16.08.2017 - Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

Ein Herz aus Spinnenseide

Forscher untersuchen Spinnenseidenprotein zur Herstellung von künstlichem Herzgewebe

Trotz erheblicher Fortschritte Herzschäden vorzubeugen und zu minimieren, leiden immer mehr Menschen an Herzinsuffizienz. Die Hauptursache für solch eine verminderte Herzfunktion ist der irreversible Verlust von Herzmuskelzellen durch Herzerkrankungen, vor allem ischämischer Erkrankungen wie dem Herzinfarkt. Zurzeit gibt es keine Therapie, die einen solchen Schaden umkehren kann. Die Forschung hat es sich deshalb zum Ziel gesetzt, Therapien zu entwickeln, die diese Schäden beseitigen und so die Herzfunktion wieder normalisieren. Ein vielversprechender Weg: Herzmuskelgewebe aus Spinnenseide. Forscher der FAU haben zusammen mit ihren Kollegen der Universität Bayreuth untersucht, inwieweit sich solch ein künstlich im Labor entwickeltes Seidenprotein für die Produktion von Herzgewebe eignet.

Konstruierte Seidenproteine

Der Schlüssel zu künstlichem Herzgewebe könnte Seide sein. Oder vielmehr das Protein, das der Seide ihre Struktur und mechanische Festigkeit verleiht: Fibroin. Prof. Dr. Felix Engel aus der Nephropathologischen Abteilung des Universitätsklinikums der FAU hatte die Eigenschaften der Seide des Indischen Seidenspinners untersucht und gezeigt, dass es sich besonders als Gerüstmaterial eignet, um Herzgewebe herzustellen. Bisher war es aber nicht möglich, das Protein in ausreichender Menge und gleichbleibender Qualität herzustellen. Seinem Kollegen, Prof. Dr. Thomas Scheibel, Inhaber des Lehrstuhls für Biomaterialien an der Universität Bayreuth ist es jedoch gelungen, ein rekombiniertes Seidenprotein der Gartenkreuzspinne mithilfe von E.-coli-Bakterien in der gewünschten größeren Menge und hohen gleichbleibenden Qualität herzustellen. Deshalb haben sich die beiden  Forscher zusammengetan und die Proteine der Seide der Kreuzspinne weiter untersucht.

Interaktion von Herzzellen und künstlichen Seidenproteinen

Jana Petzold aus dem Erlanger Team von Prof. Engel und Tamara Aigner aus Prof. Scheibels Bayreuther Arbeitsgruppe untersuchten nun gemeinsam, wie gut sich das im Labor konstruierte Seidenprotein eADF4(k16) für die Herstellung von Herzgewebe nutzen lässt. Hierfür brachten sie einen dünnen Film des Seidenproteins auf einen Glasträger auf. Die Idee: Zellen, deren Oberflächen negativ geladen sind, haften auf Filmen aus eADF4(k16), da dieses positiv geladen ist. Petzold und Aigner hatten versucht, neben den Herzmuskelzellen verschiedene andere Zellen, wie Bindegewebszellen oder Blutgefäßzellen, auf dem Film aufzubringen, was bei allen gut gelang.

Besonderes Augenmerk hatten sie bei ihrer Untersuchung auf die Funktion der Herzmuskelzellen gelegt. Diese verglichen sie mit solchen, die auf einem Film aus Fibronektin aufgebracht worden waren, welches der natürlichen Umgebung von Herzmuskelzellen ähnelt. Dabei ließen sich keinerlei funktionellen Unterschiede zwischen diesen beobachten. So konnten die Wissenschaftlerinnen beispielsweise nachweisen, dass die für die Hypertrophie, also der Vergrößerung von Herzmuskelzellen zum Beispiel bei Sportlern oder Schwangeren, verantwortlichen Faktoren auch zu einem Volumenwachstum bei den Herzmuskelzellen führen, die auf eADF4(k16)-Film gezüchtet worden waren.

Die Arbeit der Erlanger und Bayreuther Wissenschaftler sowie die Möglichkeiten künstliche Seidenproteine im 3D-Verfahren zu drucken, bergen somit die ersten Schritte in Richtung künftiger Verfahren zur Produktion funktionellen Herzgewebes.

  • „Surface features of recombinant spider silk protein eADF4(k16)-made materials are well-suited for cardiac tissue engineering“; Zeitschrift Advanced Functional Materials
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