Zeitung Heute : Spaghetti-Knäuel am Implantat

TU-Wissenschaftler geben Körperzellen einen Halt

Roland Knauer

Das Wettrennen zwischen den Zellen des Körpers und schädlichen Bakterien könnte Helmut Schubert vom Institut für Werkstoffwissenschaften und Werkstofftechnologien der TU Berlin zugunsten der Körperzellen entscheiden. Dabei geht es dem Forscher allerdings nicht um sportliche Höchstleistungen, sondern um die Lösung eines brennenden medizinischen Problems: Fällt ein Körperorgan aus, könnte ein technisches Gerät wie ein künstliches Herz oder eine Pumpe für Insulin weiterhelfen.

Die Leitungen von diesem Gerät in den Körper werden meist rasch von Bakterien besiedelt, die gefährliche Infektionen verursachen. Deshalb entwickeln die Forscher der TU Berlin Beschichtungen, an die sich Zellen des Körpers dauerhaft anheften und so den Mikroorganismen keinen Raum geben.

Damit haben die Zellen das gefährliche Wettrennen für sich entschieden. Leicht fällt dieser Sieg nicht, schließlich wimmeln auf der Haut eines Menschen ähnlich viele Bakterien wie er Zellen im Körper hat. Die Haut schützt sich mit einer Fettschicht vor den Mikroorganismen. Bisher gelang es nicht, einen Fettfilm zu entwickeln, der auch technische Implantate schützen kann. Auch Versuche mit Kunststoffen, die Silberionen enthalten, brachten nicht den gewünschten Erfolg. Silberionen töten zwar erwartungsgemäß die Bakterien, greifen aber auch die Zellen des Körpers an, die dann nicht mehr anwachsen.

Sobald Ärzte eine Leitung in den Körper implantieren, beginnt die umliegende Haut zu wachsen, um die Wunde zu schließen. Stoßen die wachsenden Zellen auf die Haut auf der gegenüber liegenden Seite der Wunde, sendet diese einen Botenstoff aus, der das Wachstum stoppt. Die künstliche Leitung in den Körper kann solche Signale nicht aussenden, so dass die Haut weiter wächst, auch wenn sie das Implantat erreicht hat.

Dadurch bilden sich Taschen, die oft einen idealen Brutraum für Bakterien bilden. Verhindern ließe sich das, wenn die Körperzellen schneller an der künstlichen Leitung festwachsen würden als die Bakterien. Dafür gibt es ein Beispiel aus der Natur: Dem Hirscheber Babyrousa babyrousa auf der indonesischen Insel Sulawesi wachsen die Hauer nicht nach vorne aus dem Maul heraus, sondern durchbrechen die Haut des Rüssels nach oben. Da Infektionen an der Durchbruchstelle praktisch nicht auftreten, wie pathologische Untersuchungen von Ulrich Gross zeigten, nahm sich das Team um Schubert das seltene Tier zum Vorbild.

Wie die Zähne von Säugetieren, besteht der Zahnschmelz der Hirscheberhauer zu mehr als neunzig Prozent aus dem Mineral Hydroxylapatit. Als TU-Forscher Michael Meyer für seine Doktorarbeit Material für Hautdurchleitungen mit diesem Mineral beschichtete, hefteten sich die Zellen viel schneller darauf fest als vorher. Wird die Oberfläche vor dieser Beschichtung zudem aufgeraut, bildet sich rasch ein Film lebender Körperzellen auf dem Implantat. Die Bakterien haben dann keine Chance mehr.

Leitungen mit künstlichem Zahnschmelz als Außenbeschichtung eignen sich daher als Implantate, die von äußeren Geräten in den Körper hineinführen und die so die Funktion ausgefallener Organe übernehmen können. Ideal sind sie dennoch nicht. Während der Hauer des Ebers starr durch die Haut des Rüssels sticht, sollte die Haut an einem Implantat noch ein wenig beweglich bleiben.

Um dieses Ziel zu erreichen, wirft Helmut Schubert wieder einen Blick in die Natur. Denn die Oberhaut ist mit der Unterhaut des Körpers zwar sehr fest, aber eben auch sehr beweglich verbunden. Zwar gab es bereits Spekulationen, wie dieser Zusammenhalt zustande kommt, genaue Untersuchungen fehlten bisher aber, weil sie nur sehr aufwendig durchführbar sind.

Schubert kam dem Rätsel auf die Spur, als er die modernsten Analysemethoden der Werkstoffwissenschaft zu Hilfe nahm. Er fand heraus, dass aus beiden Hauttypen lange Eiweiß-Fäden ragen. Dabei bildet jeweils ein Faden der Unterhaut eine Schlaufe mit einem anderen Eiweiß der Oberhaut. Da es sehr viele dieser „Verbindungsfäden“ gibt, ähnelt der Übergang „ein wenig einem Spaghetti-Knäuel, wie es in der Mensa manchmal serviert wird“, erklärt der Werkstoffwissenschaftler.

Entwirren lässt sich das Knäuel kaum, wie jeder Student weiß. Auch bei Unterhaut und Oberhaut ist es so. Sie halten fest zusammen und bleiben doch ähnlich beweglich wie besagtes Spaghetti-Knäuel. Jetzt müssen die Forscher nur noch künstliche Fäden auf ihre Implantate aufbringen, um den Zellen des Körpers ein optimales, aber bewegliches Verknäueln zu ermöglichen. Roland Knauer

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