Spinnenseide ist ein fazinierendes Biomaterial - es ist extrem reißfest, dehnbar und sehr leicht. Weitere Eigenschaften machen es für die Medizin interessant: das Material erweist sich bei Kontakt mit Haut und anderem Körpergewebe als sehr gut verträglich. Spinnenseide besteht aus einem einzigen Seidenprotein - ein Eiweißstoff, den die Spinnen in speziellen Drüsen herstellen. Doch Biotechnologen haben es geschafft, Bakterien zu Zellfabriken für das Spinnenseideprotein umzufunktionieren. Somit steht die Substanz jetzt in großen Mengen zur Verfügung. Die Biotechnologie-Firma AMSilk hat sich auf die Herstellung biotechnischer Seidenproteine spezialisiert. Sie fertigt daraus Textilfasern für Kleider oder Sneaker oder bietet das Seidenprotein als Kosmetik-Zusatzstoff an.

Jetzt hat ein Forscherteam der Universitäten Bayreuth und Erlangen-Nürnberg herausgefunden, dass sich Protein aus Spinnenseide hervorragend für die Regenerative Medizin eignet: mit Trägermaterial aus Spinnenseide lässt sich im Labor biologisches Ersatzgewebe herstellen, mit dem die Regeneration infarktgeschädigter Herzen angekurbelt werden könnte. Das Team berichtet in der Fachzeitschrift „Advanced Functional Materials“.

Trägermaterial für Zellpflaster

In Deutschland sind rund 1,8 Millionen Menschen von einer Herzschwäche betroffen. Die sogenannte Herzinsuffizienz wird oft durch Schädigung der Herzmuskelzellen verursacht. Häufig ist der Grund eine vorangegangene Herzerkrankung wie beispielsweise ein Infarkt. Die Schädigung ist bislang irreversibel. Das bedeutet es gibt auch noch keine Therapie, die das Muskelgewebe heilen könnte. Eine Strategie der Regenerativen Medizin setzt auf Gewebestücke oder "Pflaster" aus Herz- und Gefäßzellen, die in die abgestorbenen Herzregionen integriert werden.

Felix Engel ist Professor an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg und erforscht Nieren- und Kreislauferkrankungen. Er hat nachgewiesen, dass sich die Seide des Indischen Seidenspinners besonders gut als Gerüstmaterial zur Herstellung von Herzgewebe eignet. Bislang konnten die Seidenproteine jedoch nicht in ausreichender Menge und verlässlicher Qualität gewonnen werden.

Spinnenseideprotein als Tinte für den 3D-Drucker

In Kooperation mit der Arbeitsgruppe um Thomas Scheibel vom Lehrstuhl für Biomaterialien an der Universität Bayreuth wurde nach neuen biotechnologischen Lösungen gesucht. „Uns ist es gelungen, ein rekombiniertes Seidenprotein der Gartenkreuzspinne in größeren Mengen und bei gleichbleibender hoher Qualität zu produzieren“, sagt Scheibel. Die biotechnologisch hergestellte Spinnenseide ist für den 3D-Druck als sogenannte Biotinte geeignet. Mit einem dreidimensionalen Druck können gewebeähnliche Strukturen hergestellt werden. Die dabei verwendeten lebenden Zellen von Menschen und Tieren bleiben meist funktionstüchtig.

Zelltypen wachsen auf Spinnenseide

Die beiden Wissenschaftlerinnen Jana Petzold und Tamara Aigner untersuchten nun gemeinsam, wie mit dem künstlich hergestellten Seidenprotein Herzgewebe gebildet werden kann. Dazu brachten sie eine dünne Schicht des Seidenproteins auf einem Glasträger auf. Darüber platzierten sie Bindegewebs-, Muskel- oder Blutgefäßzellen und überprüften ihr Zellwachstum. Besonderes Augenmerk lenkten die Forscherinnen auf die Herzmuskelzellen, deren Wachstum sich mit bestimmten Faktoren gezielt beeinflussen ließ.

Baustoff für Gewebeingenieure

Nach Ansicht der Forscher eignen sich die künstlich produzierten Seidenproteine als Basis für die Herstellung von Herzersatzgewebe. Die ersten Schritte für ein zukünftiges Verfahren wurden nun gemacht. „Funktionierendes Herzgewebe kann sehr bald künstlich hergestellt werden“, äußert sich Scheibel optimistisch. Die Frage sei nun, wann und wie das in der Praxis umgesetzt werden könne.

pg