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Wissen & Umwelt

Hoffnung für kranke Herzen: Spinnenseide für Implantate

Spinnennetze können einiges: sie sind steril und belastbar. Medizinisch gesehen ein Volltreffer. Zukünftig können vielleicht ganze Herzen aus ihnen gedruckt werden.

Ein aufgeschlagenes Knie, Kinn oder Ellenbogen – das kennt jedes Kind. Die Eltern trösten und kleben ein Pflaster auf die Wunde. Der griechische Philosoph Aristoteles hat dagegen geraten, Spinnnetze auf Wunden zu legen. "Spinnenseide ist in der Natur deshalb so interessant, weil sie bakteriostatisch ist," sagt der Professor für Biomaterialien, Thomas Scheibel von der Universität Bayreuth.

Gemeinsam mit Kollegen der Universität Erlangen forscht er an der Herstellung von Herzimplantaten aus Seidenproteinen. In einer Veröffentlichung in der Fachzeitschrift "Advanced Functional Materials" zeigten sie jetzt, dass sich künstlich produzierte Spinnenseide aus dem Labor für die Produktion von Herzgewebe eignet.

Spinnenseide ist sehr stabil

Neben der Sterilität haben Spinnennetze noch eine andere Eigenschaft, die sie für die Medizin interessant macht: Spinnenseide ist sechs Mal stärker als hochwertiger Stahl. Nur die Zähne von Napfschnecken sind noch stärker als die Seide von Darwins Rindenspinne. Damit sind Spinnennetze belastbarer als Kevlar, Nylon und alle anderen bekannten Fasermaterialien.

Schon seit den 1980er Jahren will die Pharmaindustrie deshalb Spinnenseide als Werkstoff nutzen. Gescheitert ist sie aber bislang an der Herstellung. Laut Scheibel von der Universität Bayreuth habe die Spinnenzüchtung damals als unwirtschaftlich gegolten. Zudem liefer Spinnen in Gefangenschaft nur eine geringere Seidenqualität.

Spinnennetz aus künstlicher Spinnenseide

Implantante aus künstlicher Spinnenseide eignen sich gut für den 3-D-Druck.

Für die mechanischen Eigenschaften von Spinnenseide sind die darin enthaltenen Proteine verantwortlich. Deshalb reicht es, diese in großen Mengen zu produzieren. Dabei gab es lange Zeit ein Problem: Bereits durch einen kleinen Stoß von außen lagern sich die Proteine zusammen. "Das ist essenziell für die Spinnprozess in der Natur", erklärt Scheibel. "Beim Rühren und Reinigen ist das eher hinderlich".

Der Professor veränderte mittels "Protein engineering" die Proteine aus der Dragline-Seide der Gartenkreuzspinne und entwickelte einen besonderen Reinigungs- und Spinnprozess. Im Gegensatz zu synthetischen Polymeren ist der biologische Werkstoff komplett recycelbar. "In der Natur frisst die Spinne ihre Netze auf", sagt Scheibel. Ansonsten halten Spinnennetze bis zu 500 Jahren. "Spinnennetze halten ewig," sagt Scheibel.

Außerdem ist Spinnenseide ein gutes Material für 3-D-Drucke. Sie eignen sich als Biotinte, mit der gewebeähnliche Strukturen gedruckt werden können. Die dabei verwendeten lebenden Zellen von Menschen oder Tieren bleiben in der Regel funktionstüchtig. Deshalb haben sich die Materialwissenschaftler und die Experten für experimentelle Nieren- und Kreislaufforschung der Universität Erlangen zusammengetan.

Sie wollen jetzt 3-D-Strukturen in-vivo in Tierversuchen unter die Haut pflanzen, sagte Professor Felix Engel von der Universität Erlangen der Deutschen Welle. "Das ist der Plan für die nächsten vier Jahre. Nochmal darauf in vier Jahren wollen wir dann Herzgewebe-Transplantationen aus Spinnenproteinen in Tiere einpflanzen." Vorausgesetzt die Forscher bekommen Gelder dafür.

Tierversuche bei Brustimplantaten waren erfolgreich

Eine Anwendung die bereits in Tierversuchen funktioniert hat, ist die Beschichtung von Brustimplantaten aus Silikon mit Seidenproteinen. Philip Zeplin, Facharzt für Plastische Chirurgie an der Schlosspark Klinik Ludwigsburg sagt: "Silikon wird vom Körper nicht so gut akzeptiert." Bei rund zehn Prozent der Patienten reagiert der Körper mit Abstoßungsreaktionen, bei Brustkrebspatientinnen sind es sogar 26 Prozent. Seidenproteine sind für den Körper verträglicher. Zukünftig, glaubt Zeplin, könne die Methode auch für Implantate wie Gefäßprothesen, Dialysekatheter oder Herzklappen eingesetzt werden.

 

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