Hülle aus Spinnenseide 11.10.2013, 08:43 Uhr

Mikrokapseln aus künstlicher Spinnenseide transportieren Medizin im Körper

Mit Mikrocontainern aus Proteinen der Spinnenseide ist es Forschern gelungen, medizinische Wirkstoffe im Körper zu ihrem Einsatzort zu transportieren und dort zu aktivieren. Das berichten die Forscher der Universität Bayreuth im Fachjournal Advanced Functional Materials.

Hauchdünn und trotzdem extrem stabil: Spinnennetze faszinieren die Menschen schon immer. Jetzt nutzt die medizinische Forschung Proteine der Spinnenseide, um Medikamente zu umschließen und im Körper zu transportieren.

Hauchdünn und trotzdem extrem stabil: Spinnennetze faszinieren die Menschen schon immer. Jetzt nutzt die medizinische Forschung Proteine der Spinnenseide, um Medikamente zu umschließen und im Körper zu transportieren.

Foto: Heinz Albers/Wikimedia

Mikrocontainer nennt das Bayreuther Wissenschaftler-Team um Thomas Scheibel die Kapseln. Mit einer Größe von ein bis 30 Mikrometern – 0,001 bis 0,03 Millimeter – sind sie für das bloße Auge nicht sichtbar. Sie erfüllen gleich zwei Funktionen, die sie für die Biomedizin wichtig machen. Sie sind besonders fest und schließen deshalb Enzyme sicher ein. Auch die im Blut enthaltenen Proteasen können nicht in die Kapseln eindringen und die Enzyme spalten.

Einfluss von außen auf die Enzyme möglich

Gleichzeitig lässt sich die Aktivität der Enzyme aber von außen beeinflussen. „Die Kapseln sind schützende Container, die es gleichwohl erlauben, von außen auf die eingeschlossenen Enzyme gezielt einzuwirken und damit chemische Reaktionen zu steuern und nachzuweisen“, erklärt Thomas Scheibel.

Der Grundbaustoff für die Mikrocontainer ist das synthetisch hergestellte Protein der Spinnenseide, im Fachdeutsch eADF4(C16). Mit einem medizinisch unbedenklichen Silikonöl brachten sie die Kapseln in die richtige Form und gaben ihnen durch eine Nachbehandlung mit Ethanol strukturelle Festigkeit.

Aufnahme einer einzelnen Kapsel mit einem konfokalen Laserscanmikroskop: Diese Kapseln aus Protein der Spinnenseide können medizinische Wirkstoffe im Körper dahin transportieren, wo sie gebraucht werden.

Aufnahme einer einzelnen Kapsel mit einem konfokalen Laserscanmikroskop: Diese Kapseln aus Protein der Spinnenseide können medizinische Wirkstoffe im Körper dahin transportieren, wo sie gebraucht werden.

Foto: Claudia Blüm/Universität Bayreuth

Ob die Mikrokapseln tatsächlich das können, was die Wissenschaftler erwarteten, testeten sie am Enzym Beta-Galactosidase. Dieses Enzym ist ein idealer Testkandidat, weil es an Stoffwechselprozessen in allen Lebewesen mitwirkt und deshalb für die Biomedizin besonders wichtig ist.

Wirkungsweise wurde erfolgreich getestet

Das Ergebnis des Tests: Die Enzyme in den Kapseln verklebten nicht und hielten den körpereigenen Abbaumechanismen stand. Scheibel und sein Team wiesen außerdem nach, dass sich die Aktivität der Enzyme steuern lässt. Sie aktivierten zwei inaktive Enzym-Fragmente mit Alpha-Peptiden, die in die Kapsel eindringen können. Alle drei verbanden sich zu einem aktiven Enzym, beobachteten die Forscher mit Hilfe spektroskopischer Verfahren.

Die Mikrocontainer machen es also möglich, dass Mediziner künftig enzymatische Reaktionen gezielt herbeiführen und ihren Ablauf analysieren können. Neben dem Transport von Arzneistoffen an den Wirkungsort lassen sich so auch schädliche Inhaltsstoffe im Blut nachweisen. „Die neuen Kapseln ermöglichen grundsätzlich eine Vielzahl technischer und medizinischer Anwendungen und sind deshalb ein hochwillkommenes Instrument für die biomedizinische Forschung“, fasst Scheibel zusammen.

Spinnenseide ist Forschungsgegenstand der Medizin

Spinnenseide ist auch auf anderen Gebieten Gegenstand medizinischer Forschung. So wollen Forscher der Medizinischen Hochschule Hannover mit ihrer Hilfe eine künstliche Haut züchten, um chronische Wunden oder Verbrennungen zu heilen. An der Universität Leipzig versucht ein Wissenschaftler-Team, Spinnenseide-Proteine für regenerierende Nervenfasern zu nutzen. Erforscht wird außerdem, ob sich die Spinnenseide als chirurgisches Nahtmaterial verwenden lässt.

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