Oberflächen: Eiweißen bei der Besiedlung zuschauen

06.02.2013

Dort, wo künstliche (synthetische) Materialien mit biologischen Systemen in Kontakt kommen, spielen Eiweiße eine Schlüsselrolle. Angelagerte (adsorbierte) Eiweiße bestimmen beispielsweise an Implantatoberflächen ganz wesentlich die Reaktion des Körpers und damit den Erfolg des Implantats. Forscher der Universitäten in Jena und Boulder (USA) vertiefen nun dieses Thema in einem Biophotonikprojekt.

In der Lebensmittelindustrie, bei Biogasanlagen für die Erzeugung regenerativer Energien oder bei der Trinkwasserverteilung sind Eiweiße auf Materialoberflächen ebenfalls von großer Bedeutung – allerdings als Problem. In diesen Anwendungen können sich beispielsweise Bakterien mittels Eiweißen an Materialoberflächen wie Wasserleitungen aus Kunststoff anheften, was zum Beispiel – wie im vergangenen Sommer – zur Verbreitung von Coli-Bakterien in Trinkwasserverteilungssystemen führen kann.

„Das Verständnis und die Steuerung von Eiweiß-Adsorptionsprozessen an Materialoberflächen ist eine der zentralen Fragen der modernen Materialwissenschaft und der Biophysik”, ist Professor Klaus D. Jandt von der Friedrich-Schiller-Universität Jena überzeugt. Um diese Adsorptionsprozesse besser zu verstehen und zu steuern, gehen der Inhaber des Lehrstuhls für Materialwissenschaft und sein Team neue Wege: Sie nutzen nanostrukturierte Materialoberflächen zur kontrollierten Anlagerung der Eiweiße.

Durch die winzigen Strukturen kann die Anordnung der Eiweiße auf den Materialoberflächen gezielt gesteuert und individuell beeinflusst werden. Die Vision der Jenaer Materialexperten: die Anlagerung der Eiweiße durch die Nanostrukturen so zu beeinflussen, dass weniger Bakterien an ihnen haften bleiben oder sich Körperzellen verstärkt – zum Beispiel an Implantatoberflächen – ansiedeln. Für innovative Arbeiten zu diesem Themenkomplex ist Jandt und Doktor Thomas Keller im vergangenen Jahr der Thüringer Forschungspreis für angewandte Forschung verliehen worden.

Jetzt wollen die Jenaer Materialwissenschaftler noch einen Schritt weitergehen: „Um die Bewegung der Eiweiße auf den nanostrukturieren Materialoberflächen sichtbar zu machen, sind raffinierte biophotonische Methoden nötig,“ erläutert Jandt. Auf der Suche nach solchen Methoden sind die Forscher an der University of Boulder im US-Bundesstadt Colorado fündig geworden. Dort wurde in der Gruppe von Professor Daniel Schwartz die sogenannte MAPT (Mapping using Accumulated Probe Trajectories) entwickelt. Das ist eine biophotonische Methode, die die Anlagerungsprozesse der Eiweiße mit Licht-Fluoreszenz in ihrem zeitlichen Ablauf sichtbar macht. „Ein wesentliches Ergebnis unserer neuen Kooperation mit der University of Boulder ist, dass die Eiweiße sich auf der nanostrukturierten Materialoberfläche bewegen und dabei bestimmte Richtungen bevorzugen. Diese Erkenntnis wurde durch die MAPT-Methode ermöglicht“, sagt Jandt.

COMPAMED.de; Quelle: Friedrich-Schiller-Universität Jena