Herzmuskelgewebe können durch einen Infarkt oder eine angeborene Störung geschädigt sein. Die Wundheilung ist schwierig, weil die Muskulatur ständig in Bewegung ist.
Jetzt fanden Empa-Forschende die perfekte Lösung: einen bioverträglichen Kleber, der auch am schlagenden Herzen haftet und dabei elastisch bleibt. Inspiriert haben sie sich an der enormen Haftkraft von Meeresmuscheln.
Die Meeresmuschel hat einen muskulösen Fuß, der sich an Felsen, Booten und Stegen anhaften kann. Dieser Effekt wird durch Drüsen gesteuert, die feine Haltefäden produzieren – auch Muschelseide genannt. Die Haltefäden widerstehen dem Wasser und bleiben dennoch hochelastisch. Merkmale, die auf zwei Eiweiße zurückzuführen sind, das mfp-3 und das besonders schwefelhaltige mfp-6. Diese sogenannten Strukturproteine haben herausragende mechanische Eigenschaften und sind bioverträglich mit lebendem Gewebe. Das macht sie besonders interessant für die Biomedizin.
Kleber auf Kollagenbasis
Die Empa-Forschenden gingen allerdings zunächst von Kollagen als Basis für den Kleber aus. Kollagen ist ein Eiweiß, das auch im menschlichen Bindegewebe und in den Sehnen vorkommt, erklärt der Studienleiter Claudio Toncelli vom Biomimetic Membranes and Textiles-Labor in St. Gallen.
Kollagen besteht aus einer vernetzten Struktur, die einigen natürlichen Eigenschaften des menschlichen Bindegewebes bereits recht nahe kommt. Allerdings ist das Hydrokolloid bei Körpertemperatur nicht stabil, sondern verflüssigt sich. Also mussten die Forschenden einen Weg finden, der Gelatine zusätzliche Eigenschaften zu verleihen.
Elastische Haftkraft
Die elastische Haftkraft der Muschelseide liegt am Zusammenspiel der darin enthaltenen Eiweiße. Die wogenden Kräfte unter Wasser sind vergleichbar mit den Bewegungen, die der pulsierende Herzmuskel verursacht. Das ließ die Muschelseide als geeignetes Vorbild für den Kleber für das Herzmuskelgewebe erscheinen.
Toncellis Team kombinierte die Gelatine-Biopolymere mit funktionellen chemischen Einheiten, die jenen der Muschelseide-Eiweiße mfp-3 und mfp-6 gleichen. In der Anwendung dieses Gelatine-Muschelseide-Gels vernetzen sich die Strukturproteine und schaffen eine stabile Verbindung der Wundflächen.
Gewebeverträglich
Wie gut der neuartige Kleber tatsächlich klebt, haben die Forschenden bereits in Laborexperimenten untersucht. Dabei zeigte sich, dass der Kleber einem Druck, der dem menschlichen Blutdruck entspricht, standhält, erklärt der Empa-Forscher Kongchang Wei. Auch Zellkultur-Experimente bestätigen dessen gute Gewebeverträglichkeit. Jetzt soll der Kleber raschestmöglich zur klinischen Anwendung gebracht werden.
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