Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bausteine für Innovationen in der Biomedizin: rekombinante Spinnenseidenproteine

20.09.2010
Spinnenseide gilt in den Materialwissenschaften als eines der faszinierendsten Naturprodukte. Eiweißmoleküle, aus denen sich Spinnenseide zusammensetzt, können heute mithilfe gentechisch veränderter Organismen biotechnologisch hergestellt werden.

Mögliche Anwendungen dieser biotechnologisch produzierten Proteine – sie werden als "rekombinante Proteine" bezeichnet – sind ein Forschungsschwerpunkt von Prof. Dr. Thomas Scheibel, der an der Universität Bayreuth den Lehrstuhl für Biomaterialien innehat. Die Titelgeschichte der jüngsten Ausgabe von "Macromolecular Bioscience" berichtet über neuere Ergebnisse seiner Forschergruppe.

Seidenpartikel für den Transport medizinischer Wirkstoffe

Partikel aus Spinnenseidenproteinen sind in hervorragender Weise dafür geeignet, Wirkstoffe auf schonende und effektive Weise langanhaltend in einem Organismus freizusetzen. Entscheidend ist dabei der Wirkstoffbeladungs- und Freisetzungsprozess der Partikel, den das Forschungsteam um Scheibel im Labormaßstab analysieren konnte: Zunächst lagern sich die Wirkstoffmoleküle an der Oberfläche eines Seidenpartikels an. Anschließend diffundieren sie in das Innere des Partikels. Sobald die Proteinpartikel mit Körperflüssigkeiten in Kontakt kommen, werden die Wirkstoffmoleküle von der Oberfläche aus langsam und kontinuierlich wieder an die Umgebung abgegeben.

Es bietet sich an, diesen Prozess für die Wirkstoffformulierung zu nutzen. Denn biologisch abbaubare Kapseln aus Spinnenseide können gewährleisten, dass dem Blutkreislauf eine definierte Dosis eines Wirkstoffs zugeführt wird – stetig und über einen längeren Zeitraum hinweg. Die Seidenpartikel selbst werden innerhalb weniger Wochen vom Organismus biologisch abgebaut. Dabei entstehen Aminosäuren, die vom Körper wiederum für den Stoffwechsel verwendet werden können.

Seidenfilme für die künstliche Herstellung von Zellgewebe

Extrem dünne Filme/Folien aus Seidenproteinen bilden einen weiteren Forschungsschwerpunkt. Sie eignen sich unter anderem als Basismaterial für biochemische Sensoren, die winzige Mengen einer organischen Substanz aufspüren können. Von herausragendem Interesse für die Biomedizin ist die Möglichkeit, Seidenfilme für die künstliche Herstellung von Zellgewebe, das sog. "Tissue Engineering", einzusetzen. Denn auf den Seidenoberflächen lassen sich gewebebildende Zellen ansiedeln, die sich kontinuierlich vermehren und zusammenhängende Strukturen bilden. Es kann sich dabei um ganz unterschiedliche Arten von Zellen handeln – beispielsweise um Zellgewebe, das dem natürlichen Knochenmaterial sehr ähnlich ist, oder auch um Stammzellen, die sich in unterschiedliche Richtungen hin ausdifferenzieren können.

Optimierung von Implantaten für die Chirurgie

Zusammen mit dem Universitätsklinikum Würzburg arbeitet die Forschergruppe um Scheibel seit kurzem an Seidenfilmbeschichtungen für Brustimplantate aus Silikon. Dabei hat der Seidenfilm die Funktion, im Körper eine Barriere zwischen dem Silikon und dem umgebenden Gewebe zu bilden. Das Implantat gewinnt dadurch Oberflächeneigenschaften, die weitaus besser verträglich sind als die des Silkons. So bleiben den Patientinnen Schmerzen und erneute Operationen erspart.

Kontrollierte Eigenschaftsprofile

Bei allen Anwendungen sind die Eigenschaften der Seidenproteine von zentraler Bedeutung: Dazu zählen insbesondere molekulare Mikrostrukturen, das Verhalten der Seidenmaterialien unter verschiedenen Drücken und Temperaturen, ihre chemische Reaktionsfreudigkeit, ihre Gas- und Wasserdurchlässigkeit und – was in der Medizin besonders wichtig ist – ihr biologisches Abbauverhalten. Unter Laborbedingungen können diese Eigenschaften präzise gesteuert werden. Das Bayreuther Forschungsteam um Scheibel ist in der Lage, jeden einzelnen Schritt bei der Herstellung von Seidenmaterialien so zu kontrollieren, dass am Ende ein Eigenschaftsprofil herauskommt, das die beabsichtigten Anwendungen unterstützt.

Biomaterialien – eine Alternative zu synthetischen Kunststoffen

"Es ist beeindruckend, wie vielseitig Spinnenseidenproteine in der Biomedizin, der Pharmazie oder der Textilindustrie eingesetzt werden können," erklärt Scheibel. "In den letzten Jahren ist es uns gelungen, die Eigenschaften von seidenbasierten Biomaterialien wie z.B. Filme oder Partikel mit immer größerer Präzision zu kontrollieren; und zwar so, dass sie für die jeweils angestrebten Anwendungen funktionsoptimiert sind. Deshalb sind Biomaterialien, die auf der Basis von Spinnenseidenproteinen hergestellt werden, eine leistungsstarke Alternative zu bisherigen synthetischen Kunststoffen. Die Natur weist uns auch in dieser Hinsicht den Weg zu innovativen Produkten."

Veröffentlichung:

Kristina Spiess, Andreas Lammel, Thomas Scheibel:
Recombinant Spider Silk Proteins for Applications in Biomaterials,
In: Macromolecular Bioscience (2010), Vol. 10, Issue 9, pp. 998–1007,
DOI-Bookmark: 10.1002/mabi.201000071
Kontaktadresse für weitere Informationen:
Prof. Dr. Thomas Scheibel
Universität Bayreuth
Lehrstuhl für Biomaterialien
Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften
D-95440 Bayreuth
Tel.: +49 (0)921 / 55-7360
E-Mail: thomas.scheibel@uni-bayreuth.de

Christian Wißler | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-bayreuth.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Quantenanomalien: Das Universum in einem Kristall
21.07.2017 | Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe

nachricht Projekt »ADIR«: Laser bergen wertvolle Werkstoffe
21.07.2017 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Ruckartige Bewegung schärft Röntgenpulse

Spektral breite Röntgenpulse lassen sich rein mechanisch „zuspitzen“. Das klingt überraschend, aber ein Team aus theoretischen und Experimentalphysikern hat dafür eine Methode entwickelt und realisiert. Sie verwendet präzise mit den Pulsen synchronisierte schnelle Bewegungen einer mit dem Röntgenlicht wechselwirkenden Probe. Dadurch gelingt es, Photonen innerhalb des Röntgenpulses so zu verschieben, dass sich diese im gewünschten Bereich konzentrieren.

Wie macht man aus einem flachen Hügel einen steilen und hohen Berg? Man gräbt an den Seiten Material ab und schüttet es oben auf. So etwa kann man sich die...

Im Focus: Abrupt motion sharpens x-ray pulses

Spectrally narrow x-ray pulses may be “sharpened” by purely mechanical means. This sounds surprisingly, but a team of theoretical and experimental physicists developed and realized such a method. It is based on fast motions, precisely synchronized with the pulses, of a target interacting with the x-ray light. Thereby, photons are redistributed within the x-ray pulse to the desired spectral region.

A team of theoretical physicists from the MPI for Nuclear Physics (MPIK) in Heidelberg has developed a novel method to intensify the spectrally broad x-ray...

Im Focus: Physiker designen ultrascharfe Pulse

Quantenphysiker um Oriol Romero-Isart haben einen einfachen Aufbau entworfen, mit dem theoretisch beliebig stark fokussierte elektromagnetische Felder erzeugt werden können. Anwendung finden könnte das neue Verfahren zum Beispiel in der Mikroskopie oder für besonders empfindliche Sensoren.

Mikrowellen, Wärmestrahlung, Licht und Röntgenstrahlung sind Beispiele für elektromagnetische Wellen. Für viele Anwendungen ist es notwendig, diese Strahlung...

Im Focus: Physicists Design Ultrafocused Pulses

Physicists working with researcher Oriol Romero-Isart devised a new simple scheme to theoretically generate arbitrarily short and focused electromagnetic fields. This new tool could be used for precise sensing and in microscopy.

Microwaves, heat radiation, light and X-radiation are examples for electromagnetic waves. Many applications require to focus the electromagnetic fields to...

Im Focus: Navigationssystem der Hirnzellen entschlüsselt

Das menschliche Gehirn besteht aus etwa hundert Milliarden Nervenzellen. Informationen zwischen ihnen werden über ein komplexes Netzwerk aus Nervenfasern übermittelt. Verdrahtet werden die meisten dieser Verbindungen vor der Geburt nach einem genetischen Bauplan, also ohne dass äußere Einflüsse eine Rolle spielen. Mehr darüber, wie das Navigationssystem funktioniert, das die Axone beim Wachstum leitet, haben jetzt Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) herausgefunden. Das berichten sie im Fachmagazin eLife.

Die Gesamtlänge des Nervenfasernetzes im Gehirn beträgt etwa 500.000 Kilometer, mehr als die Entfernung zwischen Erde und Mond. Damit es beim Verdrahten der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationaler Ferienkurs mit rund 600 Teilnehmern aus aller Welt

28.07.2017 | Veranstaltungen

10. Uelzener Forum: Demografischer Wandel und Digitalisierung

26.07.2017 | Veranstaltungen

Clash of Realities 2017: Anmeldung jetzt möglich. Internationale Konferenz an der TH Köln

26.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Firmen räumen bei der IT, Mobilgeräten und Firmen-Hardware am liebsten in der Urlaubsphase auf

28.07.2017 | Unternehmensmeldung

Dunkel war’s, der Mond schien helle: Nachthimmel oft heller als gedacht

28.07.2017 | Geowissenschaften

8,2 Millionen Euro für den Kampf gegen Leukämie

28.07.2017 | Förderungen Preise