Nano-Bausteine der Tabakpflanze machen Körperimplantate biokompatibel
Nano-Bausteine des Tabakmosaikvirus (TMV) verleihen sogenannten synthetischen Hydrogelen Stabilität und bioaktive Eigenschaften. Das macht sie in der Medizintechnik zur körperschonenden Alternative zu Metallen und Keramiken. An ihrer Erforschung arbeitet das neue Projekthaus Nanobiometer in Stuttgart.
Tabakbauer Alfred Schnebel und seine Frau Elsa bringen auf ihrem Tabakfeld bei Neuried-Ichenheim im Ortenaukreis geerntete Blätter zum Erntewagen. Viele Tabakpflanzen sind mit dem für den Menschen ungefährlichen Tabakmosaikvirus infiziert. Seine Nanopartikel können synthetischen Hydrogelen mehr Stabilität verleihen.
Foto: dpa/Rolf Haid
Wie so oft liefert bei der Entwicklung neuer Materialien die Natur den besten Bauplan. Wasser und weiches Gewebe mit hydrogelartigen Strukturen machen den allergrößten Teil des menschlichen Körpers aus. Um erkrankte Organe zu unterstützen oder sogar zu ersetzen, konzentriert sich die Medizintechnik aber bis heute auf harte synthetische Materialien wie Metalle, Keramiken oder Polymere sowie auf Hybridmaterialien aus diesen Komponenten. Das passt eigentlich nicht zusammen.
Synthetische Hydrogele haben gewebeähnliche mechanische Eigenschaften
Mittlerweile gewinnen deshalb synthetische Hydrogele im biomedizinischen Bereich immer mehr an Bedeutung. Die Polymere enthalten Wasser, sind aber selbst wasserunlöslich und verknüpfen sich mit ihren Molekülen zu einem dreidimensionalen Netzwerk. Sie sind biokompatibel und haben gewebeähnliche mechanische Eigenschaften. Theoretisch lassen sich aus ihnen nahezu beliebige Strukturen und Formen herstellen – von ergänzenden Komponenten im Körper bis hin zum fertigen Organ.
In Stuttgart ist nun das Projekthaus Nanobiomater eröffnet worden, in dem Einzelinitiativen im Bereich der Biomaterialien zukünftig gebündelt werden, die rund um die Universität Stuttgart entstanden sind. Das Team aus Biologen, Chemikern, Materialwissenschaftlern und Ingenieuren sieht in der Vernetzung ihrer Forschungen die beste Voraussetzung, um gemeinsam neue biokompatible und weiche Funktionsmaterialien zu entwickeln.
Nicht nur in der Biomedizin gibt es dafür Einsatzmöglichkeiten, auch in der miniaturisierten Diagnostik von Umwelt-, Lebensmittel- und Medizinanalytik eröffnen sie neue Möglichkeiten. Gefördert wird das Projekthaus von der Carl-Zeiss-Stiftung und der Uni Stuttgart.
Tabakvirus kann heilende Substanzen in menschlichen Körper einschleusen
Biologin Christian Wege ist eine der Koordinatoren des neuen Projekthauses Nanonbiomater. Die Professorin forscht und lehrt seit 20 Jahren auf dem Gebiet der Pflanzenvirologie an der Universität Stuttgart und hat sich ausgiebig mit dem Tabakmosaikvirus (TMV) beschäftigt. Für die Entwicklung neuer Hydrogele können die Virusforschungen von Wege einen wichtigen Beitrag leisten. „Nano-Bausteine aus der Welt der Pflanzenviren dienen als Gerüstkomponenten, die dem Hydrogel Stabilität und sensorische oder bioaktive Eigenschaften verleihen sollen“, umschreibt Biologin Wege ihren Ansatz.
Aus TMV-Proteinen und synthetisch hergestellter Ribonukleinsäure des Virus‘ hat die Biologin es mit ihrem Team geschafft, eine Art Baukasten herzustellen. Daraus können die Forscher verschiedene Konstruktionen herstellen, an die zum Beispiel Enzyme, Antikörper oder medizinische Wirkstoffe gekoppelt werden. Der für den Menschen unschädliche Pflanzenvirus ist der ideale Träger, um heilende Substanzen in den Körper zu schleusen.
So können Peptide an die Viruskonstruktion angebunden werden, die eine Differenzierung der Knochenmarkszellen unterstützen. Erprobt wird auch der Einsatz der TMV-Konstruktion in der Tumormedizin. Mit einer fluoreszierenden Markierung versehen, soll der Tabakvirus zur Bildgebung in der Onkologie eingesetzt werden. In Zukunft könnten vielleicht sogar Konstruktionen entwickelt werden, die mit Wirkstoffen bestückt gezielt Tumore ansteuern.
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