Viren, die das unterstützende Zellgewebe des Menschen nachahmen, könnten eines Tages zum Neuaufbau verletzter Rückenmarkstränge dienen. Während andere künstliche Gewebematerialien im Labor synthetisiert und geformt werden müssen, hätten solche genetisch veränderten Krankheitserreger den Vorteil, dass sie sich selbst replizieren und sich somit auch im Alleingang zusammensetzen könnten. Außerdem wäre es möglich, zellfreundliche Proteine auf ihrer Oberfläche aufzubringen, so dass sich mit Hilfe entsprechender Signalstoffe eine komplexe, gewebeartige Struktur bilden ließe. Vorläufige Untersuchungen der University of California, Berkeley, zeigen nun, dass ein solches Gerüst aus einer Bakteriophagen-Virenart, die nur Bakterien, nicht jedoch tierische Zellen befallen kann, das Wachstum und die Organisation von Nervenzellen tatsächliche unterstützt.
Forscher aus dem Bereich des so genannten Tissue Engineering hoffen, eines Tages Eigenzellen eines Patienten zu verwenden, um Ersatzgewebe für beschädigte Herzen, Lebern oder Nerven zu schaffen. Allerdings ist es schwer, Struktur und Funktion des Körpers nachzuahmen. Eine Matrix aus unterstützenden, faserartigen Proteinen sorgt jeweils dafür, dass die Zellen in Herz, Lunge und anderen Organen des Körpers an der richtigen Stelle verbleiben. Dieses Gerüst liefert sowohl eine strukturelle Unterstützung als auch die notwendigen chemischen Signale, die Organe und Nerven brauchen, um korrekt zu funktionieren.
Einige Bioingenieure nutzen selbst erstellte Gerüste aus Polymermaterialien, um diese Unterstützungsmatrix des Körpers zu emulieren. Berkeley-Forscher Seung-Wuk Lee hat sich stattdessen Viren zugewendet. "Das sind intelligente Materialien", sagt er, "sobald man ihr Genom erstellt hat, kann man Milliarden dieser Phagen schaffen und sie replizieren sich dann selbst". Die Phagenart, mit der Lee arbeitet, nennt sich M13. Sie ist lang und dünn wie jene Proteinfasern, die die zelluläre Matrix im Körper bilden.
Im Versuch schufen Lee und seine Kollegin Anna Merzlyak zunächst genetisch veränderte M13-Stämme, die nervenfreundliche Proteine auf ihrer Außenseite bildeten. Diese Proteine helfen Nervenzellen dabei, sich zu vermehren, an einer Stelle zu bleiben und sich in eine lange, faserartige Form zu begeben. Als zweiten Schritt produzierten die Forscher eine große Anzahl von Viren in Bakterienzellenwirten und gaben diese dann in eine Lösung, die aus Nervenvorläuferzellen bestand. Diese Zellen sind weiter entwickelt als Stammzellen, aber noch so jung, dass sie Signale benötigen, um sich in Gewebe auszudifferenzieren. In der Lösung richteten sich die Viren wie in einem Flüssigkristallmaterial aus. Lee und Merzlyak verwendeten dann Pipetten, um die Lösung in ein Agar-Nährmedium zu geben. Diese gelartige Struktur sorgte dafür, dass sich lange, nervenartige Fasern aus Viren mit eingehakten Zellen ergaben. Die Vorläuferzellen vermehrten sich rasch und wuchsen zu langen Ästen heran, wie man sie von ausgebildeten Nervenzellen kennt. Laut Lee sind die Phagen gut dazu geeignet, lange, faserartige Strukturen für ein solches Gewebe zu schaffen. Aber auch komplexere Strukturen seien möglich, indem Konzentration und Position der Viren mit Hilfe von Magnetfeldern manipuliert werden.
Lee ist nicht der erste Forscher, der Viren als Baumaterial verwendet. Andere Forscher nutzen das gleiche Virus, um Batterieelektroden zu schaffen. Hier hat Angela Belcher, Professorin für Materialwissenschaften und Bioingenieurwissenschaften am MIT, Pionierarbeit geleistet. Lee machte seinen Masterabschluss in ihrem Labor. Genetisch veränderte Phagen sind in den USA bereits als antibakterielle Konservierungsstoffe zugelassen – etwa für Fleischsorten wie die in dem Land beliebte Bologna-Wurst. Phagen gelten außerdem als mögliches Hilfsmittel gegen schwerwiegende Bakterieninfektionen.
Robert Langer, Institutsprofessor am MIT, hält Lees Arbeit aus der materialwissenschaftlichen Perspektive für interessant, warnt allerdings, dass zunächst Untersuchungen am lebenden Organismus durchgeführt werden müssten. Lee will zusammen mit seinem Team nun die Sicherheit der Technologie im Tierversuch testen. M13 gilt bislang als unproblematisch, weil das Virus Menschen nicht infizieren kann. Trotzdem muss noch geklärt werden, wie das Immunsystem auf solche Virengerüste reagiert – und ob sich auch im Körper selbst das Wachstum von Nervengewebe anregen lässt. Lee hofft, dass die Technologie eines Tages sogar zur Reparatur beschädigten Rückenmarkgewebes genutzt werden kann.
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