Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) hat beeindruckende Fortschritte bei der Entwicklung synthetischen Gewebes erzielt. Dieses neue Material, das am 27. Februar 2025 in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde, zeichnet sich durch Stabilität und Fluidität aus. Es besteht aus mehreren Millionen synthetischen Zellen, deren Grundbausteine Wassertröpfchen sind, umgeben von einer Doppelschicht aus Lipiden. Die Größe dieser synthetischen „Zellen“ beträgt etwa 30 Tausendstel Millimeter.
Durch innovative experimentelle Ansätze konnten die Forscher rudimentäre Zellverbünde erzeugen, die in vielen Eigenschaften lebenden biologischen Geweben ähneln. Diese neue Art von synthetischem Gewebe könnte maßgeblich zur Untersuchung natürlicher Zellnetzwerke beitragen. Die mechanischen Eigenschaften des Gewebes sind ähnlich denen lebender Zellen; molekulare Motoren üben Kräfte auf die Membran aus, was durch das Flagellum schwimmender Bakterien nachgeahmt wird. Dies ermöglicht es Bakterien, Zellen innerhalb des Verbunds zu bewegen.
Die Rolle der Biomembranen
Natürliche Zellmembranen sind komplexer als das neue synthetische Gewebe. Sie enthalten spezielle Proteine, die bestimmte Moleküle durchlassen können. Ein wichtiger Teil dieser Forschung basiert auf den Erkenntnissen von William Hewson, Evert Gorter und F. Grendel, die bereits in den 1920er Jahren das Lipid-Bilayer-Modell der Zellmembran entwickelten. Ihre Arbeiten zeigten, dass eine Lipiddoppelschicht durch hydrophobe Wechselwirkungen der Fettsäure-Reste der beiden Schichten zusammengehalten wird, was eine grundlegende Rolle bei der Funktionsweise lebender Zellen spielt berichtet u-helmich.de.
Im Vergleich zu natürlichen Biomembranen sind synthetische Lipiddoppelschichten jedoch weniger komplex und dynamisch. Während Biomembranen eine Vielzahl von Lipiden, Proteinen, Kohlenhydraten und anderen Molekülen enthalten und aktiv mit ihrer Umgebung interagieren, bestehen synthetische Systeme aus einer definierten Auswahl von Lipiden, die gezielt für spezifische Eigenschaften ausgewählt wurden führt frage.de aus.
Zukünftige Anwendungen
Die Forscher planen, Proteine in die Membranen des synthetischen Gewebes zu integrieren, um elektrische Potenziale zu erzeugen. Dies könnte weitreichende Anwendungen in der Medizin haben, etwa bei der Überziehung von implantierbaren Geräten mit künstlichem Gewebe, wodurch deren Einheilung verbessert werden könnte. Zusätzlich wird untersucht, wie Membranen mit Protein- oder Kohlenhydrat-Verbindungen versehen werden können, um dem Immunsystem körpereigene Strukturen vorzutäuschen.
Die Fortschritte in der Entwicklung dieses synthetischen Gewebes eröffnen nicht nur neue Perspektiven in der Forschung, sondern auch im Bereich der neuronalen Implantate, die als Ersatz für defekte Nervenzellen dienen könnten. Zusammenfassend präsentiert sich das synthetische Gewebe als vielversprechende Innovation mit Potenzial für diverse medizinische Anwendungen und die Nachbildung komplexer biologischer Systeme.