Von der Natur abkupfern


Miesmuscheln sind Schiffsbesitzern ein Dorn im Auge. Der Grund: Sie kleben sich mit Vorliebe ans Unterwasserschiff, verlangsamen so die Fahrt und erhöhen die Treibstoffkosten. Die blinden Passagiere zu entfernen, ist schwierig und teuer, denn sie haften bombenfest - in ihrem natürlichen Lebensraum sind sie darauf angewiesen, Salzwasser, Strömung und starker Brandung zu trotzen.

Des Kapitäns Leid ist in diesem Fall des Chemikers Freud: Klaus Rischka ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung in Bremen. Der Chemiker und seine Kollegen interessieren sich für den Muschelkleber, „denn er klebt auch dann zuverlässig, wenn es nass ist.“ Vermutlich kann er auch vom Körper abgebaut werden – geradezu ideal für medizinische Anwendungen, zum Beispiel für die Befestigung von Zahnimplantaten, künstlichen Herzklappen oder Gefäßprothesen.

Mit dem Muschelkleber könnten zukünftig auch Operationswunden und Organe geklebt werden, statt sie zu nähen. Ein neuer und vielversprechender Ansatz, wenn es funktioniert: Zum einen lassen sich mit Klebstoff große Flächen schneller miteinander verbinden. Zum anderen kann man aber auch in extrem winzigen Dimensionen kleben. „Ärzte können nicht beliebig klein nähen. Das ist besonders in der Mikrochirurgie häufig problematisch“, erklärt Rischka.

Das Ziel ist nun, einen Klebstoff in Anlehnung an den Muschelkleber künstlich zu produzieren. Denn die natürlichen Klebeproteine, die die Muschel aus einer Drüse ausscheidet, lassen sich nur mit hohem Aufwand gewinnen. „10.000 Muscheln produzieren gerade mal ein Gramm Klebstoff“, rechnet Rischka vor. Das sei sehr teuer und ökologisch bedenklich. Außerdem müsse das Material für den Einsatz in der Medizin immer die gleiche Qualität haben. „Das ist bei Naturprodukten schwierig, weil sie häufig durch Fremdstoffe verunreinigt sind“.

Bisher gelang es den Forschern, Peptideinheiten, also einzelne Bestandteile des Klebstoffes der Muschel, synthetisch herzustellen. Bis der neue Haftstoff auf den Markt kommen kann werden aber noch mindestens fünf Jahre vergehen, schätzt Rischka.

Geckos: Kleben ohne Klebstoff

Auch Geckos sind wahre Klebekünstler. Problemlos laufen sie über Fensterscheiben und hängen kopfüber an der Decke. Vor sieben Jahren hat der amerikanische Biologe Kellar Autumn das Geheimnis dieses Phänomens gelüftet: Geckos haben unter ihren Füßen Millionen feiner Härchen, mit deren Hilfe sie den Oberflächenkontakt vergrößern und so besser kleben.

Genau dieser Mechanismus ist Vorbild für ein neues medizinisches Klebeband. Forscher vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in den USA haben die Härchen des Geckos imitiert, indem sie einen neuen Kunststoff entwickelt und diesen auf eine perforierte Siliziumfläche gegossen haben. Nachdem der Kunststoff gehärtet war, wurde der fertige Film abgezogen. „Auf der Oberfläche entstanden so zahlreiche kleine Härchen“, erklärt der Schweizer Chemiker Andreas Zumbühl, der an der Erfindung des Klebestreifens beteiligt war.

Allerdings haftet das Klebeband bei Feuchtigkeit nicht so gut. Die Lösung: Das Band wird mit einem Zuckerpolymer beschichtet, das aus mehreren Alkoholgruppen besteht. Diese binden Wasser durch elektrostatische Kräfte, so genannte Wasserstoffbrücken. Außerdem enthält das Polymer Aldehyde, die chemische Bindungen zu Aminen eingehen können, die sich überall auf den Zellen befinden. Die klebrige Substanz bewirkt, dass das Band bis zum Ende einer Wundheilung in feuchter Umgebung hält. „Zurzeit arbeiten meine Kollegen daran, die Gecko-Härchen besser nachzuahmen, um so die Haftkraft des Klebebandes noch zu steigern“, so Zumbühl.

Gecko und Muschel: Gemeinsam unschlagbar

Forscher der amerikanischen Northwestern University in Illinois hatten vor kurzem die Idee, die beiden Klebewunder Gecko und Miesmuschel miteinander zu verbinden. Sie kreierten eine Silikonfläche mit zahlreichen winzigen Pfeilern und bestrichen diese mit dem Klebeprotein der Miesmuschel. Ihr neu entwickeltes Klebeband tauften sie „Geckel“ – eine Wortschöpfung aus „gecko“ und „mussel“.

Zumbühl meint: „Für den Einsatz in der Medizin ist unser Klebeband allerdings aufgrund seiner enormen Dehnbarkeit besser geeignet.“ Der Kunststoff lässt sich auf die doppelte Größe auseinanderziehen. So sei es beispielsweise möglich, ein Loch im Herz zu flicken, denn das Band passt sich der Herzbewegung an.

„Die Idee mit dem Muschelkleber ist aber super“, gibt Zumbühl zu, denn der klebe viel besser als das Zuckerpolymer. „Wahrscheinlich wäre eine Synthese aus beidem, also aus unserem Kunststoff und dem Muschelkleber, ideal. Das sollte man direkt mal ausprobieren.“

Sonja Endres
COMPAMED.de