Kollagen ist das grundlegende Protein, das die interzelluläre Matrix bildet, oder anders gesagt, die Umgebung für die Bindegewebszellen unseres Körpers, wie Sehnen, Knochen und Knorpel. Es sieht aus wie lange Fäden, die zu dreidimensionalen Netzwerken verwoben sind. Dadurch entsteht wiederum eine Art Gewebegerüst.
Da Kollagenfasern widerstandsfähig und elastisch sind und auch als Signale dienen, die das sogenannte Schicksal der Zelle bestimmen, werden sie in der Medizin als Umgebung genutzt, um das Wachstum und die Differenzierung von Geweben zu beschleunigen, beispielsweise bei der Wundheilung. Meistens werden solche Materialien künstlich aus der Kollagenauflösung synthetisiert. Allerdings sind selbst die fortschrittlichsten Technologien nicht in der Lage, Kollagen-„Netzwerke“ zu schaffen, die genau die Struktur einer natürlichen Zellumgebung wiederholen, die für ihre Regeneration, oder mit anderen Worten, Gewebereparatur am günstigsten ist.
Wissenschaftler der Baltischen Bundesuniversität Immanuel Kant (Kaliningrad) haben zusammen mit ihren Kollegen der Staatlichen Universität Voronezh (Voronezh) vorgeschlagen, anstelle von künstlich synthetisiertem Kollagen natürliches Kollagen, das aus Dosidicus-gigas-Tintenfischen gewonnen wird, als Gewebegerüst für das Wachstum von Zellen zu verwenden.
Dieses große Meerestier ist die beliebteste kommerzielle Tintenfischart, die zum Kochen und auch von Wissenschaftlern zum Studium des Gehirns und des Verhaltens von Tieren verwendet wird. In Anbetracht der Verfügbarkeit und der großen Fangmengen von Dosidicus gigas (bis zu 700 Tonnen pro Jahr) könnte diese Art noch eine Quelle für Kollagen für medizinische Zwecke im industriellen Maßstab werden.
Die Autoren haben Kollagen aus der Haut des Tintenfischs extrahiert, dann wurde das Protein mit Glycerin und Wasser gemischt und in einer speziellen Kammer getrocknet, um es in Form eines Gerüsts zu formen. Die Haltbarkeit und Elastizität des resultierenden Fasermaterials wurde dann durch Strecken der Probe getestet. Es stellte sich heraus, dass die mechanischen Eigenschaften des Materials denen entsprechen, die bereits als Zellgerüste in der regenerativen Medizin verwendet werden.
Die Analyse der Aminosäuresequenz, die Teil des Proteins ist, hat gezeigt, dass das Kollagen von Dosidicus gigas dem Kollagen von Säugetieren ähnlich ist, wodurch es möglich ist, bei der Arbeit mit menschlichen Zellkulturen ohne Abstoßungsrisiko verwendet zu werden.
Um experimentell zu beweisen, dass das Tintenfisch-Gerüst für die Züchtung menschlicher Zellen geeignet ist, haben Wissenschaftler Proben in kleine mit Nährstoffen gefüllte Plastikwände gelegt und anschließend menschliche Stammzellkulturen auf ihre Oberflächen aufgetragen.
Zellkulturbeobachtungen haben gezeigt, dass sich die Zellen in vier Tagen stark an das Kollagengerüst binden und ein großes Netzwerk miteinander bilden. Außerdem begannen die Zellen, aktiv mit dem Substrat zu interagieren, es umzuwandeln und extrazelluläre Matrix in die Umgebung freizusetzen – Moleküle, die eine wichtige Rolle bei der Wiederherstellung von Gewebe spielen. Die Autoren kamen auch zu dem Schluss, dass Tintenfisch-Kollagen keine toxische Wirkung hat, da die mittlere Überlebensrate der dort kultivierten Zellen 90 % betrug.
„Die Technologie zur Herstellung von Kollagengerüsten aus Tintenfischprotein ist recht einfach und kann daher problemlos im industriellen Maßstab eingesetzt werden. Die Experimente haben gezeigt, dass unser vorgeschlagenes Material eine hohe Haltbarkeit und Elastizität aufweist, biokompatibel und ungiftig ist und auch einen Beitrag leistet auf das Wachstum, die Teilung und die Migration menschlicher embryonaler Zellen. Dies deutet darauf hin, dass es als vielversprechender Ersatz für synthetisches Kollagen angesehen werden kann, das derzeit in der modernen regenerativen Medizin verwendet wird“, sagt Evgeny Chupakhin, Associate Professor am PSC Institute of Medicine and Life Sciences bei Immanuel Kant Baltische Bundesuniversität.
Die Ergebnisse der Arbeiten haben bereits das Interesse der Industrie geweckt. Beispielsweise produziert nur ein Unternehmen, Varseas, Kollagen der beschriebenen Art in Russland.
Die Studie wird in der Zeitschrift veröffentlicht Polymere.
Mehr Informationen:
Veronika Anohova et al, Das Dosidicus-gigas-Kollagen für die Gerüstvorbereitung und Zellkultivierung: Mechanische und physikalisch-chemische Eigenschaften, Morphologie, Zusammensetzung und Zellviabilität, Polymere (2023). DOI: 10.3390/polym15051220
Bereitgestellt von der Russischen Stiftung für Grundlagenforschung