Naturidentischer "Leim" zur Fixierung von Knochenbrüchen
Muscheln produzieren Klebstoffe, die wasserfest und außerordentlich stabil sind, da sie Strömungen widerstehen und fest auf Oberflächen haften müssen. So kann die Forschung sich von der Natur inspirieren lassen, um Klebstoffe für chirurgische Eingriffe zu entwickeln. Zwar werden solche natürlich inspirierten Bioklebstoffe bereits für weiches Gewebe (Wundheilung) eingesetzt, für Hartgewebe wie Knochen müssen sie allerdings noch optimiert werden. Das EU-finanzierte Projekt DIADOM (Marine inspired biosilica-filled hydrogels) kombinierte einen biologischen, von Muscheln produzierten Klebstoff mit Siliciumdioxid aus Meeresorganismen, um die Knochenmineralisierung und damit das Wachstum zu verbessern. Der erste Versuch erfolgte mit einem zuvor entwickelten Hydrogel, das dem Klebstoff der Miesmuschel Mytilus edulis nachempfunden wurde. Die Verbindung zwischen Hydrogel und Biosilica erfolgte ebenfalls mit einer natürlichen chemischen Reaktion, die normalerweise Aminosäuren zu Proteinen verbindet. Im Test der mechanischen Eigenschaften des Hydrogelklebers zeigte sich, dass Gele größeren mechanischen Kräften standhalten, wenn sie mit Biosilica vernetzt sind. Außerdem geliert das Gel/Biosilica-Kompositsystem in weniger als drei Minuten und eignet sich damit zum Verkleben von Knochenfragmenten und Schnellverschluss von Wunden bei Operationen. Da DIADOM mit natürlicher Kieselsäure aus Meeresorganismen arbeitete, mussten auch toxische Effekte auf menschliche Zellen ausgeschlossen werden. So wurde erstmals an Mauszellen ein aus Algen des Mississippi gewonnenes Biosilica auf Toxizität geprüft. Dann wurde an Mausmodellen getestet, ob das Biosilica-Hydrogel-Kompositsystem Entzündungen u.a. in Nieren, Milz und Leber induziert. Nach Ausschluss toxischer Effekte bei den Mäusen erfolgte der Test an menschlichen Knochenzellen. Zwar lagen keine Anzeichen für Toxizität vor, die Zellen hafteten aber so schlecht am Hydrogel, dass die Tests abgebrochen werden mussten. DIADOM demonstrierte die wichtigen Vorteile naturidentischer Kleber für starke und schnelle Verbindungen zwischen Knochen. Obwohl das Potenzial für die Biomedizin enorm ist, muss die Bindungsfähigkeit an Oberflächen und die mechanische Widerstandsfähigkeit noch verbessert werden, bevor Patienten von dieser spannenden Innovation profitieren können.
Schlüsselbegriffe
Knochenbrüche, chirurgische Kleber, Muscheln, Meeresorganismen, biologische Kleber, Biosilica, Hydrogele
