Spinnenseide für Brustimplantate: Neuartige Beschichtung senkt das Risiko medizinischer Komplikationen

Brustimplantate aus Silikon kommen seit vielen Jahren in der Chirurgie zum Einsatz. Doch obwohl Silikon für derartige medizinische Anwendungen hervorragend geeignet ist, kommt es in der Folge nicht selten zu Komplikationen. Einer Forschergruppe um Prof. Dr. Thomas Scheibel an der Universität Bayreuth ist es jetzt gelungen, die Brustimplantate mit einer dünnen Haut aus biotechnologisch hergestellten Spinnenseidenproteinen zu überziehen. Dadurch können, wie die erfolgreich abgeschlossenen vorklinischen Tests zeigen, schmerz-hafte Folgewirkungen erheblich verringert oder ganz vermieden werden. Im Fachjournal „Advanced Functional Materials“ stellen die Wissenschaftler ihre Ergebnisse vor.

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Die rasterkraftmikroskopische Aufnahme zeigt links die Beschichtung aus Spinnen- seidenproteinen. Diese ist hier nur 900 Nanometer dick. 1 Nanometer ist der millionste Teil eines Millimeters, 1 Mikrometer der tausendste Teil eines Millimeters. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist im Durchschnitt rund 70.000 Nanometer dick. 

Implantate, deren Außenhülle aus Silikon besteht, dienen in vielen Fällen der plastischen Wiederherstellung einer Brust, die aufgrund einer Krebserkrankung amputiert wurde. Zudem sind sie unentbehrlich für Brustoperationen, die ohne vorherige Erkrankungen allein aus ästhetischen Gründen vorgenommen werden. Wenn nun das Silikon mit einer Haut aus Spinnenseidenproteinen überzogen wird, die nicht dicker als 1 bis 5 Tausendstel Millimeter ist, werden die Funktion und die chirurgische Handhabbarkeit des Implantats dadurch in keiner Weise beeinträchtigt. Zugleich toleriert das körpereigene Gewebe die Oberfläche des Implantats viel besser als eine nicht beschichtete Silikonoberfläche, so dass sich das Risiko medizinischer Komplikationen erheblich verringert.

Zu diesen Komplikationen, die nicht selten in den ersten Monaten nach dem Einsatz un-beschichteter Silikonbrustimplantate auftreten, gehört insbesondere eine schmerzhafte Kapselfibrose. Dabei bildet sich um das Implantat eine Kapsel aus körpereigenem Narben-gewebe, die häufig verhärtet und sich zusammenzieht. Oftmals muss sie operativ entfernt werden. Bei diesem Eingriff muss das Implantat ausgewechselt werden. In den vorklini-schen Tests mit den beschichteten Implantaten stellte sich heraus, dass die Seidenproteine die Neubildung von körpereigenem Binde- und Narbengewebe signifikant verringern. Die Kapsel, die um das Implantat herum entsteht, ist daher weniger stark und neigt auch weni-ger zu Verhärtungen. Darüber hinaus kommt es infolge der Seidenbeschichtung in erheblich weniger Fällen zu Entzündungsreaktionen oder zu Abstoßungsreaktionen des Immunsystems.

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Die Grafik veranschaulicht die Unterschiede zwischen einem unbeschichteten und einem mit Spinnenseidenproteinen beschichteten Implantat. Ist das Implantat unbeschichtet, entwickelt sich um die Silikonoberfläche eine starke Kapsel aus Narbengewebe. Auf der dünnen Haut aus Spinnenseide ist dagegen die Zellproliferation deutlich geringer ausgeprägt, und es bildet sich weniger Bindegewebe. 

Die Grundlagen für die Herstellung der Spinnenseidenproteine sowie die Beschichtungs-technologie wurden unter der Leitung von Prof. Dr. Thomas Scheibel am Lehrstuhl für Biomaterialien der Universität Bayreuth entwickelt. Den Rahmen für diese Forschungsarbei-ten bildeten ein Projekt des DFG-Sonderforschungsbereichs „Von partikulären Nanosyste-men zur Mesotechnologie“ an der Universität Bayreuth sowie ein vom Universitätsklinikum Würzburg gefördertes Vorhaben. Bei den Spinnenseidenproteinen, welche die Verträglich-keit der Brustimplantate erheblich verbessern, handelt es sich um eADF4(C16)-Moleküle, die von der Biotech-Firma AMSilk in Martinsried mittlerweile im Industriemaßstab produziert werden. AMSilk hat auch die Implantate beschichtet und dabei die hierfür in Bayreuth entwickelte Technologie umgesetzt. Bei ihren vorklinischen Studien haben die Bayreuther Biomaterialforscher eng mit Medizinern am Universitätsklinikum Leipzig sowie wiederum mit Wissenschaftlern der AMSilk GmbH zusammengearbeitet.

„Spinnenseide mit ihren außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften fasziniert For-scher seit vielen Jahrzehnten“, erklärt Prof. Scheibel. „Bereits in der Antike wurden positive wundheilungsfördernde Effekte beschrieben. Mit unserer neuen Studie ist es gelungen, das Potenzial biotechnologisch hergestellter Spinnenseidenproteine beispielhaft an einer Be-schichtung für Silikonbrustimplantate zu zeigen. Die Ergebnisse ermutigen uns, weitere medizintechnische Anwendungen zu verfolgen.“

Zur Person: 

Prof. Dr. Thomas Scheibel leitet seit 2007 den Lehrstuhl Biomaterialien an der ingenieur-wissenschaftlichen Fakultät der Universität Bayreuth. Er gehört dem Editorial Board ver-schiedener Zeitschriften an und ist Sprecher des Fachausschusses „Bioinspirierte Materia-lien und Bionik“ der Deutschen Gesellschaft für Materialkunde (DGM). Prof. Scheibel wurde u.a. mit dem Karl-Heinz-Beckurts-Preis (2008) und der Heinz Maier-Leibnitz-Medaille (2007) ausgezeichnet; 2007 war er Sieger im bundesweiten Ideenwettbewerb “Bionik – Innovation aus der Natur” des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). 2013 erhielt er den DECHEMA-Preis der Max-Buchner-Stiftung.

Veröffentlichung: 

Philip H. Zeplin, Nathalie C. Maksimovikj, Martin C. Jordan, Joachim Nickel, Gregor Lang, Axel H. Leimer, Lin Römer, Thomas Scheibel,
Spider Silk Coatings as a Bioshield to Reduce Periprosthetic Fibrous Capsule Formation,
In: Advanced Functional Materials; Article first published online: 13 Jan 2014
DOI: 10.1002/adfm.201302813
Die Publikation ist frei verfügbar (open access).
Abstract: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201302813/abstract

 

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