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17.09.2020

Mit Biotech-Spinnenseide gegen Biofilme

Bayreuther Forscher haben neue Materialien aus biotechnologisch hergestellter Spinnenseide entwickelt, die krankmachende Mikroben von Oberflächen fernhalten und damit Infektionen verhindern und gleichzeitig die Heilung fördern.

Spinnennetz in Makroaufnahme
Nach dem Vorbild der Natur haben Forscher Spinnenseide biotechnologisch im Labor hergestellt.
Quelle: 
Pixabay

Biofilme sind ideale Lebensräume für Mikroorganismen. Bevorzugt an Oberflächen zu sogenannten wässrigen Systemen bilden sie im Laufe der Zeit eine glitschige, meist unsichtbare Schicht, der nur schwer beizukommen ist. Nicht nur hinderlich, sondern auch gefährlich sind Biofilme auf Medizinprodukten wie Prothesen und Implantaten. Diese bakterielle Schleimschicht stellt ein großes Infektionsrisiko dar. Das Problem: Biofilme sind oft gegen Antibiotika und Antimykotika resistent. Damit können Bakterien und Pilze in das angrenzende Gewebe leichter eindringen, Infektionen auslösen und damit den Heilungsprozess behindern.

Nanomaterialien aus Spinnenseidenproteinen

Ein Team unter Leitung des Bayreuther Biochemikers Thomas Scheibel hat nun Biomaterialien entwickelt, die eine Ansiedlung von Mikroben von vornherein verhindern und sogar multiresistente Keime abwehren. Wie im Fachjournal „Materials Today“ berichtet, besteht das neue Material aus biotechnologisch hergestellten Proteinen der Spinnenseide. In den Bayreuther Laboren wurden diese gezielt mit verschiedenen Nanostrukturen ausgestattet, um sie für medizinische Anwendungen zu nutzen.

Mikrobenabweisende Folien, Beschichtungen und Hydrogele

Die Nanomaterialien mit Spinnenseideproteinen können demnach nicht nur Infektionen verhindern. Sie fördern auch den Heilungsprozess, indem sie die Anhaftung und Vermehrung menschlicher Zellen auf ihren Oberflächen fördern. Als Wundabdeckung, Hautersatz oder Implantat können sie zur Regeneration von beschädigtem oder gar fehlendem Gewebe beitragen. Getestet wurde die mikrobenabweisende Funktion an hauchdünnen Folien und Beschichtungen sowie an Hydrogelen mit der 3D-Struktur, die als Gerüst für neu wachsendes Gewebe verwendet werden kann.

Quelle: 
Gregor Lang

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen zeigen den Unterschied: Auf Oberflächen von Polycaprolacton bildet sich ein Biofilm (links). Spinnenseide lässt die Entstehung eines Biofilms nicht zu (rechts).

Nanostruktur schützt Biotech-Spinnenseide vor Mikroben

Darüber hinaus liefern die Wissenschaftler weitere Erkenntnisse, die für künftige Forschungen wegweisend sind. „Die mikrobenabweisenden Eigenschaften der von uns entwickelten Biomaterialien basieren nicht auf toxischen, also nicht auf zelltötenden Wirkungen. Entscheidend sind vielmehr Strukturen im Nanometerbereich, welche die Spinnenseidenoberflächen mikrobenabweisend machen. Krankheitserregern ist es dadurch unmöglich, sich auf diesen Oberflächen festzusetzen“, so Scheibel, der an der Universität Bayreuth den Lehrstuhl für Biomaterialien innehat.

Biomaterialien für Medizin und Technik

Bekannt ist, dass Spinnenseide von Natur aus nicht nur extrem belastbar, sondern auch gegen mikrobiellen Befall resistent ist. Die Forscher sind überzeugt, dass Biofilme auf medizinischen Instrumenten, Sportgeräten, Kontaktlinsen, Prothesen und weiteren Alltagsgegenständen damit der Vergangenheit angehören und mikrobiell-resistente Beschichtungen für eine Vielzahl biomedizinischer und technischer Anwendungen in greifbare Nähe rücken.

Die Arbeit wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert. An der Studie waren auch Wissenschaftler der Universität des Saarlandes und der Justus-Liebig-Universität Gießen beteiligt.

bb

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