliche Haut möglichst naturgetreu nachzubilden.
Dabei erzielten die Forschenden letztes Jahr spektakuläre Erfolge mit  Blut- und Lymphkapillaren, die sich in der Ersatzhaut bildeten. «Dies würde das Einwachsen
der Haut bei unseren Patienten noch beschleunigen», sagt Reichmann. Die Zellbiologen arbeiten deshalb mit Hochdruck daran, auch diese Produkte bald in klinischen Studien testen zu können.

Spektakulär: Im Kollagengerüst (türkis) der neuen Haut lassen die Forscher Kapillargefässe (rot) entstehen. (Bild: zVg)

Ein weiteres Forschungsfeld betrifft Pigmentzellen, damit sich der Hautersatz möglichst homogen in die umgebende Haut einfügen kann. Ein derartiges Präparat wäre auch zur Behandlung der Weissfleckenkrankheit (Vitiligo), von grossflächigen Muttermalen oder nach der Entfernung grosser Narben willkommen.

Vom Labor in die Klinik

Die Entwicklung eines möglichst naturidentischen Hautersatzes ist aufwendig, weil gleichzeitig grundsätzliche biologische Fragen und ihre Umsetzung erforscht werden müssen. «Das translationale Projekt befindet sich an der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und Klinik und muss höchste Qualitätskriterien erfüllen», stellt Ernst Reichmann fest.

Die Ansprüche sind auch deshalb so hoch, weil im Reagenzglas gezüchtetes Gewebe absolut sicher sein muss, bevor es Patienten transplantiert werden darf. Es braucht komplexe Untersuchungen, Tierstudien und Bewilligungen der Behörden. Erst danach kann die aufwendige Produktion in Reinräumen und eine Serie erster klinischer Versuchsphasen gestartet werden. Da es sich um Neuland handelt, sind alle Schritte aufwendig. Folge davon sind Entwicklungskosten, die sich auf hohe zweistellige Millionenbeträge summieren. «Was wir hier tun, können sich sonst nur grosse Pharmafirmen leisten», sagt Ernst Reichmann.

Entsprechend wichtig ist die Unterstützung durch das UZH-Programm der klinischen Forschungsschwerpunkte. Zusätzlich werden die Arbeiten von Stiftungen und Forschungsförderungsinstitutionen der Schweiz und der EU getragen.

Das Projekt steht an einem entscheidenden Punkt: Wenn die Hautersatz-Transplantate in den klinischen Studien ihre Erwartungen erfüllen, und danach
sieht es aus, dann dürfte das Projekt in den kommenden Jahren massiv ausgeweitet werden und an Bedeutung gewinnen. Aussenstehende Beobachter haben «Skin Grafts for Zurich» bereits als einen Leuchtturm bezeichnet, der noch weit strahlen kann. Und von dem alle profitieren werden – an erster Stelle die Patientinnen und Patienten.  

Tissue Engineering Der klinische Forschungsschwerpunkt «Novel tissue engineered skin grafts for Zurich»verbindet Grundlagenforschung und Klinik im Bereich des Tissue Engineering und der Regenerativen Medizin. Ziel ist die Entwicklung eines autologen (patienteneigenen) Hautersatzes auf der Basis verschiedener Hautzellen (Fibroblasten, Keratinozyten, Endothelzellen, Melanozyten). Dazu werden einerseits neue Techniken zur Isolierung und Züchtung von Hautstammzellen entwickelt, darunter die Bildung von Blut- und Lymphgefässen sowie von pigmentiertem Gewebe. Andererseits werden die entwickelten Hautersatz-Präparate in klinischen Studien der Phase l und ll am Universitäts-Kinderspital Zürich sowie in Kliniken in Amsterdam und Berlin an Patientinnen und Patienten getestet. «Novel tissue engineered skin grafts for Zurich» ist einer von elf Klinischen Forschungsschwerpunktender Medizinischen Fakultät, mit der strategisch wichtige Bereiche gefördert werden.

Stefan Stöcklin, Redaktor UZH News und UZH Journal

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