Herzgewebe aus Spinnen­seiden­proteinen

Medizinischer Fort­schritt am seidenen Faden: Die Bio­fabrication an der Universität Bay­reuth produziert Herz­gewebe aus Spinnen­seiden­proteinen und Herz­muskel­zellen.

Tarantel mit Mitarbeiterin des Lehrstuhls Biomaterialien
Eine Mitarbeiterin des Instituts für Biomaterialien untersucht eine Tarantel. Die Spinnen liefern mit ihrer Seide natürliche Vorbilder für neue Materialien für die Biofabrikation. © Universität Bayreuth

Klingt wie Science-Fiction, ist aber Realität: Ein Gel aus Spinnen­seiden­proteinen, ange­reichert mit Herz­muskel­zellen hilft bei der Reparatur von Herz­gewebe. „Nach einem Infarkt wandern keine neuen Zellen in den beschädigten Teil des Herz­muskels, er kann sich nicht regenerieren. Die Trans­plantation von künstlichem, natur­identischem Gewebe aus dem 3D-Drucker könnte zukünftig die Schäden durch den Infarkt beheben“, erklärt Professor Thomas Scheibel vom Lehr­stuhl für Bio­materialien an der Universität Bayreuth und Gründer des jungen Master­studien­gangs Bio­fabrication. Bereits seit mehr als 15 Jahren erforscht der Wissen­schaftler die Spinnen­seide und hat erstaunliche Anwendungs­möglich­keiten entdeckt, die heraus­ragenden Material­eigen­schaften zu verdanken sind: hoch­elastisch, aber ausge­sprochen reiß­fest, hitze­beständig, wasser­fest und viel­fältig zu verarbeiten. Vorteile der Spinnen­seiden­fasern wurden bereits 2016 beim Proto­typ eines Sport­schuhs unter Beweis gestellt, der basierend auf der von Prof. Scheibel entwickelten Spinnen­seiden­techno­logie zusammen mit der Firma AMSilk und Adidas entwickelt wurde.

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Zugleich ist Spinnen­seide bakterio­statisch und wurde schon in der Antike als Wund­auflage verwendet. Zusammen­gesetzt aus Proteinen bewährt sich das Material auch heute wieder in der Medizin. Beispiel Brust­implantate: Eine Beschichtung mit Spinnen­seide verhindert Komplikationen, weil die Implantate vom umgebenden Gewebe nicht mehr als Fremd­körper erkannt werden. „Um natürliche Spinnen­seide zu gewinnen, wird den Spinnen zwei­mal wöchentlich inner­halb von 15 Minuten ein etwa 200 Meter langer Ab­seil­faden entnommen. Mehr ist nicht möglich, ohne die Tiere zu stressen“, erklärt Professor Scheibel. Um größere Mengen für einen breiten Einsatz zu gewinnen, stellt der Wissen­schaftler die wert­vollen Spinnen­seiden­proteine mit­hilfe von Bakterien her. Seine Entschlüsselung der Faser­spinn­technologie war dann der Durch­bruch, um im großen Stil bio­mimetische Spinnen­seiden­fasern zu produzieren. Verarbeitet zu einem Hydro­gel statt zu einer Faser, wird daraus ein Grund­stoff für verschiedenste medizinische Produkte, die im menschlichen Körper zum Einsatz kommen. Mit eingebetteten Herz­muskel­zellen wird die sogenannte Biotinte mit einem 3D-Drucker zu einem passenden Teilstück des Herz­muskel­gewebes geformt. Es kann rhythmisch schlagen und zukünftig ein bisher un­lös­bares Problem beheben: die Heilung von Infarkt­narben. Derzeit arbeiten die Wissen­schaftler auch an drei­dimensionalen Tumor­modellen, um die Wirkung verschiedener Medikamente zu testen.

Klassisches Ingenieur-Know-how und Biologie gehen in der Bio­fabrication eine zukunfts­trächtige Verbindung ein. Im Master­studien­gang forschen in der ersten Kohorte zehn ausgewählte Studierende aus acht Ländern, weitere 15 werden in diesem Jahr dazu­stoßen. Nach einem anspruchs­vollen Bewerbungs­verfahren dürfen sie gleich „hands on“ im Labor an diesen heraus­fordernden Projekten mit­arbeiten. „Daher sind alle hoch­motiviert und gehen mit großem Engagement an diese spannende Aufgabe“, so Professor Scheibel. Eine Chance, die sich angehende Wissen­schaftler­innen und Wissen­schaftler nicht ent­gehen lassen.

Dieser Artikel ist in „Wie wird geforscht in Bayern“, eine Sonderveröffentlichung, am 8.3.18 in DIE ZEIT erschienen.

Zielsetzung

Der englisch­sprachige Master­studien­gang Bio­fabrication an der Ingenieur­fakultät der Uni­versität Bayreuth hat das Ziel, an der Schnitt­stelle zwischen Ingenieur­wissen­schaften und Medizin Brücken zu schlagen, um insbesondere in die Regenerative Medizin moderne Techniken (z. B. 3D-Druck) und Materialien (z .B. Spinnenseide) zu implementieren. www.biofabrication.uni-bayreuth.de

Kontakt

Prof. Dr. Thomas Scheibel
Lehrstuhl Biomaterialien
Fakultät für Ingenieurwissenschaften
(ING.) der Universität Bayreuth
Universität Bayreuth
Universitätsstraße 30
Tel. (0921) 55 73 60
thomas.scheibel@uni-bayreuth.de

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