Technisches menschliches Gewebe spielt in der Medizin eine kleine, aber wachsende Rolle. Engineered Skin kann bei chirurgischen Patienten oder Verbrennungsopfern verwendet werden, Engineered Arteries wurden zur Reparatur von Blutflussstörungen verwendet und sogar bei Patienten, deren Atemwege versagten, wurden ganze Engineered Tracheas implantiert. Mit fortschreitender Wissenschaft hoffen die Forscher, ganze Organe wie Herzen oder Lebern konstruieren zu können.
Tissue Engineering ist jedoch nicht einfach. Dazu muss zunächst ein „Gerüst“ geschaffen werden, auf dem das Gewebe wachsen kann. Das Gerüst wird in der Regel durch einen Prozess namens „Elektrospinnen“ hergestellt, bei dem ein elektrostatisches Feld verwendet wird, um Materialien miteinander zu verbinden. In einigen Fällen kann das Gerüst zusammen mit dem Gewebe implantiert werden und löst sich mit der Zeit im Körper auf. Das Elektrospinnen kann jedoch ein langsamer und kostspieliger Prozess sein, der es schwierig macht, Gewebe in großem Maßstab herzustellen, das für medizinische Forschung und Anwendungen erforderlich ist.
Was wäre, wenn es für die Forscher so einfach wäre, Gerüste herzustellen, wie zum Beispiel Socken zu machen?
"Wir begannen zu überlegen, ob wir uns andere branchenübliche Verfahren für die Herstellung anderer Materialien wie Textilien ansehen könnten", sagt Elizabeth Loboa, Dekanin des College of Engineering der University of Missouri.
Loboa und ihr Team kamen zu dem Schluss, dass Textilien und menschliches Gewebe nicht so unterschiedlich sind, und untersuchten gemeinsam mit Forschern der University of North Carolina und des College of Textiles der North Carolina State University das Gerüstbildungspotenzial traditioneller Textilherstellungsprozesse.
Die Forscher untersuchten drei gängige Textilherstellungsmethoden: Schmelzblasen, Spinnen und Kardieren. Beim Schmelzblasen wird unter Verwendung von Hochdruckluft heißes Polymerharz in eine Bahn aus feinen Fasern geblasen. Spunbonding ist ähnlich, verbraucht aber weniger Wärme. Beim Kardieren werden die Fasern durch Rollen getrennt, wodurch eine Textilbahn entsteht.
Dieses gefärbte Bild zeigt verschiedene Textiltechniken, die zur Herstellung von Gerüsten verwendet werden. (Universität von Missouri) „Dies sind Verfahren, die in der Textilindustrie sehr häufig eingesetzt werden. Sie sind also bereits branchenübliche, kommerziell relevante Herstellungsverfahren“, sagt Loboa.
Das Team verwendete Polymilchsäure, eine Art biologisch abbaubaren Kunststoff, um die Gerüste herzustellen, und besetzte sie mit menschlichen Stammzellen unter Verwendung der verschiedenen Textiltechniken. Dann warteten sie ab, ob sich die Zellen in verschiedene Gewebearten zu differenzieren begannen.
Die Ergebnisse waren vielversprechend. Die Textiltechniken waren effektiver und günstiger als das Elektrospinnen. Das Team schätzte die Kosten für elektrogesponnene Gerüste auf einen Quadratmeter zwischen 2 und 5 US-Dollar, während die gleichgroße Probe, die mit Textiltechniken hergestellt wurde, nur 0, 30 bis 3 US-Dollar kostete. Textiltechniken arbeiten zudem deutlich schneller als das Elektrospinnen.
Die nächste Herausforderung des Teams wird sein, zu sehen, wie die Gerüste in Aktion arbeiten, was Tierstudien beinhalten wird. Die Forscher müssen auch die Fasergröße des textil hergestellten Gerüsts reduzieren, um der extrazellulären Matrix des menschlichen Körpers oder dem Netzwerk von Molekülen, die das Zellwachstum unterstützen, besser zu ähneln. Elektrogesponnene Gerüste produzieren sehr kleine Fasern, was einer der Gründe dafür ist, dass diese Methode so beliebt ist. Die Textilmethoden scheinen größere Fasern zu produzieren.
Loboa hofft, in Zukunft größere Mengen an Gerüsten herstellen zu können, um menschliche Haut, Knochen, Fett und mehr wachsen zu lassen. Diese Gewebe könnten helfen, Gliedmaßen für verwundete Soldaten zu reparieren, sagt Loboa, oder Babys helfen, die ohne bestimmte Körperteile geboren wurden.
„Wir müssen wirklich herausfinden, wie wir diese bei unseren Patienten zum Erfolg führen können“, sagt sie.
