Das 3D-Bioprinting-Projekt für kundenspezifische Haut der Taiyuan University of Technology sucht marktorientierte Finanzierung, der entsprechende Betrag ist nicht offengelegt.

3D-Bioprinting von individuell angepasster Haut: Ein Team der Taiyuan Universität für Technologie strebt nach marktorientierter Finanzierung

Die Haut ist das größte Organ des menschlichen Körpers und zugleich eines der Gewebe, das nach Verletzungen am schwersten vollständig zu regenerieren ist. Patienten mit großflächigen Verbrennungen, chronischen Geschwüren oder diabetischem Fuß leiden nicht nur unter der Notwendigkeit, Wundflächen abzudecken, sondern auch unter langfristigen Folgen wie Narbenkontrakturen, Funktionsstörungen und wiederholten Infektionen nach der Heilung. Die traditionelle autologe Hauttransplantation erfordert die Entnahme von Haut aus dem Spenderbereich des Patienten selbst, was die Größe der Wundfläche vergrößert und gleichzeitig durch die verfügbare Fläche des Spenderbereichs begrenzt ist. Bei Ersatzstoffen aus allogener Haut und azellulärer Matrix lassen sich die Probleme bezüglich Herkunft, Chargenkonsistenz und Abstoßungsreaktionen nicht umgehen. In Taiyuan, der Hauptstadt der Provinz Shanxi, versucht ein Forschungsteam der Taiyuan Universität für Technologie, diesen klinischen Bedarf auf einem anderen Weg zu decken: Es nutzt die Hautzellen des Patienten selbst als Ausgangsmaterial, stellt durch 3D-Bioprinting gewebengineerte Haut her, die genau zur Wundfläche passt, und treibt deren klinische Forschung sowie industrielle Umsetzung voran.

Vom Labor zum Krankenbett: Der technische Weg der individuell angepassten Haut

Der Kern des technischen Ansatzes des Teams der Taiyuan Universität für Technologie liegt in der Kombination der beiden Schritte „Drucken“ und „Kultivieren“. Das Team verwendet biokompatible Hydrogele wie methacryliertes Gelatine (GelMA) als Grundmaterial, kombiniert mit Komponenten wie Chitosan-Oligosaccharid (COS), um eine zusammengesetzte Bio-Tinte zu bilden. Durch 3D-Druckverfahren wie die digitale Lichtverarbeitung (DLP) wird ein Gerüst mit bionischer Lederstruktur hergestellt, an dem Zellen anhaften und wachsen können. Dieser Ansatz wurde in einschlägigen Studien bestätigt: Das Gerüst weist eine Porosität, Quellrate, Abbaurate und mechanische Eigenschaften auf, die denen natürlichen Gewebes ähneln. Darüber hinaus hemmt die Chitosan-Oligosaccharid-Komponente sowohl grampositive als auch gramnegative Bakterien und kann in In-vitro-Experimenten die Expressionslevel von fibroseassoziierten Genen wie Kollagen I und Kollagen III senken.

Im Unterschied zu den auf dem Markt verbreiteten Produkten auf Basis azellulärer Gerüste besteht der entscheidende Unterschied des Teams darin, „Zellen“ in den Prozess einzubeziehen. Aus öffentlichen Patentinformationen geht hervor, dass das Team ein Verfahren zur vollständigen Herstellung von individuell angepasster Haut durch 3D-Bioprinting entwickelt hat. Der Prozess umfasst die dreidimensionale Scan-Modellierung der Wundfläche, die enzymatische Extraktion und Vermehrung von autologen Epidermis- und Dermiszellen aus einer winzigen Hautgewebeprobe, den schichtweisen Druck des zellhaltigen Gerüsts sowie die Transplantation nach der In-vitro-Kultivierung an der Gas-Flüssig-Grenzfläche. Dieser Ansatz führt theoretisch dazu, dass das Endprodukt Gewebe des Patienten selbst ist und kein Fremdmaterial, weshalb es als vielversprechend eingestuft wird, das Risiko von Abstoßungsreaktionen nach der Transplantation zu senken.

Mittlerweile sind die einschlägigen Ergebnisse über die wissenschaftlichen Arbeiten hinausgegangen. Die vom Team hergestellte regenerative Haut wurde in Maus-Transplantationsexperimenten validiert: Eine dreiwöchige Beobachtung und Färbung von Gewebeschnitten zeigte, dass das Material biokompatibel ist und die Wundheilungsgeschwindigkeit sowie das endgültige Heilungsergebnis besser sind als bei der leeren Kontrollgruppe. Laut öffentlichen Berichten arbeitet das Team bereits mit medizinischen Einrichtungen wie dem Taigang Allgemeinkrankenhaus zusammen, um regenerative Haut zur Nachahmung von defekter Patientenhaut herzustellen, indem zellgemischte Bio-Tinte gedruckt und durch Photopolymerisation ausgehärtet wird, die nach der Kultivierung für Transplantationen bei Patienten mit Hautdefekten verwendet wird. Bisher reichen die verfügbaren Informationen jedoch nicht aus, um zu bestätigen, dass die Zulassung für klinische Prüfungen neuer Arzneimittel (IND) erteilt wurde oder das Projekt in die multizentrische registrierte klinische Phase eingetreten ist. Das Tempo der klinischen Fortschritte des Teams muss sich weiterhin an den Registrierungsinformationen orientieren.

Therapiebedarf von 30 Millionen Menschen und Fenster für die nationale Eigenproduktion

Das Ausmaß des Bedarfs an Wundheilung ist die praktische Grundlage für die Industrialisierung dieser Technologie. Aus epidemiologischen Erhebungen, die in einer Zeitschrift der Chinesischen Medizinischen Gesellschaft veröffentlicht wurden, geht hervor, dass in China jährlich etwa 100 Millionen Patienten einer Wundbehandlung bedürfen, darunter etwa 30 Millionen Patienten mit chronischen, schwer heilbaren Wunden an der Körperoberfläche. Die Hauptursache für diese Gruppe hat sich von früheren Traumata zu Erkrankungen wie Diabetes und vaskulären Erkrankungen der unteren Extremitäten verlagert, wobei die Heilungsrate weniger als 70 % beträgt. Dem steht eine einseitige und knappe Versorgung gegenüber: Laut Branchenstatistiken betrug der Marktumfang für gewebengineerte Hautersatzstoffe in China im Jahr 2022 etwa 3,559 Milliarden Yuan, was einem Anstieg von 8,24 % gegenüber dem Vorjahr entspricht. Die inländische Produktion belief sich in diesem Jahr auf etwa 11,5778 Millionen Quadratmeter, der scheinbare Verbrauch auf etwa 19,6202 Millionen Quadratmeter, sodass eine deutliche Versorgungslücke besteht. Nach Berechnungen auf Basis der von Jiaofa Herui Biotech veröffentlichten Daten beträgt der Preis für allogene zellbasierte gewebengineerte Hautprodukte in China etwa 203,81 Yuan pro Quadratzentimeter, während der Preis für technische Dienstleistungen auf Basis der Kultivierung und Transplantation von autologen Zellen etwa 18,35 Yuan pro Quadratzentimeter beträgt. Der Unterschied im Preisniveau schafft einen realisierbaren Spielraum für die Verbreitung der Technologie.

Dieser Markt ist keineswegs leer. Auf dem internationalen Markt nehmen Unternehmen wie Integra und Smith & Nephew einen hohen Marktanteil im Bereich hochwertiger gewebengineerter Haut ein. Auf dem chinesischen Markt gibt es einheimische Unternehmen wie Guanhao Biotech, Shanghai Songli und Lando Biotech, deren Produkte hauptsächlich aus zellfreien biologischen Gerüsten wie azellulärer Dermis und elektrogesponnenen Gerüsten bestehen. Auf politischer Ebene ist die regenerative Medizin in die unterstützenden Richtungen des nationalen „14. Fünfjahresplans“ für die Bioökonomie aufgenommen worden, und für Produkte der Zell- und Gentherapie stehen politische Instrumente wie ein prioritärer Prüfpfad zur Verfügung. Der Kern des branchenweiten Wettbewerbs liegt jedoch in der Anhäufung klinischer Beweise: Ob ein Produkt aus aktivem Gewebe in den klinischen Pfad aufgenommen werden kann, hängt davon ab, ob seine Sicherheit, Wirksamkeit und Herstellungskonsistenz die Prüfung durch großtechnische und standardisierte Verfahren bestehen.

Die Positionierung des Teams der Taiyuan Universität für Technologie besteht daher nicht darin, lediglich ein Verbandsmaterial zu verkaufen, sondern zu versuchen, „Geräte, Bio-Tinte, Zellverfahren und Wundmodellierung“ zu einem technischen Dienstleistungskonzept für Krankenhäuser zu integrieren. Seine Zielnutzer sind in erster Linie Krankenhäuser der Stufe 3 mit großen Abteilungen für Verbrennungen und Wundheilung sowie regionale medizinische Zentren, die Patienten mit chronischen Wunden wie diabetischem Fuß und Druckgeschwüren behandeln. Mittel- und langfristig wird sich das Anwendungsfeld voraussichtlich auf Bereiche wie plastische Rekonstruktion und Modelle für transdermale Arzneimitteltests erstrecken, sobald die Fähigkeit zur standardisierten Herstellung aufgebaut ist.

Patentakkumulation und Fortschritte bei der Umsetzung: Der nächste Schritt von der Technologie zum Unternehmen

Der technische Fortschritt und der Hintergrund des Teams sind derzeit der solideste Teil dieses Ansatzes. Der Teamleiter Sang Shengbo ist Vizepräsident, Professor und Doktorvater an der Taiyuan Universität für Technologie. Er forscht langfristig an interdisziplinären Themen im Bereich der Mikro-Nano-Biosensorik und Messtechnik sowie der künstlichen Intelligenz in der Biomedizin. Seine Forschungsrichtung deckt explizit Schlüsseltechnologien wie 3D-gedrucktes regeneratives Hautgewebe und die Konfiguration von Geräten für den 3D-Bioprinter ab. Sein Team hat in diesem Bereich ein systematisches Patentportfolio aufgebaut. Eines der veröffentlichten Erfindungspatente betrifft eine vollständig individuell angepasste Haut aus 3D-Bioprinting und deren Herstellungsverfahren, wobei die Taiyuan Universität für Technologie der Patentinhaber ist. Aus öffentlichen Informationen geht hervor, dass das betreffende Team 2 US-Patente und 32 inländische Erfindungspatente erhalten hat.

Die Umsetzungsmaßnahmen haben ebenfalls bereits begonnen. Die Taiyuan Universität für Technologie hat die hundertprozentige Tochtergesellschaft Taiyuan University of Technology Technology Transfer Co., Ltd. gegründet, die als exklusive Plattform für die Umsetzung von Forschungsergebnissen der Universität fungiert. Im Rahmen des Projekts „Klinische Forschung und Umsetzungsanwendung von abstoßungsfreier regenerativer Haut“ hat sie bereits Kontakt zu marktorientierten Investmentfonds aufgenommen, um das Forschungsteam bei der Ausarbeitung der technischen Vorteile, klinischen Fortschritte und kommerziellen Umsetzungswege zu unterstützen und eine Kommunikationsbrücke zwischen dem Forschungsteam und dem marktwirtschaftlichen Kapital zu schlagen. Diese Maßnahme zeigt, dass das Projekt von einem internen Forschungsergebnis der Universität zur industriellen Umsetzung und marktorientierten Finanzierung übergeht.

Die vor uns liegenden Herausforderungen sind jedoch ebenfalls konkret. Erstens die Regulierung: Produkte aus gewebengineerter Haut mit lebenden Zellkomponenten unterliegen in China einem langen Prüf- und Aufbauzyklus des Qualitätssystems, wobei die Anforderungen an klinische Beweise weit höher sind als bei herkömmlichen medizinischen Verbandsmaterialien. Zweitens die Großserienproduktion: Die Herkunft aus autologen Zellen bedeutet eine Herstellungslogik von „eine Person, eine Charge“. Wie man die Kosten und den Zyklus kontrollieren und gleichzeitig die Chargenkonsistenz gewährleisten kann, ist eine unumgängliche Hürde für die Kommerzialisierung. Drittens die industrielle Übernahme: Bisher gibt es keine bestätigten Angaben zu einem Unternehmen für die industrielle Umsetzung oder Details zu dieser Finanzierungsrunde in öffentlichen Quellen. Ob das Team die Patenterlaubnis und die nachfolgende Finanzierung in einem geeigneten Unternehmensaufbau übernehmen kann, wirkt sich direkt auf die Effizienz der Umsetzung aus.

Für die nächste Phase plant das Team, die Einnahmen aus der Finanzierung in die Vertiefung der klinischen Forschung, die standardisierte Massenproduktion von Bioprintgeräten und Bio-Tinte sowie den Aufbau von technischen Dienstleistungszentren an Krankenhäusern zu investieren. In diesem Nischenmarkt für die Behandlung von Hautdefekten mit stabilem Bedarf und unzureichender inländischer Versorgung hängt es davon ab, ob 3D-Bioprinting von individuell angepasster Haut von einer Labortechnologie zu einem replizierbaren klinischen Konzept heranwachsen kann, ob es die technischen Vorteile „autolog, passgenau und regenerierbar“ in eine stabile Herstellungsfähigkeit, eindeutige klinische Beweise und eine Produktform umwandeln kann, die in den Beschaffungsprozess von Krankenhäusern aufgenommen werden kann.