Hautersatz: Gegenwart und Zukunft
Großflächige Defekte der Haut etwa durch Verbrennungen erfordern einen großflächigen Hautersatz. Die ständige Verbesserung von innovativen Methoden der Hautexpansion sowie des Hautersatzes machen es möglich, dass heute Brandverletzte mit mehr als 80 Prozent verbrannter Körperoberfläche überleben.
Von Lars-Peter Kamolz und Cornelia Kasper*
Sowohl bei großflächigen Verbrennungen dritten Grades als auch bei anderen großflächigen Hautdefekten hat sich gezeigt, dass ansprechende funktionelle und kosmetische Ergebnisse nicht durch konservative Maßnahmen, sondern nur durch chirurgische Verfahren erzielt werden können.
In der Vergangenheit wurden tiefe Verbrennungswunden (Grad 2b, Grad 3) routinemäßig mit autologen Vollhautoder gemeshten beziehungsweise ungemeshten Spalthauttransplantaten direkt im Anschluss an eine Nekrosektomie gedeckt.
Hauttransplantate werden nach der Stärke ihres anhängigen dermalen Anteiles entweder in Spalt- oder Vollhauttransplantate eingeteilt. Wird die Haut mit komplett erhaltener Dermis abgenommen, spricht man von Vollhaut. Eine „typische“ Spalthaut ist dünner und beinhaltet lediglich Teile der Dermis. Die in den tieferen dermalen Schichten lokalisierten Hautanhangsgebilde verbleiben am Ort der Abnahme und stellen die Ressourcen, die zur Abheilung des Entnahmedefektes notwendig sind, zur Verfügung.
Standardmethoden
a) Autologe Vollhauttransplantate
Besonders bei der Deckung verbrannter Areale an Gesicht, Händen und im Bereich der großen Gelenke erweist sich das Vollhauttransplantat als funktional und kosmetisch beste Wahl, da durch die kräftigte dermale Komponente einer exzessiven Narbenbildung mit konsekutiver Schrumpfung vorgebeugt wird. Limitierend für den Einsatz von Vollhauttransplantaten ist jedoch der Umstand, dass die Entnahmestellen der Vollhauttransplantate immer primär verschlossen werden müssen und somit zumeist nur kleinere Transplantate zur Verfügung stehen.
b) Kombinierte Rekonstruktion
Bei der kombinierten Rekonstruktion mittels Spalthaut und dermaler Matrix hängt das Rekonstruktionsergebnis der Haut entscheidend von der Qualität der dermalen Komponente ab. Bei vollschichtigen Hautdefekten in funktionell wichtigen Regionen (zum Beispiel Hände) kommt häufig die kombinierte einzeitige Hautrekonstruktion mittels Spalthaut (häufig ungemesht) und dermaler Matrix zum Einsatz. Hierfür kommen derzeit vor allem zwei Matrices in Frage (Matriderm® und Integra®) in Frage.
c) Autologe Maschen-Spalthauttransplantate (Mesh-Graft)
Beim Gitter-Spalthauttransplantat wird durch eine spezielle Anordnung von parallelen Messern auf einer Walze in Kombination mit einer entsprechenden Schablone eine definierte maschenartige Perforation in unterschiedlichem Maßstab erzeugt, die zu einer relativen Flächenvermehrung des Transplantates führt. Spalthauttransplantate kommen besonders dort zum Tragen, wo große verbrannte Flächen nur noch mit einem Rest an verbliebener gesunder Haut gedeckt werden können. Vorzugsweise wählt man ein Expansions-Verhältnis von 1:1,5 bis 1:3. Bei größeren Expansionsverhältnissen ist das Meek-Graft dem Mesh-Graft aber hinsichtlich Einheilung und Expansion überlegen.
d) Meek-Technik
1958 beschrieb Meek ein Dermatom, mit welchem man die gewonnene Spalthaut in kleine, gleich große quadratische Inseln schneiden kann. In den 1990er Jahren kam es zu einer Modifikation dieser Methode in Verbindung mit einer leicht zu handhabenden Transplantationsmethode, die es in einem Schritt ermöglichte, die Spalthaut nicht nur zu schneiden, sondern auch nach Auftragen auf einen Korkund Seideträger in Verhältnissen bis 1:9 zu expandieren und zu transplantieren. Diese etwas einfacher anzuwendende Methode ist wegen der mathematisch günstigen Ausnutzung des Vergrößerungsfaktors mittlerweile in vielen Verbrennungszentren etabliert und wird bei sehr großflächigen Verbrennungen dem Mesh-Graft vorgezogen.
Alternative Methoden
Der Einsatz der chirurgischen Standardmethoden hängt ab von der Verfügbarkeit einer genügend großen Fläche ungeschädigter Haut als Spenderareal für Transplantate. Um diese Limitierung zu umgehen, konzentrierte sich das Bemühen in den letzten Jahren auf die Suche nach Alternativmethoden, damit auch Patienten, bei denen mehr als 70 Prozent der Körperoberfläche verbrannt sind, eine Überlebenschance haben.
a) Allogene Transplantate
Stehen nicht genügend Spenderareale zur Verfügung, können vorübergehend allogene Transplantate als temporärer Hautersatz eingesetzt werden. Eine weitere Verbreitung fanden die allogenen Transplantate bei der Anwendung der so genannten Sandwich-Technik, bei der weit gemeshte autologe Transplantate mit weniger weit gemeshten Allotransplantaten überdeckt werden.
b) Xenogene Transplantate
Seit Mitte der 1950er Jahre wird vor allem in China Schweinehaut sehr oft zur passageren Deckung großer Wundflächen verwendet. Nach der Transplantation findet das Xenograft zunächst nutritiven Anschluss an das basale Wundbett. Die Dermis wird zwar anfänglich revaskularisiert, aber dann meist rasch im Verlauf aufgelöst und durch Kollagenstrukturen ersetzt. Besonders in Ländern, in denen aus ethischen Gründen keine allogenen Transplantate eingesetzt werden, ist die temporäre Wundabdeckung durch Xenotransplantate noch heute ein wichtiges Verfahren.
c) Zellkultur und Tissue Engineering
Die chirurgischen Standardmethoden haben bei großflächig verbrannten Personen hinsichtlich ihrer Effektivität ihre Grenzen, da die verbliebenen unverbrannten Resthaut-Ressourcen als Spenderareale je nach Ausmaß auf ein Minimum reduziert sind. Die Entwicklung und Verbesserung von neuen Kultivierungsmethoden sowie die Einführung von transplantier- und resorbierbaren Biomaterialien mithilfe des sogenannten Tissue Engineerings ermöglichen einen potenziellen Ausweg aus dem Dilemma. Zielsetzung ist hier die in vitro-Generierung von Geweben, welche in der Lage sind, spezifische Gewebeverluste permanent mit vergleichbarer biomechanischer-biochemischer Qualität zu ersetzen.
Speziell die Epidermis war das erste Organ beziehungsweise die erste biologische Struktur, die erfolgreich in vitro gezüchtet und in vivo transplantiert werden konnte. Diese Erfolge haben es insbesondere während der letzten 30 Jahre ermöglicht, auch Patienten mit Verbrennungen von mehr als 80 Prozent der Körperoberfläche erfolgreich zu behandeln. Mittlerweile sind kultivierte autologe und allogene Zelltransplantate kommerziell zu erwerben.
Kultivierter Hautersatz
Obwohl es eine große Anzahl an kommerziell erhältlichen kultivierten Hautkonstrukten gibt, haben sich in der Verbrennungsmedizin vornehmlich drei Techniken durchgesetzt.
a) Kultivierte autologe Epidermis
Die Transplantation eines kultivierten epidermalen Häutchens aus autologen Keratinozyten (CEA – Cultured Epidermal Autografts) war der erste erfolgreiche klinische Einsatz einer gezüchteten Organkomponente. Applizierte kultivierte Epidermis-Transplantate bestehen in der Regel aus drei bis fünf Zell-Lagen. Allerdings sind die Transplantate sehr fragil. Ein weiteres Problem besteht im Fehlen der dermalen Komponente bei Verbrennungen dritten Grades. Um diesem Problem zu begegnen, wurde in den vergangenen Jahren die Entwicklung von dermalen Analogen unterschiedlichster Zusammensetzung vorangetriebenund diese bereits klinisch mit Erfolg eingesetzt.
b) Zell-Suspensionen
Bereits 1895 konnte von Mangold erstmalig erfolgreich in autologem Wundserum suspendierte, abgeschabte Keratinozyten transplantieren. Dennoch konnte sich diese Technik initial nicht durchsetzen, da es an einer geeigneten Trägersubstanz mangelte. Der Einsatz von allogenen Keratinozyten-Suspensionen zielt vor allem auf die Ausnutzung der parakrin sezernierenden Aktivität der Zellen. In Arealen mit dem Verbrennungsgrad 2a bis 2b kann so die Re-Epithelisierung aus den verbliebenen Hautanhangsgebilden stimuliert und die Zeit bis zur Abheilung verkürzt werden. Gleiches gilt für Spalthautentnahme-Areale, wo diese Einsatzmöglichkeit der allogenen Zellen eine schnellere Wiederverfügbarkeit der Spenderareale sicherstellen soll.
c) Kultivierte Zellen
Die Kombination von kultivierten autologen Keratinozyten auf alloplastischen oder gemischt synthetisch-biologischen Trägern mit verschiedenen alloplastischen Materialien als dermale Regenerationsmatrizes ist von verschiedenen Gruppen untersucht worden. 1989 stellten Yannas und Burke ein Hautäquivalent durch Zentrifugation primär trypsinierter Keratinozyten und Fibroblasten in eine Kollagen-Glykosaminoglykan-Matrix (C‑GAG) her, welche nach Transplantation auf Meerschweinchen komplett einheilte. In den letzten Jahren kam hierfür auch zunehmend die Kollagen-Elastin-Matrix (Matriderm®) zum Einsatz.
Synthetische Materialien
Neben biologischen Materialien kommen aber immer mehr auch rein synthetische Materialien zum Einsatz. Im Fokus der Entwicklung und Anwendung stehen Materialien, die auch Bestandteil der extrazellulären Matrix sind (zum Beispiel Kollagen, Hyaluronsäure und ihre Derivate). Darüber hinaus kommen auch verschiedene Polymere/Polymerkomposite (unter anderem Polycaprolacton PCL, Polyurethan PU, Silikone, Polymilchsäureverbindungen PLA/PGLA) sowie „natürliche“ Materialien wie Seidenproteine und Bakterienzellulose zum Einsatz, die technisch und/oder rekombinant hergestellt werden.
Synthetische Ersatzmaterialien sollten möglichst die Funktionen der natürlichen ECM nachbilden. Dazu gehören unter anderem die Beeinflussung der Zellproliferation, Zellmigration und Zelldifferenzierung. Bei der Entwicklung und Herstellung von synthetischen Biomaterialien sollten folgende Faktoren berücksichtigt werden: Zusammensetzung und Eignung (Biokompatibilität), Biodegradation in vitro und in vivo, Herstellung und Formung sowie Verfügbarkeit, Batch-to-Batch Variabilität, Herstellung unter physiologischen Bedingungen (zum Beispiel Temperatur, pH) und einfache Verarbeitung und Anwendung in der Klinik. Die Materialien sollten weiterhin auch der Haut möglichst ähnliche physiologische Eigenschaften wie Elastizität beziehungsweise biomechanische Stabilität aufweisen und eine 3D-Struktur für die Geweberegeneration bereitstellen.
Gängige Herstellungsmethoden
Gängige Verfahren zur Herstellung von Biomaterialien sind Gefriertrocknung, Salt Leaching, Gas Foaming und Elektrospinning. Die Gefriertrocknung (Lyophillisation) ist eine schonende Technik, um sensible Wertstoffe (wie beispielsweise Proteine) zu trocknen und kann effektiv zur Herstellung wie zum Beispiel von Kollagenmatten eingesetzt werden. Es entsteht eine poröse 3D-Struktur, die entweder mit körpereigenen Zellen besiedelt werden kann oder das Einwachsen körpereigener Zellen aus dem umgebenden Gewebe und ECM ermöglicht.
Salt Leaching und Gas Foaming sind Techniken, bei denen Salzkristalle oder Gas (zum Beispiel CO2) gezielt in die Materialmischung eingebracht und später herausgelöst werden. So entstehen poröse 3D-Membranen. Beim Elektrospinning können natürliche (zum Beispiel Kollagen) oder synthetische Polymerlösungen (zum Beispiel PCL) in einem elektrischen Feld zu sehr dünnen Fasern (Nano- bis Mikrometer) gesponnen werden. Diese Fasern (zum Beispiel Polymer, Kollagen) können auch als Bündel sowie als Matten verarbeitet werden.
Literatur bei den Verfassern
*) Univ. Prof. Dr. Lars-Peter Kamolz MSc,
Klinische Abteilung für Plastische, Ästhetische und Rekonstruktive Chirurgie,
Universitätsklinik für Chirurgie/Medizinische Universität Graz;
Tel.: 0316/385 14685; E‑Mail: lars.kamolz@medunigraz.at;
Univ. Prof. Dr. Cornelia Kasper,
Department für Biotechnologie/Universität für Bodenkultur Wien
© Österreichische Ärztezeitung Nr. 19 /10.10.2012