Spinnenseide

Multifunktionale Spinnenseide – ein vielversprechender Werkstoff

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Erste Anwendungen von künstlichen Spinnenseidenvliesen

Exemplarisch wurden herkömmliche Filtersysteme deutlich verbessert, indem dünne Spinnenseidenvliese auf kommerzielle Filtergewebe gesponnen wurden [11]. Die feinporigen Vliese erhöhen die Filtereffizienz, wobei der Druckverlust durch die geringe erforderliche Schichtdicke des Vlieses niedrig ist und der Filter dadurch energieeffizienter arbeitet.

Spinnenseidenvliese eignen sich aber ebenso für den Einsatz im medizinischen Bereich. In einer Studie konnte man zeigen, dass sich das Wachstumsverhalten von Zellen auf Spinnenseidenvliesen mithilfe der Faserdurchmesser kontrolliert beeinflussen lässt [12], wobei Zellen auf Vliesen mit vergleichsweise kleinen Faserdurchmessern (D = 150 nm) nur schlecht wachsen. Diese Eigenschaft kann beispielsweise beim Einsatz von Wundabdeckungen genutzt werden, da die Vliese aufgrund ihrer kleinen Poren eine Barriere für Krankheitserreger von außen darstellen, jedoch sauerstoff- und feuchtigkeitsdurchlässig sind und dabei nicht ins heilende Gewebe integriert werden.

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Im Gegensatz dazu wurde festgestellt, dass Zellen auf Fasern mit größeren Durchmessern (D = 680 nm) gut wachsen. Solche Fasern könnten für die Rekonstruktion von Gewebe verwendet werden, da sie den Zellen eine künstliche extrazelluläre Matrix bieten, die aufgrund ihrer hohen Porosität die Diffusion von Nährstoffen zu den Zellen begünstigt (Bild 5).

Der Einsatz künstlicher Spinnenseidenproteine ist nicht nur auf die Herstellung von Fasern beschränkt. Wir konnten beispielsweise erfolgreich Implantatbeschichtungen aus künstlicher Spinnenseide herstellen, um die Bioverträglichkeit von Brustimplantaten zu verbessern [13]. Außerdem werden derzeit neue seidenbasierte Systeme zur kontrollierten Freisetzung medizinischer Wirkstoffe im Körper entwickelt [14].

Die Firma AM-Silk GmbH hat bereits mit der Marktetablierung von Produkten auf Spinnenseidenbasis begonnen – so setzt man die Seide einerseits in Produkten für Zellkultur aber auch in hautverträglichen Kosmetikartikeln ein. Dies ist allerdings erst der Anfang der Etablierung von spinnenseidenbasierten Produkten, denn das Multitasking Potenzial von Spinnenseide ist noch lange nicht ausgeschöpft. MM

Literatur

[1] F. G. Omenetto, D. L. Kaplan, Science 2010, 329, 528-531.

[2] S. SenGupta, T. Scheibel, in: Protein Folding and Misfolding, 2007.

[3] U. Slotta, S. Hess, K. Spiess, T. Stromer, L. Serpell, T. Scheibel, Macromol. Biosci. 2007, 7, 183-188.

[4] M. Heim, L. Roemer, T. Scheibel, Chem. Soc. Rev. 2010, 39, 156-164.

[5] C. Vendrely, T. Scheibel, Macromol. Biosci. 2007, 7, 401-409.

[6] K. Spiess, S. Wohlrab, T. Scheibel, Soft Matter 2010, 6, 4168-4174.

[7] F. Vollrath, D. P. Knight, Nature 2001, 410, 541-548.

[8] T. Scheibel, Biospektrum 2009, 15, 23-25.

[9] a) A. Greiner, J. H. Wendorff, Angew. Chem.-Int. Edit. 2007, 46, 5670-5703; b) E. Smit, U. Buttner, R. D. Sanderson, Polymer 2005, 46, 2419-2423.

[10] B. Sundaray, V. Subramanian, T. S. Natarajan, R. Z. Xiang, C. C. Chang, W. S. Fann, Appl. Phys. Lett. 2004, 84, 1222-1224.

[11] G. Lang, S. Jokisch, T. Scheibel, Journal of Visualized Experiments 2013, 75, e50492.

[12] A. Leal-Egana, G. Lang, C. Mauerer, J. Wickinghoff, M. Weber, S. Geimer, T. Scheibel, Adv Eng Mater 2012, 14, B67-B75.

[13] P. H. Zeplin, N. C. Maksimovikj, M. C. Jordan, J. Nickel, G. Lang, A. H. Leimer, L. Römer, T. Scheibel, Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 2658–2666.

[14] C. Blüm, A. Nichtl, T. Scheibel, Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 763-768 DOI: 10.1002/adfm.201302100.

* Dipl.-Ing. Gregor Lang ist wissenschaftlicher Mitarbeiter der Fakultät für Ingenieurwesen an der Universität Bayreuth in 95440 Bayreuth. Prof. Dr. Thomas Scheibel hat dort den Lehrstuhl für Biomaterialien inne. Tel. (09 21) 55 73-6 01, info@bm.uni-bayreuth.de, www.fiberlab.de

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