Wissenschaftlern ist es inzwischen schon gelungen, eine ganze Reihe von Geweben und Organen im Labor zu züchten, darunter Miniaturversionen von Herzen, Nieren oder sogar dem Gehirn. Doch die menschliche Haut bereitet bisher größere Schwierigkeiten – vor allem wegen ihrer großen Komplexität. Sie umfasst drei verschiedene Gewebeschichten mit jeweils ganz unterschiedlichen Aufgaben und Zellbestandteilen. Zudem sind in ihr auch Haarfollikel, Schweißdrüsen, Nervenenden und Blutgefäße eingebettet. Im Embryo bilden sich diese Zellen und Gewebeschichten teilweise aus unterschiedlichen Vorgängerzellen, was die Zucht im Labor erschwert. Dennoch ist es einem Forscherteam im Jahr 2016 erstmals gelungen, eine komplette Haut samt Haaren aus den Stammzellen von Mäusen zu erzeugen. Der Beleg, dass dies auch mit menschlichen Stammzellen und damit menschlicher Haut funktioniert, stand jedoch noch aus.
Von Stammzellen zum geschichteten Haut-Organoid
Jetzt liefern Jiyoon Lee von der Harvard Medical School in Boston und seine Kollegen diesen Beweis. Sie haben nahezu vollständige menschliche Haut mitsamt Haarfollikeln, Talgdrüsen und Nervenzellen aus Stammzellen gezüchtet und erfolgreich auf Mäuse transplantiert. “Dies ist die erste Studie, die zeigt, dass auch menschliche Haare aus Stammzellen in einer Petrischale gezüchtet werden können – dies ist seit Jahrzehnten ein Ziel der Hautbiologen”, erklärt Lees Kollege Karl Koehler. Ausgangspunkt des Experiments waren embryonale menschliche Stammzellen, die noch die Fähigkeit besitzen, sich in nahezu alle Zelltypen des Körpers zu entwickeln – sie sind pluripotent. Diese Stammzellen setzten die Forscher in einer spezielle Nährlösung, der sie nacheinander verschiedene Wachstumsfaktoren zusetzten. Zunächst kamen Botenstoffe hinzu, die die Differenzierung der Stammzellen in die Epidermis und ihre Zelltypen anstießen, dann folgten Wachstumsfaktoren, die die Entwicklung der Lederhaut (Dermis) und ihrer Strukturen förderten.
Nach etwa 70 Tagen war aus der Zellkultur ein rundlicher Klumpen herangewachsen, der bereits aus der Oberhaut, der Dermis und dem Unterhautfettgewebe bestand. Im Laufe der folgenden Wochen entwickelten sich dann in diesem Organoid erste Haarfollikel, aus denen Haar sprossen. “Wenn die Haarfollikel wachsen, ragen die Haarwurzeln zunächst strahlenförmig nach außen aus dem Organoid heraus”, erklärt Koehler. “Das sieht bizarr aus, fast ein wenig wie eine Tiefsee-Kreatur mit Tentakeln.” Im weiteren Verlauf der Reihung entwickelten diese Haarfollikel auch Pigmente und ordneten sich in einem relativ regelmäßigen Abstand voneinander an. Parallel dazu differenzierten sich einige Stammzellen zu Nerven- und Sinneszellen aus. “Ab den Tag 125 wuchsen diese neuronalen Fortsätze bis zum Epithel und wanden sich um die Haarfollikel, ähnlich den noch unreifen Nervenenden eines menschlichen Fötus mit 18 Wochen”, berichten die Forscher. Gentests ergaben, dass auch die Genaktivität der verschiedenen Zellen in diesen Hautorganoiden der der fötalen Haut ähnelte.
