Dein nächstes Kreuzband könnte aus Seide sein

Seide ist ein natürlicher, extrem belastbarer Rohstoff. Das macht sie neben der Textilindustrie auch für die Medizin interessant. “Seide ist eines der Biomaterialien, die implantierbar sind und nicht abgestoßen werden. Sie wird im Körper langsam abgebaut, hält mechanische Belastungen aber trotzdem sehr gut aus. Deshalb eignet sich das Material gut als Gerüst für Muskeln, Knorpel, Sehnen und Knochen”, sagt Andreas Teuschl von der FH Technikum Wien, wo Kreuzbänder aus Seide in Kooperation mit Partnern bereits an Tiermodellen erprobt werden. Da Seide eine lange Tradition in der Textilverarbeitung hat, können sehr komplexe Strukturen für die Medizin auf bestehenden Industriemaschinen hergestellt werden.

Für den Einsatz als Bändergerüst wird wie in der Textilindustrie nur eine der beiden Komponenten von Seide verwendet, nämlich der belastbare Kern der Rohfaser. Das Material nennt sich Fibroin. Die Hülle aus Sericin wird abgeschieden, weil sich bei Versuchen herausgestellt hat, dass sie zu Abstoßungsreaktionen führen kann. Das Besondere am patentierten Prozess, der an der FH Technikum mitentwickelt und 2014 mit dem Günther-Schlag-Award ausgezeichnet wurde, ist, dass das Sericin erst entfernt wird, nachdem die Seide in die gewünschte Form gebracht worden ist. Das ist ein großer Fortschritt, weil sich reines Fibroin schlecht verarbeiten lässt.

Kletterseil aus Seide

“Unser Kreuzband ist von der Webkonstruktion her ähnlich wie ein Stahlseil aufgebaut Die Seide wird verflochten. Unser Partner ist die Firma Edelrid aus Deutschland, die eigentlich Kletterseile herstellt”, erklärt Teuschl. Ein menschliches Kreuzband hat einen Durchmesser von etwa 5,8 Millimeter. Für die Tiermodelle mit Kaninchen und Schafen wurden Bänder mit nur zwei beziehungsweise vier Millimeter Durchmesser angefertigt, klinische Versuche am Menschen gibt es derzeit noch nicht. “Wir sind aber in Gesprächen mit einer Privatklinik, die Tests am Menschen machen will. Doktor Thomas Nau, ein international erfahrener Spezialist in der Knie- und Bandchirurgie, führte die Operationen gemeinsam mit Veterinärmedizinern an den Tieren durch, und war von unserer Seide jedenfalls begeistert”, sagt Teuschl.

Der langsame Abbau im Körper ist der große Vorteil der Seidenbänder. Der Körper hat dadurch genug Zeit, eigene Strukturen aufzubauen. “Im Tiermodell haben wir das komplette Kreuzband ersetzt. Das Gerüst aus Seide wird dann langsam von Zellen besiedelt. Was für Zellen das genau sind, ist eine unserer Forschungsfragen”, erklärt Teuschl. Erste Ergebnisse legen nahe. dass der Körper diese Besiedlung ganz von alleine erledigen kann, auch wenn mit künstlicher Nachhilfe während der Operation experimentiert wurde. Sechs und 12 Monate nach den Operationen gab es keine Schäden, alle Tiere konnten sich normal bewegen.

Weitere Anwendungen

Die Bänder aus Seide werden also von Zellen besiedelt, die Kollagene produzieren. Nach dem Abbau der Seide bleibt ein neues Band übrig, das aus körpereigenem Material besteht. Wie der Körper weiß, welche Zellen am Band gefragt sind, ist noch nicht abschließend geklärt. “Studien sagen, dass die Elastizität ein wichtiger Faktor bei der Differenzierung ist. Den Rest macht die Bewegung im Knie. An einigen Stellen gibt es mehr Zug, an anderen Scherkräfte oder Druck. Je nach Anforderungen bilden die Zellen die richtige Struktur aus”, sagt Teuschl. Das Endergebnis wird aber vermutlich nie genau wie ein originales Kreuzband sein. “Man muss sich das vorstellen, als hätte man eine größere Narbe. Das Band ist aber funktional. Die gleiche Mikrostruktur hat es vermutlich nicht, aber das wissen wir noch nicht genau, da bei den Tieren noch immer Seide vorhanden ist. Wir gehen mittlerweile davon aus, dass der Abbau zwei bis drei Jahre dauert”, so der Experte.

Heute wird bei gerissenen Kreuzbändern meist ein Band aus dem Oberschenkel als Ersatz transplantiert. Der Knochen wird durchbohrt und das neue Band mit Schrauben oder einer Art Knopf fixiert. “So machen wir das auch, nur dass bei uns kein gesundes Material entfernt werden muss. Daher gibt es auch nirgends einen Funktionsverlust”, sagt Teuschl. Neben dem Einsatz als Ersatz für Kreuzbänder kann Seide in Zukunft vielleicht auch für andere medizinische Zwecke verwendet werden. “Es werden schon alle möglichen Gewebe aus Seide gemacht. Wir haben uns experimentell auch schon Knochen versucht. An der FH Technikum wollen wir uns in Zusammenarbeit mit dem Boltzmann Institut und der Paracelsus Privatklinik für klinische und experimentelle Traumatologie und dem AUVA Forschungszentrum im Lorenz Böhler UKH aber weiterhin auf die Bänder konzentrieren”, sagt Teuschl.

Dieser Artikel ist im Rahmen einer Kooperation zwischen futurezone und FH Technikum Wien entstanden.

Andreas Teuschl wurde dank seiner Arbeit dieses Semester für einen Forschungsaufenthalt an die Tufts University in Boston eingeladen. Er lehrt am Institut für Biochemical Engineering an der FH Technikum Wien.