Biohybrides Hauttransplantat: Ein fluoreszierendes Fenster zur internen Gesundheitsüberwachung

Biohybrides Hauttransplantat: Ein fluoreszierendes Fenster zur internen Gesundheitsüberwachung

Tragbare Gesundheitsgeräte wie Smartwatches sind mittlerweile alltäglich und ermöglichen die kontinuierliche Überwachung physiologischer Signale an der Hautoberfläche. Kürzlich hat ein Forschungsteam in Japan einen biohybriden Ansatz entwickelt, der im Inneren des Körpers funktioniert und die künstliche Haut in einen sichtbaren Indikator für innere biologische Zustände verwandelt.

Eine gemeinsame Forschungsgruppe unter der Leitung der Tokyo City University und der University of Tokyo hat in Zusammenarbeit mit RIKEN und Canon Medical Systems Co. eine vorgestellt lebende Sensoranzeige: ein künstliches Hauttransplantat, das als Reaktion auf bestimmte Biomarker, wie z. B. eine Entzündung, fluoresziert. Gemeldet in NaturkommunikationDas System nutzt die natürliche Hautregeneration des Körpers, um die Langzeitüberwachung von Biomarkern zu unterstützen, eine visuelle Anzeige ohne Blutentnahme nach der Implantation zu ermöglichen und eine intuitive Beurteilung durch Beobachtung zu ermöglichen.

Mehr als oberflächlich

Die Überwachung interner Biomarker – Proteine, die auf Entzündungen, Stress oder Krankheiten hinweisen – beruht typischerweise auf Blutentnahmen oder extern angebrachten Sensoren, die nur für begrenzte Zeiträume funktionieren.

„Konventionelle Ansätze sind oft invasiv oder liefern nur Momentaufnahmen der Zeit“, sagte der angesehene Professor Hiroyuki Fujita von der Tokyo City University (emeritierter Professor der Universität Tokio). „Unser Ziel war es, ein biologisch integriertes System zu erforschen, das eine kontinuierliche Wahrnehmung und intuitive Interpretation auch zu Hause ermöglicht.“

Um dies zu erreichen, verwendeten die Forscher epidermale Stammzellen, die die Haut auf natürliche Weise ein Leben lang pflegen und erneuern. Indem das Team diese Zellen gentechnisch so veränderte, dass sie auf Entzündungssignale reagieren – genauer gesagt auf die Aktivierung des NF-κB-Signalwegs –, erzeugte es Hautgewebe, das als Reaktion auf entzündungsbedingte Signale verstärkt grün fluoreszierendes Protein (EGFP) exprimiert.

Wenn der Sensor ein Teil des Körpers ist

Bei der Transplantation auf Mäuse verpflanzte sich die manipulierte Haut und integrierte sich funktionell in das Wirtsgewebe. Bei der Auslösung einer Entzündung emittierte der transplantierte Bereich grüne Fluoreszenz und wandelte interne molekulare Signale in ein externes optisches Signal um.

Da der Sensor aus lebenden epidermalen Stammzellen besteht, wird er durch den natürlichen Zellstoffwechsel der Haut aufrechterhalten.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Geräten, die Stromquellen oder einen regelmäßigen Austausch benötigen, wird dieses System vom Körper selbst biologisch aufrechterhalten. In unseren Experimenten blieb die Funktionalität des Sensors über 200 Tage lang erhalten, da die manipulierten Stammzellen die Epidermis kontinuierlich regenerierten.“

Professor Shoji Takeuchi, Universität Tokio

Auf dem Weg zu einer sichtbaren, langfristigen Biomarkerüberwachung

Diese Studie demonstriert einen Machbarkeitsnachweis für eine langfristige, biologisch integrierte Sensorik ohne Batterien, Verkabelung oder aktive Benutzerbedienung. Obwohl sich diese Arbeit auf die Signalübertragung von Entzündungen konzentrierte, ist die zugrunde liegende Strategie anpassungsfähig. Durch Modifizierung der molekularen Ziele könnten ähnlich konstruierte Hautkonstrukte entwickelt werden, die auf andere physiologische oder metabolische Signale reagieren.

Die Forscher weisen darauf hin, dass diese Technologie über die menschliche Gesundheitsversorgung hinaus Anwendung finden könnte, darunter auch in der Tierforschung und Veterinärmedizin, wo visuelle Indikatoren des Gesundheitszustands die Früherkennung von Krankheiten bei Tieren unterstützen können, die nicht in der Lage sind, Symptome zu kommunizieren.

Obwohl sich diese Arbeit noch in einem frühen präklinischen Stadium befindet, bietet sie einen biologisch fundierten Ansatz für die Verknüpfung lebender Gewebe mit Sensorfunktionen und verwischt die Grenze zwischen biologischen Systemen und technischen Geräten.

Quellen: