Brustimplantate: Sterile Spinnenseide als Alternative zu Silikon

    22. August 2017, 11:30
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    Spinnenseide ist belastbar, bakteriostatisch und für die Medizin daher besonders interessant, etwa für die Beschichtung von Brustimplantaten. Die Herstellung des Werkstoffs ist allerdings eine Herausforderung

    Spinnenseide ist für die Medizin derzeit ein besonders spannendes Material. Erst kürzlich berichtete die MedUni Wien über Erfolg versprechende Versuche, geschädigte Nerven und Nervengewebe mit den Fäden einer tansanischen Radnetzspinne zu reparieren. Forscher aus Bayreuth und Erlangen konnten Ansätze zeigen, wonach Spinnenseide sich eignen könnte, um Herzgewebe wiederherzustellen. Kürzlich ist es auch gelungen, das Seidenprotein der Gartenkreuzspinne in großer Menge und gleichbleibender Qualität herzustellen.

    Am Thema Tissue Engineering, also Gewebekonstruktion oder -züchtung, werde intensiv gearbeitet, sagt Wolfram-Hubertus Zimmermann vom Deutschen Zentrum für Herzkreislaufforschung (DZHK) an der Universitätsmedizin Göttingen. Es werde mit vielen Materialien geforscht. Die Ergebnisse aus Bayreuth und Erlangen seien ein "sehr früher Ansatz". Neu sei die Herstellung der Seide außerhalb des Spinnenkörpers. Es sei richtig, Spinnenseide in diesem Kontext zu testen. Wie die Entwicklung weitergehe, sei jedoch völlig offen.

    Spinnenseide ist belastbarer als Nylon, Kevlar und alle anderen bekannten Fasermaterialien. Die Idee, sie als Werkstoff zu nutzen, gab es bereits in den 1980er-Jahren. Doch namhafte Chemiekonzerne sind an der Großproduktion gescheitert. "Damals hat jeder gesagt, das schafft man nicht", erinnert sich der Bayreuther Mediziner Thomas Scheibel. Spinnen in großer Schar zu züchten und diese zu melken sei unwirtschaftlich. Zudem nehme die Qualität der Seide von Spinnen in Gefangenschaft ab. Verantwortlich für die mechanischen Eigenschaften von Spinnenseide sind ihre kleinsten Bausteine, die Proteine. Daher genügt es, diese in großer Menge zu produzieren.

    Komplett recycelbar

    Nur ist Protein nicht gleich Protein. Und bei den Proteinen der Spinnenseide gibt es ein gravierendes Problem: Sie sind so aufgebaut, dass ein kleiner Anstoß von außen genügt, damit sie sich zu extrem festen Strukturen zusammenlagern. "Das ist essenziell für den Spinnprozess in der Natur, beim Rühren und Reinigen ist das eher hinderlich", erklärt Scheibel.

    Gemeinsam mit zwei Mitarbeitern aus seiner damaligen Arbeitsgruppe an der Technischen Universität München gründete Scheibel im Jahr 2008 das Start-up-Unternehmen AMSilk. Drei Jahre hat es gedauert, bis sie ein Protein aus der Dragline-Seide der Gartenkreuzspinne in einem 120.000 Liter großen Fermenter herstellen konnten. Dazu mussten die Forscher die Spinnenproteine über "protein engineering" ein wenig verändern und einen besonderen Reinigungs- und Spinnprozess entwickeln. Auf diese Weise entsteht nun ein weißes Garn, das sich äußerlich kaum von anderen Fasermaterialien unterscheidet. Der große Unterschied zu synthetischen Polymeren ist allerdings, dass der biologische Werkstoff komplett recycelbar ist. "In der Natur frisst die Spinne ihre Netze auf", so Scheibel.

    Spinnenseide hat noch eine andere Eigenschaft, die sie für die Medizin so interessant macht: Sie ist steril. "Spinnenseide ist in der Natur deshalb so beständig, weil sie bakteriostatisch ist", erläuterte Scheibel. Ihre Oberfläche ist so aufgebaut, dass sich Bakterien oder Pilze nicht daran festhalten können. Bereits der griechische Philosoph Aristoteles wusste, dass Spinnennetze gute Wundpflaster abgeben.

    Besser verträglich als Silikon

    Die Bayreuther Forscher haben einen Weg gefunden, mit den Seidenproteinen Brustimplantate zu beschichten. Philip Zeplin, Facharzt für Plastische und Ästhetische Chirurgie an der Schlosspark Klinik Ludwigsburg, erklärte: "Silikon wird vom Körper nicht so gut akzeptiert." Werden unbehandelte Silikonpolster eingesetzt, besteht bei gesunden Menschen ein etwa zehnprozentiges Risiko einer sogenannten Kapselfibrose. Der Körper reagiert mit einer Abstoßungsreaktion und verkapselt das Implantat. Bei Brustkrebspatientinnen liegt das Risiko aufgrund der Bestrahlung bei 26 Prozent. Spinnenproteine sind im Körper besser verträglich als Silikon.

    Im Tierversuch hat die Methode alle Voraussetzungen erfüllt. In Kürze beginnen die Tests am Menschen. "Ich bin sehr zuversichtlich, dass sich die Seidenproteine bewähren werden", so Zeplin. Er glaubt, die Methode wird künftig auch für andere Implantate geeignet sein wie etwa Gefäßprothesen, Dialysekatheter oder Herzklappen.

    Lange Haltbarkeit

    Auch die Wirtschaft interessiert sich für die Spinnenseide. So hat zum Beispiel der Sportartikelhersteller Adidas im vergangenen Jahr Scheibels Spinnenseide für sich entdeckt. Bisher gibt es nach Angaben eines Firmensprechers lediglich einen Prototypen eines Schuhs, der aus biologisch abbaubaren Materialien besteht. Man plane ihn aber auf den Markt zu bringen. Doch wie steht es um die Haltbarkeit? "Spinnennetze halten ewig", sagte Scheibel. In alten Gebäuden könne man durchaus 500 Jahre alte Exemplare finden.

    Die goldene Radnetzspinne aus Tansania etwa spinnt so starke Netze, dass die Einheimischen sie zum Fischen verwenden. Ihre Spinnenseide ist reißfester als Nylon, viermal dehnbarer als Stahl, bis 250 Grad Celsius hitzestabil, extrem wasserfest und wirkt auch antibakteriell, so die MedUni Wien. Diese Eigenschaften machen sie für die biomedizinische Forschung so interessant. (APA, 22.8.2017)

    • Wasserfest, dehnbarer als Stahl, hitzestabil und reißfest – Spinnenseide ist ein optimaler Werkstoff.
      foto: dpa/dpaweb

      Wasserfest, dehnbarer als Stahl, hitzestabil und reißfest – Spinnenseide ist ein optimaler Werkstoff.

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