Zur Navigation Zum Artikel

Wenn Sie sich diesen Artikel vorlesen lassen wollen benutzen Sie den Accesskey + v, zum beenden können Sie den Accesskey + z benutzen.

10. Dezember 2011

Haut aus der Fabrik

Gezüchtetes Gewebe macht manche Tierversuche überflüssig. Nun soll die Maschine auch Ersatzhaut liefern.

  1. Eine Hautprobe wird automatisch zerkleinert Foto: Rafael Kroetz/Fraunhofer

  2. Sie sollen durch Haut aus dem Labor ersetzt werden: Tierversuche Foto: afp

Die Haut trennt und verbindet. Sie schützt den Menschen vor brennenden Sonnenstrahlen oder heißer Suppe. Sie verbindet uns mit der Umwelt: Ihre Tast- und Schmerzrezeptoren sind unabdingbar, um sich im Alltag zu bewegen. "Ganz wichtig ist ihre Barrierefunktion", erklärt Manfred Liebsch, Biologe und Forscher des Bundesinstituts für Risikobewertung in Berlin, "denn die Aufnahme über die Haut ist neben dem Verschlucken die wichtigste Eintrittspforte von Fremdstoffen in unseren Körper." Die Hautbarriere sorgt dafür, dass Keime draußen bleiben und der Cocktail chemischer und biologischer Stoffe aus der Umwelt auf eine erste Abwehrschicht trifft.

Doch diese Umwelt wird immer unberechenbarer. Für die Stoffe, Chemikalien, Kosmetika der Moderne hat die Evolution unsere Schutzhülle nicht entwickelt, dennoch muss sie damit klar kommen, dass sich der Mensch Letztere sogar bewusst auf die Haut schmiert. Um gesundheitlich schädliche Folgen auszuschließen, müssen diese Chemikalien daher harten Sicherheitstests unterzogen werden : Reizen sie die Haut oder das Auge? Sind sie gar ätzend? Durchdringen die Stoffe die Hautschichten und wandeln sich womöglich um? Jeder Kosmetikgrundstoff und jede Industriechemikalie, mit der Arbeiter hantieren, muss sich – oft im Tierversuch – solchen Testprozeduren unterziehen.

Werbung


Doch die werden zunehmend durch Alternativen ersetzt. In der Regel drängen der Staat oder die Europäische Union die Industrie dazu.

Seit 2004 gibt es in Deutschland ein Tierversuchsverbot für Fertigprodukte in der Kosmetikindustrie. 2009 ging die Europäische Union noch einen Schritt weiter: Auch sämtliche Inhaltsstoffe müssen tierversuchsfrei sein.

Da die global agierende chemische Industrie ins Ausland auszuweichen droht, gilt für Kosmetika auch das Tierversuchsverbot für Importstoffe – eine Übergangsfrist reicht bis 2013. Branchenvertreter befürchten schon einen Innovationsstopp bei Kosmetika. Sie wüssten nicht, sagen sie, wie sie ihre Produkte fortan testen könnten.

Hier kommt Manfred Liebsch ins Spiel. Er beschäftigt sich schon zwanzig Jahre mit künstlichen Hautmodellen, die Tierversuche ersetzen sollen. "Künstlich" deshalb, weil Hautzellen von Spendern im Reagenzglas aufgepäppelt und vermehrt werden, bis sie in etwa Briefmarkengröße für die Sicherheitsprüfung Verwendung finden.

"Hautversuche mit Tieren zur Bestimmung reizender und ätzender Eigenschaften von Fremdstoffen sind in Europa komplett von der Bühne verschwunden", sagt Liebsch. Früher schor der Laborant das Kaninchen an den Flanken des Rückens, träufelte die Creme drauf, Pflaster drüber und einwirken lassen. Zusätzlich bekam das arme Tier den Stoff ins Auge. "Auch diese belastende Testung auf Augenreizung am Kaninchen gibt es kaum noch", erklärt der Biologe. Starke Reizungen können komplett im Reagenzglas geprüft werden. Für die umfassende Vorhersage leichter und mittelstarker Augenreizungen fehlen allerdings noch gute tierversuchsfreie Möglichkeiten.

Zwei Firmen teilen sich

große Teile des Markts.

Die Herstellungsprozeduren für die künstliche Haut liegen wie Kochrezepte frei verfügbar im Internet. Die Hautstücke werden in emsiger Handarbeit von fleißigen Laboranten hochgezüchtet. Diese Handarbeit war mitunter ein Problem: Wechselte der Laborant, so hatte auch das Hautmodell eine andere Qualität – undenkbar für sichere und reproduzierbare Test. Mittlerweile sind diese Probleme ausgestanden. Zwei Firmen teilen sich große Teile des Markts. Der Kosmetikgigant L’Oreal und die US-amerikanische Firma Mattek – deren Gründer, zwei Forscher des MIT, der berühmten Hochschule im amerikanischen Cambridge, in den 1980er Jahren erste künstliche Hautmodelle entwickelten. Auch in Japan gibt es nach Auskunft von Liebsch weitere Hersteller, in Deutschland zudem zwei kleinere Anbieter.

Der Markt ist nach Ansicht von Liebsch derzeit ganz gut bedient. Da wundert sich der Biologe, wieso nun ein Konsortium mehrerer Fraunhofer Institute eine Hautfabrik aus dem Boden stampft. Nun, Wettbewerb belebt das Geschäft. Doch Liebsch sieht das Geschäft nicht. Die etablierten Hautmodelle sind weltweit verfügbar und pro Stück ab rund 50 Euro pro Gewebe auch bezahlbar.

Der Vorteil liegt darin, dass Hautproben in großen Stückzahlen und im Prinzip für Routinetests jederzeit reproduzierbar hergestellt werden können, erklärt Heike Walles, Forscherin am Fraunhofer Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik in Stuttgart, wo auch der erste Prototyp der dreigliedrigen Maschine steht. Laboranten, die noch die Pipette schwingen, sind nicht mehr nötig. Alles läuft automatisch mit Computer- und Robotertechnik.

Eingefasst in einen riesigen Plexiglaskasten von der Größe einer halben Autogarage zieht in einem ersten Schritt eine Roboterhand die Hautprobe auseinander, schneidet sie in Schichten durch und isoliert die Zellen aus den verschiedenen Fragmenten. Der Plastikkasten ist extrem steril gehalten. Die Hautproben stammen aus den Vorhäuten von Jungen nach der Beschneidung oder aus dem Abfall von Schönheitsoperationen. Die Spender oder deren Eltern haben zugestimmt.

In einem zweiten Verfahrensschritt kultiviert die Maschine die Zellen. Sie vermehren sich. Anschließend injiziert eine Spritze die Hautzellen in ein dreidimensionales Gel, in dem sie zu einer Schicht wachsen. Im Einschichtmodell wächst nur die oberste Hautschicht, die Epidermis, auf, die beispielsweise einfache Hautreizungstests zulässt.

In komplizierteren Modellen, der sogenannten Vollhaut, werden drei Schichten angelegt. Die äußerste Hautschicht mit den Zellen für die Epidermis, darunter die Zellen für die Lederhaut, unten die Unterhaut. Diese künstliche Haut unterscheidet sich von der natürlich menschlichen vor allem durch das, was fehlt: Keine Farbpigmente, keine Haare, keine Nerven. Das Programm für weitere Forschungsanstrengungen ist damit vorgegeben.

Es fehlt aber noch ein Weiteres: Das Hautmodell – also was hinten aus der Maschine herauskommt – wurde bislang in keinem der zahlreichen internationalen Vergleichstests geprüft. "Obwohl es das Hautmodell schon lange vor der automatischen Produktion gab, haben es die Entwickler nie in einem neutralen Vergleichstest auf Gleichwertigkeit mit den weltweit anerkannten Modellen prüfen lassen", kritisiert Liebsch.

Dazu muss man wissen, dass solche Prüfungen zum Beispiel von der OECD verlangt werden: Man nennt sie "Catch-up Validierung" oder "Me-too Validierung". Das sind Studien, in denen festgestellt wird, ob ein neues Hautmodell die Leistungen in einem Test erbringt wie ein dafür bereits international anerkanntes Hautmodell. "Sie können heute erwarten, dass unabhängig vom Hersteller jedes Auto mit einer Geschwindigkeit von 100 Stundenkilometern bei einer Vollbremsung in maximal 37 bis 43 Metern zum Stand kommt. Auf solche Leistungsstandards haben wir uns international auch für Hautmodelle geeinigt." Das Fraunhofer Institut hielt sich laut Liebsch bei diesen Studien bislang vornehm zurück.

Im kommenden Jahr will das Team um Walles aber genau diese Hürde nehmen. Mit internationalen Beratern streben die Fraunhofer-Forscher eine erste Evaluierung für die künstliche Epidermis an. Dann stünde ein weiteres Hautmodell für tierversuchsfreie Tests zur Verfügung, dessen maschinelle Produktion laut Walles den Markt kostengünstiger und auch schneller versorgen könnte.

Geschwindigkeit spielt nämlich auch bei einer anderen wichtigen Anwendung der reproduzierten Haut eine Rolle, wenngleich dies noch zu den Forschervisionen zählt: der medizinischen Versorgung von großen Hautverletzungen oder Verbrennungen. Die Hautfabrik könnte dann die Eigenspende des Patienten vervielfältigen. Bislang dauert ein gesamter Durchlauf allerdings fünf Wochen. Mediziner brauchen die Haut spätestens nach zwei Wochen, berichtet Walles und setzt sich damit ein ambitioniertes Ziel.

Autor: Martin Schäfer