Großes Potenzial für Medizin: Herzklappe aus Spinnenseide

Bayreuth. Spinnennetze sind in vielen Häusern ein Ärgernis. Zeugen sie doch irgendwie davon, dass schon lange nicht mehr geputzt wurde. Anders sehen das Materialexperten der Universität Bayreuth. Spinnenseide ist für sie ein extrem spannendes und vielseitiges Material. Gemeinsam mit der Universitätsklinik Erlangen konnte der Bayreuther Professor Thomas Scheibel Ansätze zeigen, wonach Spinnenseide sich eignen könnte, um Herzgewebe für Herzinfarkt-Patienten wiederherzustellen.

Genauer gesagt geht es um die Proteine, die der Seide Struktur und Festigkeit verleihen. Professor Felix Engel aus Erlangen konnte zeigen, dass sich die Seide des Indischen Seidenspinners besonders gut als Gerüstmaterial für Herzgewebe eignet. Bisher war es aber nicht möglich, das Protein in großer Menge und gleichbleibender Qualität herzustellen. Doch kürzlich war es soweit: "Uns ist es gelungen, ein rekombiniertes Seidenprotein der Gartenkreuzspinne in größeren Mengen und bei gleichbleibender hoher Qualität zu produzieren", sagt Scheibel.

Am Thema Tissue Engineering, also Gewebekonstruktion oder -züchtung, werde intensiv gearbeitet, sagt Professor Wolfram-Hubertus Zimmermann vom Deutschen Zentrum für Herzkreislaufforschung (DZHK) an der Universitätsmedizin Göttingen. Es werde mit vielen Materialien geforscht. Die Ergebnisse aus Bayreuth und Erlangen seien ein "sehr früher Ansatz". Neu sei die Herstellung der Seide außerhalb des Spinnenkörpers. Es sei richtig, Spinnenseide in diesem Kontext weiter zu testen. Wie die Entwicklung weitergehe, sei jedoch noch völlig offen.

Zieht sich sofort zusammen

Spinnenseide ist belastbarer als Nylon, Kevlar und alle anderen bekannten Fasermaterialien. Die Idee, sie als Werkstoff zu nutzen, gab es bereits in den 1980er Jahren. Doch namhafte Chemiekonzerne sind an der Großproduktion gescheitert. "Damals hat jeder gesagt, das schafft man nicht", erinnert sich Scheibel. Verantwortlich für die mechanischen Eigenschaften von Spinnenseide sind ihre kleinsten Bausteine, die Proteine. Daher genügt es, diese in großer Menge zu produzieren.

Nur ist Protein nicht gleich Protein. Und bei den Proteinen der Spinnenseide gibt es ein gravierendes Problem: Sie sind so aufgebaut, dass ein kleiner Anstoß genügt, damit sie sich zu extrem festen Strukturen zusammenlagern. "Das ist essenziell für den Spinnprozess in der Natur, beim Rühren und Reinigen ist das eher hinderlich", erklärt Scheibel.

Komplett recyclebar

Gemeinsam mit zwei Mitarbeitern aus seiner damaligen Arbeitsgruppe an der Technischen Universität München gründete Scheibel im Jahr 2008 das Start-up-Unternehmen AMSilk. Drei Jahre hat es gedauert, bis sie ein Protein aus der Dragline-Seide der Gartenkreuzspinne in einem 120 000 Liter großen Fermenter herstellen konnten. Dazu mussten die Forscher die Spinnenproteine über sogenanntes "protein engineering" ein wenig verändern und einen besonderen Reinigungs- und Spinnprozess entwickeln. Auf diese Weise entsteht nun ein weißes Garn, das sich äußerlich kaum von anderen Fasermaterialien unterscheidet. Der große Unterschied zu synthetischen Polymeren ist allerdings, dass der biologische Werkstoff komplett recycelbar ist. "In der Natur frisst die Spinne ihre Netze auf", so Scheibel.

Spinnenseide hat noch eine andere Eigenschaft, die sie für die Medizin so interessant macht: Sie ist steril. "Spinnenseide ist in der Natur deshalb so beständig, weil sie bakteriostatisch ist", erklärt Scheibel. Ihre Oberfläche ist so aufgebaut, dass sich Bakterien oder Pilze nicht daran festhalten können. Bereits der griechische Philosoph Aristoteles wusste, dass Spinnennetze gute Wundpflaster abgeben. Erste Anwendungsfelder in der Medizin sind Brustimplantate, aber auch Gefäßprothesen, Dialysekatheter oder Herzklappen.