Spinnenseide als Träger für Knochenersatz

Berlin -

Knochenersatzmaterial aus Spinnenseide zu züchten, klingt abenteuerlich – ist aber durchaus möglich. Im Rahmen eines Forschungsprojekts am Institut für Pathologie und dem Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technik an der Uniklinik RWTH Aachen wird untersucht, wie ein Faden der Seidenspinne im medizinischen Bereich zum Einsatz kommen kann.

Spinnenseide hat besondere biomedizinische Eigenschaften: Sie ist reißfest, elastisch, hitzestabil, und biologisch abbaubar. Implantatinfektionen können durch die antibakterielle Wirkung reduziert werden. Zudem ist die Seide sehr gut verträglich. Mit einer Zugkraft von etwa acht Tonnen ist das Material stark belastbar und robust.

„Trotz vieler Fortschritte im medizinischen Bereich sind Behandlungsmöglichkeiten bei Krankheiten, die mit Knochenschäden einhergehen, oft noch unzureichend. Häufig sind diese durch Eigen- oder Fremdgewebespenden auch nicht kompensierbar. So wird zum Beispiel zur Therapie von umfangreicheren Knochenbrüchen, Osteoporose und Tumoren biologisches Gewebe-Ersatzmaterial benötigt“, erklärt Forscherin Anna Bartz.

Spinnenseide ist sehr robust

Die tropische Seidenspinne kann bis zu 500 Meter Faden pro Spinnvorgang produzieren. Auf eine Art Mini-Webrahmen wird dieser Faden aufgewickelt, bis ein Maschenwerk entsteht. Anschließend wird das gewonnene Material im Autoklaven sterilisiert, dabei werden Temperaturen von bis zu 250 °C problemlos von der Seide toleriert. Im Labor werden Stammzellen, isoliert aus Hüftköpfen, auf ein Medium aufgebracht. Die Spinnenseide-Matrix unterstützt Knochenvorläuferzellen dabei, sich zu stabilisieren und sich zu einem Gewebe zu entwickeln, das implantiert werden kann.

Fischhaut in der Medizin

Parallel zum Spinnenseiden-Projekt erforscht Bartz die Eignung von Fischhaut als Matrix für Lungenendothel. Dieses Projekt gewann vor allem in der Corona-Pandemie an Bedeutung. Der Gewebeersatz bei Lungenerkrankungen könnte Patient:innen mit schweren Covid-Verläufen helfen, wenn das Virus das Lungengewebe stark angegriffen hat.

„Das Coronavirus dringt über die Atemwege und die Lunge in den Körper ein und gelangt über das Blutsystem in alle Organe“, erläutert Bartz und fügt hinzu: „Dies führt häufig zu einer Schädigung des Endothels, das die Zellschicht an der Innenfläche der Blut- und Lymphgefäße umgibt. Die Endothelzellen, die innerste Zellschicht der Blutgefäße, können dann die Organe nicht ausreichend mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgen. Und das führt zu Herz-Kreislauf-Problemen und im schlimmsten Fall zum Organversagen.“

Diabetiker:innen profitieren

Fischhaut im medizinischen Bereich anzuwenden, ist nicht neu. Es gibt Ansätze mit einem Transplantat, das aus Fischhaut gewonnen wird und die Hautzellen offensichtlich besonders dazu anregt, wieder zu wachsen. Sehr gute Behandlungserfolge wurden vom Herz- und Diabeteszentrum NRW erzielt. Mit einer neuartigen Methode auf Basis eines Fischhaut-Transplantats konnte der Verschluss chronischer Wunden von Diabetiker:innen beschleunigt werden.