Uni­ver­si­tät Bay­reuth: Ein Herz aus Spin­nen­sei­de

For­scher der Uni­ver­si­tä­ten Bay­reuth und Erlan­gen legen den Grund­stein zur künst­li­chen Pro­duk­ti­on von Herz­ge­we­be: Dank Spin­nen­sei­den­pro­te­in und 3D-Druck haben Herz­in­farkt­pa­ti­en­ten bald eine ech­te Chan­ce auf Wie­der­her­stel­lung ihres beschä­dig­ten Herz­ge­we­bes.

Rund 1,8 Mil­lio­nen Men­schen lei­den laut deut­scher Herz­stif­tung e.V. in Deutsch­land unter einer Herz­schwä­che (Herz­in­suf­fi­zi­enz). Ursa­che ist meist der irrever­si­ble Ver­lust von Herz­mus­kel­zel­len durch Herz­er­kran­kun­gen, zum Bei­spiel einen Herz­in­farkt. Zur­zeit gibt es kei­ne The­ra­pie, die einen sol­chen Scha­den an den Zel­len umkeh­ren kann. Einen viel­ver­spre­chen­den Weg haben die For­scher der Uni­ver­si­tät Bay­reuth um Prof. Dr. Tho­mas Schei­bel (Bio­fa­bri­ka­ti­on) zusam­men mit Kol­le­gen der Fried­rich-Alex­an­der-Uni­ver­si­tät Erlan­gen-Nürn­berg um Prof. Dr. Felix Engel (Expe­ri­men­tel­le Nie­ren- und Kreis­lauf­for­schung) ein­ge­schla­gen: Sie ent­wickeln Herz­mus­kel­ge­we­be aus Spin­nen­sei­de. Ihre Ent­deckung, dass sich solch ein künst­lich im Labor ent­wickel­tes Sei­den­pro­te­in für die Pro­duk­ti­on von Herz­ge­we­be eig­net, haben sie jetzt in der Zeit­schrift ‚Advan­ced Func­tio­n­al Mate­ri­als‘ ver­öf­fent­licht.

Der Schlüs­sel zu künst­li­chem Herz­ge­we­be ist aus Sicht der For­scher Sei­de – oder viel­mehr die Pro­te­ine, die der Sei­de ihre Struk­tur und mecha­ni­sche Festig­keit ver­lei­hen: Fibroi­ne. Prof. Dr. Felix Engel aus der Nephro­pa­tho­lo­gi­schen Abtei­lung des Uni­ver­si­täts­kli­ni­kums der FAU hat gezeigt, dass sich die Sei­de des Indi­schen Sei­den­spin­ners beson­ders gut als Gerüst­ma­te­ri­al eig­net, um Herz­ge­we­be her­zu­stel­len. Bis­her war es aber nicht mög­lich, das Pro­te­in in aus­rei­chen­der Men­ge und gleich­blei­ben­der Qua­li­tät her­zu­stel­len. Da kommt die Uni­ver­si­tät Bay­reuth ins Spiel: „Uns ist es gelun­gen, ein rekom­bi­nier­tes Sei­den­pro­te­in der Gar­ten­kreuz­spin­ne in grö­ße­ren Men­gen und bei gleich­blei­ben­der hoher Qua­li­tät zu pro­du­zie­ren“, sagt Prof. Dr. Tho­mas Schei­bel, Inha­ber des Lehr­stuhls für Bio­ma­te­ria­li­en an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth. Spin­nen­sei­de eig­net sich her­vor­ra­gend als Mate­ri­al für Bio­tin­te, mit der gewe­be­ähn­li­che Struk­tu­ren im drei­di­men­sio­na­len Druck her­ge­stellt wer­den kön­nen. Die dabei ver­wen­de­ten leben­den Zel­len von Men­schen oder Tie­ren blei­ben in der Regel funk­ti­ons­tüch­tig. Des­halb haben sich die bei­den For­scher zusam­men­ge­tan und die Pro­te­ine der Kreuz­spin­nen­sei­de mit ihren Teams wei­ter unter­sucht.

Jana Pet­zold aus dem Erlan­ger Team und Tama­ra Aigner aus der Bay­reu­ther Arbeits­grup­pe haben erforscht, wie sich das im Labor kon­stru­ier­te Sei­den­pro­te­in eADF4(κ16) für die Her­stel­lung von Herz­ge­we­be nut­zen lässt. Hier­für brach­ten sie einen dün­nen Film des Sei­den­pro­te­ins auf einen Glas­trä­ger auf, wor­auf wie­der­um ande­re Zel­len (Bin­de­ge­webs­zel­len oder Blut­ge­fäß­zel­len) platz­iert wur­den. Beson­de­res Augen­merk leg­ten sie bei ihrer Unter­su­chung auf die Funk­ti­on der Herz­mus­kel­zel­len: So konn­ten die Wis­sen­schaft­le­rin­nen nach­wei­sen, dass die für die Hyper­tro­phie (also die Ver­grö­ße­rung von Herz­mus­kel­zel­len zum Bei­spiel bei Sport­lern oder Schwan­ge­ren) ver­ant­wort­li­chen Fak­to­ren auch zu einem Volu­men­wachs­tum bei den Herz­mus­kel­zel­len füh­ren, die auf eADF4(κ16)-Film gezüch­tet wor­den waren.

Die Arbeit der Erlan­ger und Bay­reu­ther Wis­sen­schaft­ler sowie die Mög­lich­kei­ten, künst­li­che Sei­den­pro­te­ine im 3D-Ver­fah­ren zu drucken, sind somit die ersten Schrit­te in Rich­tung künf­ti­ger Ver­fah­ren zur Pro­duk­ti­on funk­tio­nel­len Herz­ge­we­bes. Prof Dr. Tho­mas Schei­bel ist daher opti­mi­stisch: „Funk­tio­nie­ren­des Herz­ge­we­be kann sehr bald künst­lich her­ge­stellt wer­den. Die Fra­ge ist nun, wann und wie dies in der Kli­nik ankommt.“

Publi­ka­ti­on:

‘Sur­face fea­tures of recom­bi­nant spi­der silk pro­te­in eADF4(κ16)-made mate­ri­als are well-sui­ted for car­diac tissue engi­nee­ring’ ver­öf­fent­licht in der Zeit­schrift Advan­ced Func­tio­n­al Mate­ri­als (DOI: 10.1002/adfm.201701427).

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