Nervenzellen am seidenen Faden

Mit der Hilfe von Spinnenseide wollen Ärzte Nervenzellen im Gehirn fixieren und abgetrennten Nerven die genaue Wachstumsrichtung weisen. Ab zum "Fadenziehen" heißt es daher für Achtbeinerin Nathalie.

Videoreportage: Spinnen melken gegen Epilepsie

© Foto: Franz Bischof für VolkswagenStiftung

Dr. Manuela Gernert und Dr. Christina Radtke möchten Epilepsiepatienten vor Krampfanfällen bewahren und haben dafür eine außergewöhnliche Idee entwickelt: Mit Spinnenseide möchten sie bestimmte transplantierte Nervenzellen, die krampflösend wirken, an der richtigen Stelle im Gehirn von Epilepsiepatienten halten. Die Wissenschaftlerinnen entwickeln eine mikrochirurgische Methode, um die Spinnenseide in die betroffenen Gehirnregionen einzubringen. Diese Methode könnte nicht nur für Transplantationsstudien im Bereich Epilepsie, sondern auch bei anderen neurologischen Erkrankungen eingesetzt werden, bei denen mit Zelltransplantationen experimentiert wird.

Für ihre Idee, Spinnenseide als Ankersystem zu nutzen, werden die Wissenschaftlerinnen im Rahmen der Initiative "Experiment!" der VolkswagenStiftung mit 100.000 Euro gefördert.

Weitere Videos zu diesem "Experiment!" finden Sie im Multimediaportal der Initiative Wissenschaft unter Spinnenseide in der Medizin.

 

 


Am seidenen Faden - eine Reportage aus dem Magazin "Impulse 01/2015"

Vorsichtig nimmt Professorin Christine Radke von der Medizinischen Hochschule Hannover die Radnetzspinne Nathalie aus dem Netz. (Foto: Franz Bischof)
Vorsichtig nimmt Professorin Christine Radke von der Medizinischen Hochschule Hannover die Radnetzspinne Nathalie aus dem Netz. (Foto: Franz Bischof)

Nein, was hier vor sich geht, ist keine Spinnerei. Auch wenn es zunächst wohl ungewöhnlich anmutet, dass Achtbeiner wie Nathalie als Nutztiere gehalten werden. Zugegeben, ein wenig klingt das nach "Unsere kleine Farm" auf Modern und nach Wildwest. Doch dieses Wildwest liegt mitten in Norddeutschland und ist ein schlichtes Zimmer in einem Forschungstrakt der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH). Dort lebt die Zweijährige mit gut 30 ihrer Artgenossinnen in einem weitgehend leeren Raum.


"Spinnenzimmer" an der Medizinischen Hochschule Hannover. (Foto: Franz Bischof)
"Spinnenzimmer" an der Medizinischen Hochschule Hannover. (Foto: Franz Bischof)

In diesem Spinnenzimmer hängen Zweige überall von der Decke oder sind in Zimmerfluchten platziert. Jedes Areal ist vom anderen ein kleines, sicheres Stück entfernt. Schließlich sind Spinnen Kannibalen, und dass sie einander verspeisen, das möchte man hier nicht.

Nur ab und an stört etwas die Ruhe in dem Raum. Dann nähern sich Finger, die eine Pinzette halten. Und diese wollen an das Kostbarste, was Nathalie und ihre Kumpaninnen zu geben haben – ihre Seide. Die Hände gehören zum Beispiel den beiden hannoverschen Forscherinnen Christine Radtke und Manuela Gernert.

Die beiden Wissenschaftlerinnen – die eine von der Medizinischen, die andere von der Tierärztlichen Hochschule Hannover (TiHo) – haben mit den Spinnen Spannendes vor: Sie wollen die Seidenfäden der Goldenen Radnetzspinne, die standesgemäß eigentlich in Tansania oder auf dem fünften Kontinent heimisch wäre, als therapeutisches Konstrukt nutzen.


50 bis 100 Meter Faden kann ein Erntegang bei einer einzelnen Spinne wie Nathalie ergeben. Spinnenseide ist ein erstaunliches Material: fünf Mal so reißfest wie Stahl, etwa drei Mal so fest wie die besten synthetischen Fasern. Sie ist zugleich dehnbarer als Gummi, extrem elastisch. Schließlich muss solch ein Netz einiges aushalten. Wäre die Spinne so groß wie ein Mensch und übertrüge man die Körperverhältnisse, dann würde die Stärke des produzierten Fadens ausreichen, mit dem Netz einen Jumbojet beim Landeanflug abzufangen. Und Spinnenseide hat noch mehr Qualitäten: Sie ist stabil bei extremen Temperaturen bis zu 250 Grad Celsius; wasserfest und hat dennoch ein hohes Wasseraufnahmevermögen, vergleichbar dem von Wolle; sie ist kaum durch chemische Prozesse angreifbar, widersteht mikrobiologischen Angriffen und ist doch biologisch abbaubar – und für den Menschen als Material so verträglich, dass die körpereigene Abwehr sie nicht als fremd erkennt und die Immunantwort nicht zuschlägt. Im Gegenteil: Sie gilt als wundheilungsfördernd, da die Seidenfäden bakteriostatisch wirken.


Seit mehr als zehn Jahren forscht die Ärztin für Plastische, Ästhetische, Hand- und Wiederherstellungschirurgie Christine Radtke mit ihrem inzwischen gut zwanzigköpfigen Team daran, das Naturprodukt therapeutisch zu nutzen. Man habe damals nach einem Trägermaterial gesucht, auf dem Nervenzellen im Zuge der Regeneration ganzer Nervenbahnen zielgerichtet entlangwachsen könnten. Denn auch wenn bei der Rekonstruktion von Nerven in jüngster Zeit Fortschritte gemacht wurden, bleibt der Ersatz von Nervenbahnen schwierig, und die Ergebnisse sind häufig suboptimal. Oft werden etwa bei Unfallopfern deren eigene Nerven verpflanzt – allerdings verwachsen zum einen die Enden manchmal nur schlecht miteinander, zum anderen können Störungen auftreten an jener Stelle, an der der Nerv entnommen wurde. Zudem lassen sich nur wenige Nerven für solche Zwecke überhaupt verwenden. Immerhin können Nerven im peripheren Nervensystem – entgegen dem zentralen, also Rückenmark und Gehirn – von allein regenerieren; sie wachsen aber nur über kurze Entfernung zielgerichtet. "Verletzte Nerven sprießen wie Wurzeln aus einem Stumpf, in alle Richtungen", skizziert Christine Radtke den Vorgang plastisch. Und selbst unter optimalen Bedingungen bräuchten sie für einen Millimeter Strecke einen Tag. "Wenn sich die verletzten Nervenenden jedoch nicht schnell genug finden, degenerieren sie." Inzwischen hat Christine Radtke gezeigt, dass Verbesserungen beim Prozess der Nervenregeneration möglich sind. Und eben hier kommt die Spinnenseide ins Spiel: "Wir benutzen sie als eine Art Leitschiene: Mit ihr geben wir die Wachstumsrichtung vor", sagt die Wissenschaftlerin, die zugleich Leitende Oberärztin ist. Die Seide mit ihrer leicht klebrigen Oberfläche bietet den Zellen eine gute Haftung, unterstützt die Zellbewegung und fördert die Zellteilung.


Professorin Dr. Manuela Gernert hofft auf Spinnenseide, um Epilepsiepatienten einmal besser behandeln zu können. (Foto: Franz Bischof)
Professorin Dr. Manuela Gernert hofft auf Spinnenseide, um Epilepsiepatienten einmal besser behandeln zu können. (Foto: Franz Bischof)

Ein anderes therapeutisches Ziel verfolgt Professorin Dr. Manuela Gernert von der Tierärztlichen Hochschule Hannover, die auf der Expertise ihrer MHH-Kollegin aufsetzt. Sie will Spinnenseide quasi unmittelbar als Ankersystem nutzen, um transplantierte Nervenzellen im Gehirn von Epilepsiepatienten zu fixieren. Derzeit testen Wissenschaftler weltweit im Nagetiermodell einen neuen Ansatz: Sie transplantieren Vorläuferzellen von hemmenden Interneuronen in leicht erregbare Gehirnregionen. Diese Schaltneuronen unterdrücken die Reizübertragung auf die Nachbarzellen – und wirken damit anfallshemmend. Das Behandlungsziel ist also, Krampfanfälle in Folge einer Epilepsie möglichst zu vermeiden, epileptische Anfälle vielleicht sogar zu verhindern oder zumindest abzuschwächen. Praktische Schwierigkeit dabei: "Die transplantierten Zellen sind sehr mobil und müssen so lange fixiert werden, bis sie sich in das neuronale Netz integriert haben", sagt Manuela Gernert, die von der VolkswagenStiftung im Rahmen der Initiative "Experiment!" unterstützt wird. Wenn es also auch hier gelänge, Spinnenseide in die betroffenen Gehirnregionen einzubringen, könnte sie dort in gleicher Weise wie zuvor beschrieben als eine Art Kleber für die Schaltneuronen dienen.  Die TiHo-Forscherin und ihr Team wollen die entsprechenden Transplantationsexperimente jetzt angehen und Interneurone und Spinnenseidefragmente im Verbund ins Gehirn applizieren. Dafür entwickeln sie eine mikrochirurgische Methode, die im Erfolgsfall ausgehend von den epileptischen auch bei anderen neurologischen Erkrankungen zum Einsatz kommen könnte.


Christine Radtke hat das System bereits an Ratten erprobt und an Schafen, denen sie ein längeres Stück vom Unterschenkelnerv entnommen und das Konstrukt aus Vene mit Spinnenseide eingesetzt hat. Acht, neun Monate nach dem Eingriff habe man das Gewebewachstum deutlich zeigen können, sagt sie. "Die motorischen Tests waren positiv, die Schafe konnten fast wieder normal laufen!" Jetzt will sie zunächst untersuchen, wie schnell die sich regenerierenden Nervenzellen wachsen und wie zügig sich das Material Spinnenseide abbaut – um dann noch einen Schritt weiter zu gehen: "Wir wollen das Verfahren bald beim Menschen erproben!" Christine Radtke hofft, einmal jede Entfernung durchtrennter oder fehlender Nervenstränge im Körper überbrücken zu können.