Zecke, Muschel, Salamander: Die Natur produziert die besten Klebstoffe

11. März 2017, 08:00
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Ob von Salamander, Schnecken, Muscheln oder Zecken: Die Natur ist voller Klebstoffe, die biologisch abbaubar sind und medizinisch verwendet werden könnten

Wien – Der nordamerikanische Salamander hat eine recht effektive Art, sich gegenüber Fressfeinden zur Wehr zu setzen. Er schleimt – und macht selbst angriffslustige Schlangen mit einer hochklebrigen Flüssigkeit, die er über die Haut abgibt, binnen kürzester Zeit unschädlich. Welche chemische Zusammensetzung der Schleim hat, weiß man noch nicht. Erwiesen ist nur, dass er auf Papier, Stoffen und Metall aufgetragen in Sekundenschnelle klebt.

Janek von Byern vom Ludwig-Boltzmann-Institut für Experimentelle und Klinische Traumatologie erzählt im Foyer des Naturhistorischen Museums (NHM) in Wien von diesen und anderen Klebstoffen, die man in der Natur vorfindet. Anlass war das Treffen des Europäischen Netzwerks für Bioadhäsion. Von Byern und Norbert Cyran von der Core Facility Cell Imaging and Ultrastructure an der Universität Wien untersuchen derzeit nicht nur die Sekrete der genannten Salamander. Auch neuseeländische Insekten, thailändische Zwergtintenfische aus den Mangrovenflüssen sowie Weinbergschnecken, die vom Wiener Schneckenzüchter Andreas Gugumuck zur Verfügung gestellt werden, sind von großem Interesse.

foto: dörrer
Neuseeländische Larve einer Pilzmückenart (Arachnocampa luminosa). Die Tiere locken die Beute mit einem Leuchtorgan an und fangen sie dann mit den klebrigen Seidenfäden. Die Tropfen sind der Klebstoff, die Seide klebt nicht.

All diesen Tieren gemeinsam ist, dass sie einen natürlichen Klebstoff produzieren, der medizinisch verwendet werden könnte, weil er biologisch abbaubar ist. Man kann das Material "ernten" (von Byern), ohne die Tiere zu töten, und es, sobald man die chemische Zusammensetzung weiß, rekombinant nachbauen.

Giftiger Superkleber

Damit soll langfristig ein Ersatz von gängigen Gewebeklebern möglich sein, deren Bestandteile – der giftige Formaldehyd etwa – sich laut von Byern nicht von industriell hergestellten Sekundenklebern unterscheiden. "Auch in Haarsprays, Sprühpflastern oder Nagellack findet man die gleiche Zusammensetzung", sagt der Wissenschafter. Nur sehr langsam würden Produkte mit Formaldehyd vom Markt verdrängt werden. Sekundenkleber und Zellen vertragen einander aber gar nicht. "Das biologische Material stirbt in Sekundenschnelle ab."

Das Problem: Ein derzeit gängiger biologischer Ersatz, Fibrin, haftet nicht wirklich gut. Jeder kennt diesen körpereigenen Biokleber von der Heilung von Hautkratzern. Die nach der Verletzung entstehende mehr oder minder juckende Wundkruste lässt sich relativ leicht entfernen. Um Fibrin für Operationen mit hohem Blutverlust zu gewinnen, wird Blutserum gespendet. Danach extrahiert man die Inhaltsstoffe Thrombin und Fibrinogen, womit Blutungen reguliert werden können.

Zementartiges Material

Doch in der Unfallchirurgie ist Fibrin nicht für alle Anwendungen geeignet. Sehnen oder Knochensplitter müssen halten. Ein Team um Sylvia Nürnberger von der Med-Uni Wien und von der TU Wien versucht daher in einem vom Wissenschaftsfonds FWF geförderten Projekt dem chemischen Stoff des Zeckenzements zu analysieren.

Diese blutsaugenden Ektoparasiten verwenden ein Dübelsystem mit einer zementartigen, klebrigen Masse, um in der Haut des Wirbeltiers verankert zu bleiben. Sie geben aber auch Enzyme ab, damit das Blut nicht gerinnt und davon hinreichend aufgenommen werden kann. Dadurch entstehen auch die unangenehmen Hautreizungen.

foto: janek von byern
Der amerikanische Salamander wehrt sich gegen Fressfeinde mit einem Sekret.....

Der Dübel bleibt auch, nach dem sich die Zecke wieder losgelöst hat, in der Haut und wird dort ohne Folgen für den Träger abgebaut. Das langfristige Ziel: "Das Material rekombinant im Labor nachbauen und so kombinieren, dass es für kleine Hautverletzungen anwendbar ist oder Schrauben oder Platten ersetzen kann", sagt Nürnberger, die auch am Boltzmann-Institut arbeitet. Auch die Intensivmedizin könnte profitieren. Kanüle, über die Patienten mit Medikamenten versorgt werden, verrutschen im Laufe der Zeit. Eine Befestigung mit einem leicht abbaubaren Biokleber würde da helfen.


foto: von byern
und das sieht dann so aus und ist sehr effizient

Man könnte aber noch einen Schritt weiter denken, wie von Byern meint.

"Wissenschafter züchten zwar schon Nerven im Labor nach, aber das Einsetzen im Körper ist noch schwierig, denn man kann hier nichts antackern oder annähen." Kleben wäre eine willkommene Alternativen. "Wenn man Zähne oder Knochen befestigt, braucht man eher etwas Zementartiges", sagt der Forscher. Das gesuchte Material könnte man wiederum in der Natur finden.

Festkleben an der Umwelt

Besonders effizient verkleben sich Muscheln mit ihrer Umwelt – das geschieht über Fäden, die lange Zeit für die Herstellung von Seide verwendet wurden. "Weshalb auch einige Muschelarten im Mittelmeer ausgestorben sind", ergänzt von Byern.

Der Clou: Wenn Muscheln einmal irgendwo anhaften, dann bleiben sie auch dort "für immer und ewig". Ein zentraler Inhaltsstoff ihres Klebers ist Dopamin,Botenstoff im Belohnungssystem des Gehirns, der eine zentrale Rolle im neurochemischen Schauspiel rund um Glücksgefühle nach Sex und Essen spielt.

Selbst Menschen, die auf Schalentiere allergisch sind, sollten den Klebstoff vertragen, denn sie reagieren nur auf das Chitin negativ. Deshalb würde ein Muschelklebstoff zum Beispiel bei der Wundheilung nach einer Fruchtblasenuntersuchung in der Schwangerschaft helfen. Von Byern: "Man könnte auf diese Öffnung Muschelklebstoff sprühen."

Teures Haftmittel

Ein Haftmittel, das es eigentlich schon gibt, und für die Forschung ideale Bedingungen ermöglicht, weil Zellen darauf ganz hervorragend wachsen. Allerdings: Es ist sehr teuer, der Preis liegt über dem Goldpreis. Das kann sich kaum ein Labor leisten. Südkoreanische Unternehmen halten Patente, Produktionsanlagen stehen unter anderem in den USA.

foto: meduni wien
Niemand mag sie: Die Zecke (hier auf einer Membran) verwendet aber zum Festhalten an Wirbeltieren einen Zement, der vielleicht nachgebaut und zu einem medizinischen Klebstoff umgewandelt werden könnte.

Die Wiener Forscher hoffen, dass der Stoff in großen Mengen in Bioreaktoren ähnlich wie Insulin nachgebaut wird, um vielleicht einmal – eventuell in Verbindung mit Fibrin – zum gesuchten biologischen Klebstoff für medizinische Zwecke zu werden.

Einen hübschen Nebeneffekt von Bioklebern gibt es auch: Dort, wo die Dübelmasse der Zecken war, produziert die Haut neue Zellen. Es entsteht eine Art Regenerationseffekt, weshalb es laut von Byern gar nicht abwegig wäre, silikonähnliche Materialien daraus zu entwickeln– die man in Falten spritzen würde oder sonst irgendwohin, wo man es gerne straffer haben möchte. (Peter Illetschko, 11.3.2017)

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