Wissenschaft trifft Anwendung: Wie 3D-Hautmodelle die Dermatologie verändern

Die Entwicklung humaner 3D-Vollhautmodelle stellt einen Fortschritt in der dermatologischen Forschung dar. Unter der Leitung von Prof. Dr. med. Jens Malte Baron, Leiter des interdisziplinären Zentrums für Lasermedizin an der Uniklinik RWTH Aachen, wurden Modelle etabliert, die der menschlichen Haut in Morphologie und Funktion außerordentlich nahekommen. Damit leisten sie nicht nur einen Beitrag zur Einhaltung der EU-Richtlinien zum Ersatz von Tierversuchen (3R-Prinzip: Replace, Reduce, Refine), sondern ermöglichen zudem präzisere in vitro-Analysen komplexer kutaner Prozesse. Die Bedeutung dieses Ansatzes wurde 2023 gewürdigt: Baron erhielt den onkoderm-Wissenschaftspreis.

3D-Hautmodelle: Von der Petrischale zur Praxis

Im typischen 3D-Vollhautmodell liegen menschliche Fibroblasten in einer Kollagenmatrix (Dermis) mit darüber aufwachsender Keratinozyten-Epidermis. Durch Kultivierung an der Luft-Medium-Grenze bildet sich ein funktionsfähiges Stratum corneum. So reproduzieren die Modelle Barrierebildung, Homöostase und Zellkontakte realitätsnah – ideale Voraussetzungen für pharmakologische Tests und Wundheilungsanalysen.

Pathomechanismen von Psoriasis und atopischer Dermatitis verstehen

Atopische Dermatitis (AD) und Psoriasis vulgaris (PV) sind komplexe Entzündungserkrankungen. 3D-Hautmodelle erlauben, krankheitsspezifische Mechanismen nachzubilden: In AD-Modellen zeigte sich, dass IL-31 die Filaggrin-Expression unterdrückt und die Barrierefunktion stört. In PV-Modellen fungieren dagegen IL-17A und IL-36 als zentrale Verstärker der Entzündung.

Neue Substanzen testen, Wirkmechanismen verstehen

Ein großer Vorteil der Modelle ist die standardisierte Vergleichbarkeit experimenteller Therapien. So lassen sich topische vs. systemische Behandlungen direkt gegenüberstellen. Ceramidhaltige Pflegecremes führten im 3D-Modell der atopischen Dermatitis beispielsweise zu schnellerer Barriere-Regeneration als klassische Emollienzien. Durch das Hinzufügen weiterer Zelltypen (z.B. Makrophagen, Endothelzellen) können künftig noch komplexere Krankheitsbilder noch besser simuliert werden.

Ästhetische Dermatologie: Lasersysteme im realistischen Test

Auch ästhetische Verfahren wurden validiert: Ablative Laser (CO₂, Er:YAG) induzieren proinflammatorische Reaktionen und fördern die Kollagenbildung, weshalb sie sich besonders zur Behandlung atropher Narben eignen. Nicht-ablativen Laser wirken hingegen entzündungshemmend und sind bei hypertrophen Narben vorteilhaft. Besonders interessant war die Kombinationstherapie: In vitro zeigte die gleichzeitige Anwendung eines ablativen CO₂- oder Er:YAG Lasers und intradermaler Hyaluronsäure synergistische Effekte auf Zellproliferation und -migration – wichtige Hinweise für optimierte Behandlungsprotokolle.

Mikroneedling und Radiofrequenz: Synergie für die Hautregeneration

Ein minimal-invasiver Ansatz ist das Mikroneedling. Durch Mikroverletzungen mit feinen Nadeln wird die Wundheilung stimuliert. Die Genexpressionsanalyse im 3D-Hautmodell verdeutlicht dies: Nach Mikroneedling regenerierte die Epidermis in vitro innerhalb von fünf Tagen nahezu vollständig, während Barriere- und Differenzierungsmarker stark anstiegen und entzündliche Zytokine zurückgingen. Schmitt et al. folgern, dass Mikroneedling die Kollagensynthese ankurbelt und die Epidermisdifferenzierung fördert.

Moderne Geräte kombinieren Mikroneedling mit Radiofrequenz (RF): Mikronadeln dringen in definierter Tiefe ein und geben parallel Wärme ab. So kann die Dermis auf ca. 65–70 °C erhitzt werden, ohne die Epidermis zu schädigen, was die Kollagenbildung zusätzlich verstärkt. Prof. Dr. Baron wird zu diesem und anderen spannenden, aktuellen und klinisch relevanten Themen auf dem Kongress „Haut am Limit 2025“ neuste Forschung vorstellen.

Modell der Zukunft

3D-Hautmodelle erweitern das Forschungsspektrum in der Dermatologie. Sie ermöglichen Wirkmechanismen von bereits etablierten Behandlungen und deren Kombination zu verstehen und neuen klinische Studien besser zu planen. Neuartige 3D Hautmodelle sind so robust, dass selbst minimal-invasive Techniken wie Mikroneedling und RF-Mikroneedling mit ihnen untersucht werden können– ein Aspekt, der auch auf dem kommenden Kongress „Spektrum Hautgesundheit 2025: Haut am Limit“ weiter im Fokus stehen wird.

Literaturübersicht:

Schmitt L, Marquardt Y, Amann P, Heise R, Huth L, Wagner-Schiffler S, Huth S, Baron JM. Comprehensive molecular characterization of microneedling therapy in a human three-dimensional skin model, DOI: 10.1371/journal.pone.0204318

Marquardt, Y., Amann, P. M., & Baron, J. M. (2020). Einsatzmöglichkeiten von 3D-Hautmodellen. Deutsches Ärzteblatt Online, DOI: 10.3238/PersDerma.2020.06.12.05.