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Tissue Engineering: Was die Durchblutung verbessert

Regenerative Medizin
Was Spinnenseidenproteine beim Tissue Engineering leisten

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Blutgefäße (blau) sprossen aus einer arteriovenösen Gefäßschleife, einem so genannten AV-Loops – hier in einer mikrotomographischen Darstellung zu sehen (Bild: FAU/Tobias Fey)
Das Gewebe wächst unter Laborbedingungen – aber es braucht Gefäße und Durchblutung, um größere Strukturen zu bilden. Forscher aus Nürnberg und Bayreuth haben gezeigt, dass bestimmte Peptide am Gerüst aus Spinnenseide diese Entwicklung fördern.

Gewebedefekte wie zum Beispiel bei großflächigen Verbrennungen lassen sich zum Teil heute schon mit Ersatzgewebe behandeln. Das ist hilfreich, denn die Verpflanzung von Eigengewebe ist nicht immer möglich, etwa weil die Wunden zu groß sind. Ein Problem beim Züchten von Ersatzgewebe, dem so genannten Tissue Engineering, ist jedoch oft, die Durchblutung zu sichern.

Tissue Engineering auf dem Weg in den klinischen Einsatz

Für das Tissue Engineering werden die Zellen, die das Ersatzgewebe bilden sollen, in ein spezielles Gerüst eingebracht, die Trägermatrix. Diese implantieren Mediziner später mitsamt den Zellen in den Defekt. Das bezeichnet Prof. Dr. Raymund E. Horch als „eine innovative und besonders schonende Technik, um großvolumige Gewebedefekte wiederherzustellen“. Horch ist Direktor der Plastisch- und Handchirurgischen Klinik am Universitätsklinikum Erlangen der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU). Die Durchblutung der zellularisierten Trägermatrix ist seiner Einschätzung nach die kritische Stellgröße für den erfolgreichen klinischen Einsatz des Tissue Engineering.

Spinnenseide plus Peptide, die Gefäßwachstum fördern

Als Trägermaterialien für das Gewebe kommen Spinnenseidenproteine in Frage. Denn: Spinnenseide übertrifft in ihrer Stabilität und Dehnbarkeit sogar Hightech-Fasern. Sie kann zum Beispiel dreimal mehr Energie aufnehmen als Kevlar, bevor sie reißt. Und werden Spinnenseidenproteine im Sinne einer Biofunktionalisierung behandelt, verbessert sich die Durchblutung der Gewebegerüste. Das hat eine aktuelle Arbeit von Forschungsgruppen der FAU und der Universität Bayreuth gezeigt. Die Forschenden fügten den Spinnenseidenproteinen einen Stoff hinzu, der das Wachstum von Blutgefäßen fördert.

In zahlreichen Vorarbeiten konnten die Wissenschaftler nachweisen, dass eine arteriovenöse Kurzschlussverbindung, ein so genannter AV-Loop, Durchblutung und Gewebeneubildung verbessert. AV-Loops sind dreidimensionale Gefäßschleifen, die je über eine Arterie und eine Vene an den Blutkreislauf angeschlossen sind. Rund um die Gefäßschleife sollen sich dann Blutgefäße ausbilden, damit neu verpflanztes Gewebe durchblutet und mit Sauerstoff versorgt werden kann.

Biofunktionalisierung von Spinnenseidenproteinen

Die Verwendung von besonders dünnen Fasern aus dem Spinnenseidenprotein eADF4(C16) verbessert die Vaskularisierung, die vom AV-Loop ausgeht, deutlich. In der aktuellen Studie wurde eine Matrix aus dieser bewährten Spinnenseide mit einem zusätzlichen RGD-Peptid eingesetzt. Dieses fördert unter anderem die Blutgefäßneubildung.

Über vier Wochen wurden Matrizes aus der eADF4(C16)-RGD-Spinnenseide mittels AV-Loop vaskularisiert und mit der Kontrollgruppe ohne das Peptid verglichen. „Dabei konnten wir eine deutliche Steigerung der Durchblutung in der RGD-Gruppe beobachten“, berichtet PD Dr. Steiner. Die Matrix war nicht nur besonders biokompatibel, der Abbau erfolgt auch langsamer als bei anderen Biomaterialien.

Die Studie erfolgte im Rahmen des DFG-geförderten Sonderforschungsbereichs SFB TRR225 „Von den Grundlagen der Biofabrikation zu funktionalen Gewebemodellen“.

Kontakt:
PD Dr. Dominik Steiner
Professur für Plastische Chirurgie und Handchirurgie
E-Mail: dominik.steiner@uk-erlangen.de

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