Biologische Hautdübel - Charakterisierung des Zements von Zecken

Eine Vielzahl von Lebewesen produziert Haftsubstanzen um sich an verschiedenen Untergründen zu verankern, Beute zu fangen oder sich zu verteidigen. Auch Schildzecken, blutsaugende Parasiten, produzieren ein schnell aushärtendes Speicheldrüsensekret, genannt Zement, um sich während des Saugakts mit der Haut des Wirtstieres zu verbinden und die Wunde nach außen zu verschließen. Trotz seiner bemerkenswerten Funktionen ist nur wenig über die chemische Zusammensetzung des Zements bekannt und der Prozess seiner Härtung unklar. In diese Forschungsprojekt soll deshalb anhand der beiden Arten Dermacentor marginatus und Amblyomma hebraeum der strukturelle und biochemische Aufbau dieses Speicheldrüsensekrets untersucht werden. Außerdem soll seine Zell- und Gewebeverträglichkeit getestet werden, um eine mögliche Eignung seiner Bestandteile für medizinische Anwendungen (z.B. Verschluss von Verletzungen) zu klären. Zusätzlich erlauben die erwarteten Ergebnisse des Projekts den Vergleich mit anderen, bereits untersuchten biologischen Haftsubstanzen von Muscheln, Vielborstern und Seepocken.

Gewebekleber sind ein wichtiges Hilfsmittel bei der Wundversorgung sowie bei chirurgischen Eingriffen. Die derzeit in klinischer Anwendung befindlichen Produkte sind jedoch unzulänglich, da sie entweder eine schwache Klebekraft aufweisen (z.B. Fibrin) oder toxische Substanzen beinhalten (z.B. Histoacryl), die bei Gewebekontakt die umliegenden Zellen schädigen. Daher besteht ein dringender Bedarf an neuen, stark adhäsiven und gleichzeitig biokompatiblen Substanzen. Die Natur hat viele Mechanismen für erfolgreiches Kleben im trockenen und feuchten Milieu hervorgebracht. Ein Beispiel dafür sind einige Zeckenarten, die ein Klebesekret zur zusätzlichen Verankerung der Mundwerkzeuge in der Haut produzieren. Dieses Sekret ist für die biomedizinische Forschung von besonderem Interesse, da es von Natur aus dafür konzipiert ist, auf Gewebe zu haften. In diesem Projekt sollte die bisher weitgehend unbekannte Substanz anhand von zwei Zeckenarten untersucht werden. Das Zeckensekret, auch Zement genannt, wurde in Zeckenkulturen mit künstlichen Fütterungseinheiten gewonnen, um Verunreinigungen des Sekrets durch die Haut von Wirtstieren zu vermeiden und Tierversuche zu umgehen. Für die darauffolgenden Analysen wurden mehrere Methoden an die Materialeigenschaften und die geringe Größe bzw. Menge des zu gewinnenden Zeckenzements angepasst. Eine der Fragestellungen war die Haftkraft, die bisher unerforscht war. Es galt herauszufinden, ob es sich um einen rein mechanischen Dübel-Effekt oder eine Adhäsion basierend auf molekularen Wechselwirkungen handelt. In Adhäsionstests konnte gezeigt werden, dass beide Mechanismen beteiligt sind und die molekularen Kräfte über jenen vom klinischen Fibrinkleber liegen. Biomechanische Untersuchungen haben viskolelastische Deformierbarkeit mit einer großen Bandbreite an Steifigkeit innerhalb des ausgehärteten Sekrets gezeigt, Materialeigenschafen, die für gewisse Anwendungen als klinischer Gewebekleber gut geeignet wären. Untersuchungen der Zusammensetzung haben ergeben, dass es sich bei dem Zeckensekret der untersuchten Arten um eine protein-basierte Substanz handelt. Eine, aus der Miesmuschel als adhäsive bekannte Aminosäure DOPA, war nicht nachweisbar, womit angenommen werden kann, dass es sich um einen DOPA unabhängigen Klebemechanismus handelt. Der große Anteil an der Aminosäure Glycin sowie glycinreiche Proteine sind bei biologischen Klebstoffen häufig und lassen einen Zusammenhang mit dem Klebemechanismus vermuten. Obwohl einige Proteine identifiziert werden konnten (z.B. antimikrobielle Proteine oder Blutbestandteilte) ist der Großteil unbekannt und wird derzeit über die Analyse der Zement-produzierenden Zellen der Speicheldrüsen genauer untersucht. Auffällig war weiters, dass der Zement sehr lipidreich ist, was vermuten lässt, dass die hydrophoben Eigenschaften zu dem Haftmechanismus beitragen. Langfristiges Ziel dieses Projekts ist es, die adhäsiven Substanzen zu identifizieren und einen biotechnologisch produzierbaren Klebstoff zu entwickeln, der Operationstechniken vereinfacht und eine schnellere Regeneration von Gewebeschäden gewährleistet.