08.02.2022 - Universität Bayreuth

Nerven heilen auf Spinnenseide

Janusköpfige Spinnenseidenfasern könnten Nervenzellen zum Wachsen anregen

Spinnenseide hat als zähes, festes, aber auch biologisch abbaubares Naturprodukt ein immenses Potenzial in der regenerativen Medizin. Forschende haben nun zweiseitige Spinnenseidenfasern hergestellt, die geschädigte Nerven- oder Muskelzellen eine wirkungsvolle Plattform zum Wachsen bieten könnten. Wie sie in der Zeitschrift „Angewandte Chemie“ berichten, eignet sich eine Faserseite zum Anheften der Zellen, auf die andere Seite können Hilfsstoffe und andere Substanzen angebracht werden.

Spinnenseide ist ungiftig, biokompatibel und wird kaum von Mikroben besiedelt. Diese Eigenschaft macht sie interessant als Stützmedium, um geschädigte Nervenzellen neu wachsen zu lassen. Mit ursprünglicher Spinnenseide dauert dieser Vorgang jedoch noch sehr lange und muss kompliziert vorbereitet werden. Der Materialwissenschaftler Thomas Scheibel von der Universität Bayreuth und sein Team haben die Naturfaser deshalb mit einem biotechnologischen Ansatz gleich mehrfach optimiert.

In Scheibels Arbeitsgruppe wird Spinnenseide rekombinant hergestellt, also von einem gentechnisch veränderten Mikroorganismus produziert. „Das hat Qualitätsvorteile“, sagt Scheibel. „Und ich habe die Möglichkeit, die Proteine zu modifizieren.“ Mit diesem Ansatz konstruierte das Team Januskörper-ähnliche Spinnenseidenfasern, die zwei unterschiedlich optimierte Spinnenseidenproteine in sich vereinen.

Januskörper haben wie der berühmte Gott Janus aus der Antike zwei „Gesichter“ oder Seiten. Eine Seite der Faser bestand aus einem Spinnenseidenprotein, in dem das Team eine einzige Aminosäure ausgetauscht hatte. Dadurch kehrte sich die Nettoladung des Proteins um. „Die Materialoberfläche wird dadurch attraktiver für Zellen,“ erklärt Scheibel.

Die andere Seite bestand aus einem Spinnenseidenprotein, an das die Forschenden die Aminosäure Cystein angefügt hatten. Mit Cystein kann „Klickchemie“ betrieben werden, eine chemische Methode der Funktionalisierung von Materialien, bei der die Reaktionspartner so einfach miteinander reagieren, als ob man sie nur Anklicken müsste.

Durch das Janus-Elektrospinnen, dem Ausziehen einer zweiseitigen Faser aus zwei getrennten Proteinlösungen in einem elektrischen Feld, stellte das Team ein wasserlösliches Vorprodukt her, dessen Nachbehandlung die kristallinen, unlöslichen Janusfasern ergab. Das Produkt belegten sie dann auf der entsprechenden Seite durch Klickchemie mit Gold-Nanopartikeln, die die Spinnenseide leitfähig und somit den Erfolg der Behandlung direkt messbar machten.

Mit Nanogold belegte Janus-Spinnenseidenfasern könnten das Wachstum von Muskelzellen stimulieren. „Muskeln lassen sich elektrisch anregen, das wäre auf einem solchen ‚Golddraht‘ aus Spinnenseidenfasern möglich,“ erklärt Scheibel. Andere Modifikationen seien aber vielversprechender. Durch Klickchemie möchten die Forschenden Wachstumsfaktoren einführen, um nicht nur das Anwachsen von Nervenzellen auf der Spinnenseide, sondern auch deren gezieltes und schnelleres Wachstum entlang einer Schiene ermöglichen.

Fakten, Hintergründe, Dossiers

  • Spinnenseide
  • regenerative Medizin
  • Nervenzellen
  • Klick-Chemie
  • Elektrospinnen
  • Muskelzellen

Mehr über Uni Bayreuth

  • News

    Auf dem Weg zu Wirkstoffen gegen altersbedingte Erkrankungen

    Auf der Suche nach Wegen, altersbedingte Erkrankungen des Menschen effektiv zu bekämpfen, ist das Enzym Sirtuin 6 (Sirt6) in den Fokus der biochemischen Forschung gerückt. Eine gezielte Aktivierung von Sirt6 könnte derartige Erkrankungen, zum Beispiel einige Krebsarten, verhindern oder absc ... mehr

    Neuartige Helfer für die Biomedizin: Magnetische Nanopartikel aus Bakterien

    Magnetische Nanopartikel aus Bakterien könnten schon bald eine bedeutende Rolle in der Biomedizin oder Biotechnologie einnehmen. Forscher der Universität Bayreuth haben jetzt ein Verfahren entwickelt und optimiert, mit dem die Partikel aus Bakterien isoliert und von Zellrückständen gereinig ... mehr

    Neue hochinteressante Perspektiven für die Antibiotika-Forschung

    Forscher der Universität Bayreuth und der Columbia University in New York berichten in der Zeitschrift „iScience“ über wegweisende Erkenntnisse zur Proteinbiosynthese in Bakterien. Das kleine Protein NusG verknüpft zwei molekulare Maschinen, die bei der Genexpression, der Herstellung bakter ... mehr

  • q&more Artikel

    Authentische Lebensmittel

    Authentische Lebensmittel erfreuen sich bei Konsumenten zunehmender Beliebtheit. Ein regionales, sortenreines und/oder speziell hergestelltes Produkt ist in einem stark industrialisierten Markt in steigendem Maß ein Garant für mehr Wertschöpfung. Gerade im Premiumsegment lassen sich durch ö ... mehr

    Mehr als Honig?

    Seit Jahrtausenden ist „Honig“ ein Inbegriff für ein naturbelassenes und gesundes Lebensmittel. Dementsprechend erfreut sich Honig auch bei Konsumenten steter Beliebtheit – gerade in Zeiten, in denen biologische Lebensmittel und eine gesunde Lebensweise aktueller sind als je zuvor. mehr

    Extraportion Zink

    Mächtige Unterarme, Pfeife im Mund, Matrosenhut. In Sekundenschnelle ist die Dose Spinat geöffnet und ­geleert. Mit nun übermenschlicher Kraft geht es in die nächste Rauferei. So kennen wir Popeye, den Seemann. Das Geheimnis seiner Stärke ist der hohe Eisengehalt von Spinat. Mit dieser Vors ... mehr

  • Autoren

    Dr. Christopher Igel

    Jg. 1990, absolvierte von 2009 bis 2013 sein Bachelor-Studium in Biochemie an der Universität Bayreuth. Die Bachelorarbeit zum Thema „Honiganalytik mittels NMR“ fertigte er am Forschungszentrum BIOmac unter der Leitung von Prof. Dr. Schwarzinger an. mehr

    Wolfrat Bachert

    Jg. 1987, begann zunächst ein Studium des Maschinen­baustudium an der TU Dresden, eher er 2009 zum Studium der Biologie an die ­Universität Bayreuth wechselte, wo er 2013 am Lehrstuhl für Biochemie unter der Leitung von Prof. Dr. Wulf Blankenfeldt seine Bachelorarbeit zum Thema „Charakteri­ ... mehr

    Christopher Synatschke

    Christopher Synatschke hat an der Universität Bayreuth und der University of New South Wales, Sydney Chemie mit Schwerpunkt Polymerforschung studiert und ist seit 2009 Doktorand in der Arbeitsgruppe von Prof. Axel H. E. Müller an der Universität Bayreuth. Seine Forschungsinteressen sind die ... mehr

Mehr über Angewandte Chemie

  • News

    Herumgereichte Elektronen

    Durch Licht ausgelöste Ladungsübertragungen (Charge-Transfer) sind eine interessante elektronische Eigenschaft von Berliner Blau und einigen analog aufgebauten Verbindungen. Ein Forschungsteam konnte jetzt die ultraschnellen Prozesse bei der lichtinduzierten Ladungsübertragung zwischen Eise ... mehr

    Kristalle passend gemacht

    Das Substrat passt in sein Enzym wie ein Schlüssel ins Schlüsselloch – diese Veranschaulichung hinkt etwas. Denn die Bindung des Substrats kann auch das „Schlüsselloch“ (die Struktur des Enzyms) so verändern, dass es perfekt passt (Induced Fit). Ein internationales Forschungsteam stellt in ... mehr

    Schaltbare IR-aktive organische Pigmente

    In der Photosynthese und der organischen Photovoltaik wandeln Pigmente Licht in elektrische Ladung um. Wissenschaftler haben nun ein ungewöhnliches organisches Pigment hergestellt, das sich durch elektrische Ladung „anschalten“ und dann zu einem intensiven Farbstoff wird, der Licht im Nahin ... mehr

q&more – die Networking-Plattform für exzellente Qualität in Labor und Prozess

q&more verfolgt den Anspruch, aktuelle Forschung und innovative Lösungen sichtbar zu machen und den Wissensaustausch zu unterstützen. Im Fokus des breiten Themenspektrums stehen höchste Qualitätsansprüche in einem hochinnovativen Branchenumfeld. Als moderne Wissensplattform bietet q&more den Akteuren im Markt einzigartige Networking-Möglichkeiten. International renommierte Autoren repräsentieren den aktuellen Wissenstand. Die Originalbeiträge werden attraktiv in einem anspruchsvollen Umfeld präsentiert und deutsch und englisch publiziert. Die Inhalte zeigen neue Konzepte und unkonventionelle Lösungsansätze auf.

> mehr zu q&more

q&more wird unterstützt von: