Natürliches Herzgewebe mit Spinnenseide reproduziert – Hoffnung für Herzpatienten

Fabian Peters
Spinnenseide und 3D-Druck zur Herstellung von Herzgewebe
Spinnenseide ist ein natürliches, extrem belastbares Material, das gut für eine Nutzung zu medizinischen Zwecken geeignet ist. Verschiedene Einsatzgebiete wurden hier in der Vergangenheit bereits untersucht. In einer aktuellen Studie kommen Forscher der Universitäten Bayreuth und Erlangen nun zu dem Schluss, dass in Zukunft dank Spinnenseide auch geschädigte Herzen erfolgreiche „repariert“ werden könnten.

Die Wissenschaftler haben in ihren Versuchen den Grundstein zur künstlichen Produktion von Herzgewebe mit Hilfe eines speziellen Spinnenseidenproteins und 3D-Druck gelegt. Bald haben Herzinfarktpatienten eine echte Chance auf Wiederherstellung ihres beschädigten Herzgewebes, so die Mitteilung der Universität Bayreuth. Die Ergebnisse ihrer Studie haben die Forscher in dem Fachmagazin „Advanced Functional Materials“ veröffentlicht.

Ein spezielle Spinnenseidenprotein der Gartenkreuzspinne nutzten Forscher zur Herstellung von künstlichem Herzgewebe. (Bild: JuergenL/fotolia.com)

Herzschwäche bislang unheilbar
Das Herz kann beispielsweise nach einem überlebten Herzinfarkt irreversibel in seiner Funktion beeinträchtigt sein. Die Folge ist eine Herzschwäche. Rund 1,8 Millionen Menschen in Deutschland leiden unter einer solchen Herzschwäche (Herzinsuffizienz), die auf einen irreversible Verlust von Herzmuskelzellen durch Herzerkrankungen zurückgeht, berichten die Forscher unter Berufung auf die Zahlen der Deutschen Herzstiftung. Bislang gebe es keine Therapie, die einen solchen Schaden an den Zellen umkehren kann.

Spinnenseidenproteine der Schlüssel zum Erfolg?
Das Forscherteam um Professor Dr. Thomas Scheibel (Biofabrikation) von der Universität Bayreuth und Professor Dr. Felix Engel (Experimentelle Nieren- und Kreislaufforschung) von der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg hat in seiner aktuellen Studie untersucht, ob sich Spinnenseide zur Herstellung von Herzmuskelgewebe nutzen lässt. Der Schlüssel zur Herstellung von künstlichem Herzgewebe liege dabei auf bestimmten Proteinen, die der Seide ihre Struktur und mechanische Festigkeit verleihen, den sogenannten Fibroinen, berichten die Expten.

Spinnenseide gut geeignet als Gerüstmaterial für Herzgewebe
Professor Dr. Engel hatte bereits entdeckt, dass sich die Seide des Indischen Seidenspinners besonders gut als Gerüstmaterial eignet, um Herzgewebe herzustellen. Doch bisher sei es nicht möglich gewesen, das Protein in ausreichender Menge und gleichbleibender Qualität herzustellen, berichtet die Universität Bayreuth. Professor Dr. Thomas Scheibel und Kollegen ist es jedoch nach eigenen Angaben gelungen, „ein rekombiniertes Seidenprotein der Gartenkreuzspinne in größeren Mengen und bei gleichbleibender hoher Qualität zu produzieren.“ Gemeinsam haben die Forscher aus Bayreuth und Erlangen daher die Einsatzmöglichkeiten der Proteine der Kreuzspinnenseide weiter untersucht.

Herstellung im 3D-Druck-Verfahren
Spinnenseide sei hervorragend als Material für sogenannte Biotinte geeignet, mit der gewebeähnliche Strukturen im dreidimensionalen Druck hergestellt werden können, berichten die Forscher. Die dabei verwendeten lebenden Zellen von Menschen oder Tieren würden in der Regel funktionstüchtig bleiben, was vielseitige Möglichkeiten bei der Herstellung von künstlichem Gewebe eröffne. Jana Petzold aus dem Erlanger Team und Tamara Aigner aus der Bayreuther Arbeitsgruppe haben daher genauer erforscht, wie sich das im Labor konstruierte Seidenprotein eADF4(κ16) zur Herstellung von Herzgewebe nutzen lässt.

Funktion der künstlichen Herzmuskelzellen
Die Wissenschaftler brachten einen dünnen Film des Seidenproteins auf einen Glasträger auf, worauf wiederum andere Zellen (Bindegewebszellen oder Blutgefäßzellen) platziert wurden, berichtet die Universität Bayreuth. Die Funktion der Herzmuskelzellen sei dabei von besonderem Interesse gewesen. Im Rahmen der Untersuchungen stellten die Forscher fest, dass die Faktoren, welche für eine Hypertrophie (Vergrößerung von Herzmuskelzellen zum Beispiel bei Sportlern oder Schwangeren) verantwortlichen sind, auch zu einem Volumenwachstum bei den Herzmuskelzellen führen, die auf dem eADF4(κ16)-Film gezüchtet wurden. Die Funktion scheint sich hier sehr ähnlich.

Angesichts der aktuellen Untersuchungsergebnisse zeigten sich die Forscher hoffnungsvoll, mit dem Verfahren auf Basis künstlicher Seidenproteine und 3D-Druck vielen Herzpatienten helfen zu können. „Funktionierendes Herzgewebe kann sehr bald künstlich hergestellt werden. Die Frage ist nun, wann und wie dies in der Klinik ankommt“, so das Fazit von Professor Thomas Scheibel. (fp)