Die Forschung an Spinnenseide hat in den letzten Jahren erheblich an Bedeutung gewonnen, insbesondere im Bereich der regenerativen Medizin. Die Universitätsklinik für Plastische, Rekonstruktive und Ästhetische Chirurgie der MedUni Wien unter der Leitung von Christine Radtke leistet hier Pionierarbeit. Dieser Artikel beleuchtet die vielversprechenden Ergebnisse und potenziellen Anwendungen von Spinnenseide in der Nervenregeneration und anderen medizinischen Bereichen.
Spinnenseide: Ein natürliches Wundermittel
Spinnenseide ist ein faszinierendes Material mit einer Reihe außergewöhnlicher Eigenschaften. Sie ist nicht nur reißfester als Stahl und elastischer als Gummi, sondern besitzt auch antibakterielle Eigenschaften, ist hitzebeständig, biologisch abbaubar und wird vom menschlichen Körper gut aufgenommen. Diese einzigartige Kombination von Eigenschaften macht sie zu einem idealen Kandidaten für biomedizinische Anwendungen.
Bereits in der Antike wurden Spinnennetze als Wundverbände eingesetzt, um die Wundheilung zu fördern. Heute wird an Universitätskliniken wie der RWTH Aachen daran geforscht, Knochenersatzmaterial aus Spinnenseide zu züchten. Die Gewinnung von natürlicher Spinnenseide ist jedoch begrenzt, weshalb intensiv an der künstlichen Herstellung im Labor gearbeitet wird. Ein vielversprechendes Verfahren ist das "Elektrospinnen", bei dem gentechnisch veränderte E.-Coli-Bakterien Spinnenseide-Proteine produzieren.
Nervenregeneration mit Spinnenseide: Ein Durchbruch für Patienten mit Nervenverletzungen
Ein Schwerpunkt der Forschung liegt auf der Anwendung von Spinnenseide zur Nervenregeneration. Verletzungen des peripheren Nervensystems, insbesondere über längere Distanzen (ab fünf Zentimetern), stellen in der plastischen und rekonstruktiven Chirurgie eine große Herausforderung dar. Bisher konnten durchtrennte Nerven nur über kurze Distanzen (bis maximal vier Zentimeter) erfolgreich mit künstlichen Interponaten verbunden werden.
Um dieses Problem zu lösen, hat das Team um Christine Radtke an der Medizinischen Hochschule Hannover eine neue mikrochirurgische Methode entwickelt. Dabei werden Venen mit Spinnenseide als längs verlaufende Leitstruktur gefüllt. Die Nervenfasern nutzen die Seidenfasern als eine Art "Rosengitter", um daran entlang zu wachsen und das gegenüberliegende Nervenende zu erreichen. Die Seide bietet den Zellen eine gute Haftung, unterstützt die Zellbewegung und fördert die Zellteilung.
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Im Tiermodell konnten mit dieser Methode Nervenschädigungen von bis zu sechs Zentimetern überbrückt werden. Die Nervenfasern wuchsen innerhalb von neun Monaten funktionsfähig zusammen. Das Gerüst aus Spinnenfäden wird vom Körper vollständig resorbiert, ohne dass es zu Abstoßungsreaktionen kommt.
Nervenleitschienen aus Spinnenseide: Ein innovativer Ansatz
Ein weiterer vielversprechender Ansatz ist die Entwicklung von Nervenleitschienen aus Spinnenseide. In der Medizin werden Nervenleitschienen aus Kollagen verwendet, um verletzte Nerven wieder miteinander zu verbinden. Die Röhrchen werden dazu an beiden Enden des verletzten Nervs angenäht.
Die Forscher um Radtke haben nun optimierte Nervenleitschienen entwickelt, bei denen die Seide von Seidenraupen und Spinnenseide kombiniert wird. Die Röhrchen aus Seidenraupenseide besitzen eine poröse Wand, die den für das Nervensystem notwendigen Austausch von Nähr- und Abfallstoffen ermöglicht. Experimente mit Mäusen verliefen erfolgreich und zeigten, dass sich die durchtrennten Nervenbahnen an die Nervenleitschienen aus Seide anpassten.
Die Goldene Radnetzspinne: Eine wichtige Quelle für hochwertige Spinnenseide
Die Goldene Radnetzspinne aus Tansania spinnt Netze von außergewöhnlicher Stärke. Ihre Spinnenseide ist reißfester als Nylon, viermal so dehnbar wie Stahl und zudem bis 250 Grad Celsius hitzestabil, extrem wasserfest und antibakteriell. Diese Eigenschaften machen sie besonders interessant für die biomedizinische Forschung.
An der MedUni Wien/AKH Wien werden derzeit 21 Spinnen gehalten, um ihre Seide zu gewinnen. Der Spinnenfaden wird maschinell "abgemolken", wobei in 15 Minuten bis zu 200 Meter Spinnenseide gewonnen werden können. Die Spinnen werden im Schnitt einmal pro Woche "gemolken" und erhalten danach eine Extraration Heimchen. Für die Überbrückung eines Nervenschadens von sechs Zentimetern sind mehrere Hundert Meter Seide notwendig.
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Weitere Anwendungsmöglichkeiten von Spinnenseide in der Medizin
Neben der Nervenregeneration gibt es eine Vielzahl weiterer potenzieller Anwendungen von Spinnenseide in der Medizin:
- Knochen- und Knorpelersatz: Spinnenseide kann als Gerüst für die Züchtung von Knochenzellen dienen und so bei der Therapie von Knochenbrüchen, Osteoporose oder Tumoren eingesetzt werden.
- Wundauflagen: Die antibakteriellen Eigenschaften der Spinnenseide fördern die Wundheilung und reduzieren das Risiko von Infektionen.
- Künstlicher Hautersatz: Spinnenseide kann als Trägermaterial für die Züchtung von Hautzellen dienen und so bei schweren Verbrennungen eingesetzt werden.
- Chirurgisches Nahtmaterial: Spinnenseide ist reißfest, elastisch und biologisch abbaubar, was sie zu einem idealen Material für chirurgisches Nahtmaterial macht.
- Beschichtung von Implantaten: Die Beschichtung von Implantaten mit Spinnenseide kann die Verträglichkeit verbessern und Abstoßungsreaktionen des Körpers verhindern.
- Herzmuskelgewebe: Spinnenseide kann als Gerüst für die Züchtung von Herzmuskelzellen dienen und so bei der Regeneration von geschädigtem Herzmuskelgewebe eingesetzt werden.
Künstliche Spinnenseide: Eine vielversprechende Alternative
Die Gewinnung von natürlicher Spinnenseide ist aufwendig und begrenzt. Daher arbeiten Forscher weltweit an der Entwicklung von künstlicher Spinnenseide. Ein vielversprechender Ansatz ist die Produktion von Spinnenseide-Proteinen durch gentechnisch veränderte Bakterien, Hefen oder Pilze.
Die künstlich hergestellte Spinnenseide kann für verschiedene Anwendungen maßgeschneidert werden. So können beispielsweise Implantate mit einer Schicht aus künstlicher Spinnenseide überzogen werden, um die Verträglichkeit zu verbessern und Abstoßungsreaktionen des Körpers zu verhindern.
Herausforderungen und Zukunftsperspektiven
Obwohl die Forschung an Spinnenseide vielversprechend ist, gibt es noch einige Herausforderungen zu bewältigen. Die Gewinnung von natürlicher Spinnenseide ist aufwendig und die künstliche Herstellung im Labor ist noch nicht in großem Maßstab möglich. Zudem müssen weitere klinische Studien durchgeführt werden, um die Wirksamkeit und Sicherheit von Spinnenseide-basierten Produkten am Menschen nachzuweisen.
Trotz dieser Herausforderungen ist das Potenzial von Spinnenseide in der Medizin enorm. Mit weiteren Fortschritten in der Forschung und Entwicklung könnte Spinnenseide in Zukunft eine wichtige Rolle bei der Behandlung von Nervenverletzungen, Knochenerkrankungen, Hautdefekten und anderen medizinischen Problemen spielen.
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