Spinnen für die Wundheilung

Forscher der RWTH entwickeln ein Pflaster aus Spinnenseide

(PresseBox) (Aachen, ) Die Spinne spinnt viel und äußerst robust. Im Verhältnis zum Durchmesser ihrer Fäden ist ein Spinnennetz fünf Mal stärker als Stahl: "Ein Faden mit zwei Zentimetern Durchmesser könnte ein komplettes Flugzeug ziehen", beschreibt Dipl.-Biochemiker Artem Davidenko vom DWI an der RWTH Aachen die Belastbarkeit. Davidenko arbeitet seit drei Jahren an einem Projekt zur effektiven Nutzung der Spinnenseide. Neben der Mechanik des Materials interessieren ihn und die Projektleiter Prof. Dr.rer.nat. Doris Klee, Prorektorin für Personal und wissenschaftlichen Nachwuchs, und Univ.-Prof. Dr.rer.nat. Martin Möller, Institutsleiter des DWI, vor allem seine Förderung der Wundheilung. Schon die Römer legten Seide auf eine Wunde, damit konnte die Heildauer auf wenige Tage verkürzt werden.

Spinnenseide besteht aus Proteinen und diese üblicherweise aus 20 Bausteinen, den so genannten Aminosäuren. Die Aminosäurenketten sind unter anderem die Grundlage für Enzyme. Diese Proteine steuern den größten Teil biochemischer Reaktionen - von der Verdauung über die Muskelbewegung bis zu Reparaturprozessen in der Zelle. Die Aminosäurenketten sind außerdem Bestandteile von Antikörpern und Hormonen. Eine besondere Klasse von Proteinen sind Strukturproteine, die dank ihrer langgestreckten Form beim Aufbau von Zellen und Geweben helfen. Davidenko veranschaulicht: "Sie sind zum Beispiel die Keratinfibrillen in Haaren, das Aktin in Muskeln oder das Kollagen in Hautzellen."

Kannibalismus erschwert biotechnische Produktion

"Es gibt weltweit an die 40.000 Spinnenarten, aber es ist mühsam, eine kommerzielle Seidenproduktion auf natürliche Weise zu betreiben. Das liegt vor allem am Kannibalismus der meisten Spinnenarten, denn das Weibchen frisst das Männchen nach der Begattung manchmal auf", erläutert der Wissenschaftler. Aus diesem Grund müssen die Strukturproteine der Spinnenseide künstlich hergestellt werden. An der RWTH konzentriert man sich auf einen Bestandteil der Seide. Die Spinne ist in der Lage, sieben Seidenarten für unterschiedliche Anwendungsbereiche zu produzieren: vom Kokon außen bis hin zum Klebstoff innen. "Gerade die Proteine, die sich am Ende des Netzes befinden, sind besonders interessant für unser Projekt", sagt Davidenko. Das Traggerüst ist nicht klebrig, wesentlich fester als der Innenteil und zeichnet sich durch eine hohe Stabilität und Elastizität aus. Es kann sich gut dehnen, ohne dabei zu reißen.

Spinnenseidenproteine lassen sich enzymatisch abbauen. Dies ist eine ideale Voraussetzung, um solche Proteine als Wundabdeckung zu verwenden. Für die biotechnische Produktion der Spinnenseide müssen die Gene zunächst modifiziert und die Proteine vereinheitlicht werden. Die angepassten Gene werden dann in Wirtsbakterien eingesetzt. Daraufhin synthetisiert das Bakterium das Protein. "Die besondere Herausforderung besteht darin, die Bakterien nicht zur überfordern, denn ihre Kapazität beschränkt sich auf etwa 5.000 DNA-Basen, die das genetische Material für die Proteinsynthese darstellen. Wird diese Grenze überschritten, könnte es unter Umständen zu Fehlern kommen", betont Davidenko. Einsetzbar ist das Protein dann, wenn es in der Wunde "zerfällt". Hierbei helfen die körpereigenen Enzyme. Untersuchungen zur Löslichkeit, Abbaubarkeit und Freisetzung der Spinnenseidenproteine zeigten vielversprechende Ergebnisse: Die natürliche Wundflüssigkeit kann die erzeugten Proteine zerlegen und die Wundheilung wird gefördert. Die Wissenschaftler des DWI entwickeln nun ein Pflaster, an dessen Hautauflage die Spinnenseidenproteine angebracht werden sollen.

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