Künstliche Florfliegenseide für die Medizintechnik

Interview mit Martin Schmidt, Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP, Funktionale Proteinsysteme/Biotechnologie

01.03.2017

Forscher haben der Natur schon oft "auf die Finger geschaut", oftmals mit erstaunlichen Ergebnissen. Nun wurde der Florfliege diese Ehre zuteil. Die Art, wie sie ihre Eier auf biegesteife Stiele setzt, wollen Forscher für neue Folien, Kapseln oder Kugeln verwenden. COMPAMED hat nachgefragt, wie weit das Verfahren fortgeschritten ist.

Bild: Florfliegeneier auf ihren Stielen; Copyright: Wikimedia Commons, Karthik R. Bhat

Lediglich 15 Mikrometer sind die Eierstiele der Florfliege dick. Darüber hinaus sind sie sehr biegesteif. So zeigen sie immer nach oben, selbst wenn sich das Blatt, auf dem sie befestigt sind, sich bewegt oder dreht; © Wikimedia Commons, Karthik R. Bhat

Herr Schmidt; was unterscheidet die Seidenproteine der Florfliege von den bisher, bereits in der Industrie, verwendeten Seidenproteinen?

Martin Schmidt
: Sie beziehen sich bei der Frage sicherlich auf die Spinnseidenproteine. Bei diesen ist es so, dass die Faser darauf ausgerichtet ist, eine hohe Zugfestigkeit zu besitzen. Wenn Sie sich ein Spinnennetz vorstellen, mit dem ein Insekt gefangen werden soll, muss die Faser eine gewisse Stabilität und Elastizität besitzen, um die enorme Zugkraft aufnehmen zu können. Deshalb ist sie so angelegt, dass die kristallinen Strukturen parallel zur Faser ausgerichtet sind. Bei der Florfliegenseide stehen die kristallinen Regionen in Form von antiparallelen beta-sheets jedoch senkrecht zur Faserachse. Dadurch erhalten sie eine hohe Biegesteifigkeit. Hierdurch ergeben sich für uns gänzlich neue Einsatzmöglichkeiten.
Bild: Lächelnder Mann im Laborkittel mit Brille - Martin Schmidt; Copyright: Fraunhofer IAP, Foto: Till Budde

Martin Schmidt; © Fraunhofer IAP, Foto: Till Budde

Sie möchten die Florfliegenseide künstlich herstellen. Wie wollen Sie vorgehen?

Schmidt: Die Vorarbeiten dazu sind an der Universität Bayreuth unter Prof. Thomas Scheibel durchgeführt worden, der die natürliche Gensequenz betrachtet und diese im nächsten Schritt auf ein E.coli-Bakterium übertragen hat. Das Bakterium ist nun in der Lage das gewünschte Seidenprotein herzustellen. Unser Part ist es zusammen mit unserem Kooperationspartner, der AMSilk GmbH, dieses Seidenmaterial nicht nur im akademischen Maßstab mit einigen hundert Milligramm zu produzieren, sondern es in den „Gramm pro Liter-Maßstab“ zu überführen. Ein großer Teil des Projektes widmet sich deshalb der Fermentation und stellt sicher, dass das Bakterium die besten Bedingungen hat, um das Protein zu produzieren. Darüber hinaus wollen wir Wege finden, das Material kostengünstig und in möglichst reiner Form aus dem Bakterium zu extrahieren.

Bei der natürlichen Florfliege wird das Material nach oben gezogen. Gehen Sie in der Verarbeitung ähnlich vor?

Schmidt: Die Natur kann man so einfach leider nicht nachbauen. Es sind ganz andere Prozesse bei der Florfliege zu finden, damit ein solcher Faden entsteht. Man muss schauen, welche technischen Verfahren sich für uns anbieten.
Bild:Ein grüner Plastikrahmen, in dem ein Bild der Florfliegen zu sehen ist. Davor ist eine Folie gespannt, die aus Florfliegenseide besteht; Copyright: Fraunhofer IAP

Das Foto zeigt einen Rahmen, in dem eine Folie aus künstlicher Florfliegenseide gespannt ist. Hinter der Folie ist ein Bild von Florfliegeneiern zu sehen ; © Fraunhofer IAP

Was schwebt Ihnen vor?

Schmidt
: Die Florfliege produziert in einer Drüse die beschriebenen Florfliegenseidenproteine. Diese werden auf eine Blattoberfläche abgegeben. Danach drückt sie ein Ei in das Proteinsekret und zieht es nach oben, wodurch der Faden entsteht. Bei uns ist es so, dass wir dieses Protein über Bakterien zunächst herstellen. Dann müssen wir das Protein in reiner Form gewinnen, sodass wir es zum Beispiel in Pulverform vorliegen haben. Und aus diesem Pulver stellen wir dann im Anschluss die Materialien her. Das können Fasern, aber auch Folien, Kugeln oder Kapseln sein – das alles ist möglich.

Sie wollen das Material für die Medizintechnik einsetzen. Welche Verwendung ist denkbar?

Schmidt: Aufgrund der Biegesteifigkeit des Materials könnte man sich zum Beispiel Scaffolds aus Florfliegenseide vorstellen. Aber auch Beschichtungen von Implantaten sind denkbar. Es gibt bereits Beispiele mit Spinnenseide, mit der Brustimplantate beschichtet werden, um die Abstoßungsreaktion des Körpers zu vermindern. Das wäre auch mit Florfliegenseide denkbar.

Gibt es zur Bioverträglichkeit von Florfliegenseide bereits erste Untersuchungen?

Schmidt: Hierzu sind ebenfalls an der Universität Bayreuth Vorarbeiten gemacht worden, um das Zellwachstum zu untersuchen. Aber weitere Test sind noch unbedingt notwendig.

Bis wann läuft das Projekt "Florfliegenseide"?

Schmidt: Das von der "Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe (FNR)" geförderte Projekt hat im September 2014 begonnen und endet im August dieses Jahres. Dann ist der Hauptteil des Projektes, die Bereitstellung des "künstlichen" Florfliegenseiden-Materials sowie die Überlegungen zur Materialverwendung, abgeschlossen. Im Anschluss folgen die nächsten Projekte in Richtung Materialentwicklung.

Foto: Simone Ernst; Copyright: B. Frommann

© B. Frommann

Das Interview führte Simone Ernst.
COMPAMED.de