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Biokompatibilität von Spinnenseide – weiterführende Untersuchungen
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Published: | September 27, 2016 |
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Einleitung: Ein ideales Biomaterial zum Tissue engineering muskuloskeletaler Strukturen sollte neben einer hohen mechanischen Belastbarkeit eine geringe Immunreaktion sowie eine hohe Biokompatibilität im Sinne von geringer Zelltoxizität und Hämolyse-Induktion haben. Die außerordentlich hohen mechanischen Eigenschaften von Spinnenseide sind hinreichend bekannt, die erfolgreiche Zelladhäsion und –proliferation auf Scaffolds aus Spinnenseide konnte bereits in vorangegangenen Arbeiten gezeigt werden. In dieser Studie wurden Hämolyse und Zytotoxizität unter standardisierten, den DIN-Normen entsprechenden Bedingungen untersucht. Die Fragestellung hierbei war, inwiefern ein das Einbringen von Spinnenseide im Rahmen einer klinischen Anwendung in einen Organismus unbedenklich ist.
Material und Methoden: Spinnenseide wurde nativ aus der Spinndrüse von Spinnen der Gattung Nephila edulis gewonnen und auf handgefertigte Miniatur-Webrahmen aus medizinischem Stahl aufgewickelt. Die Untersuchungen zur direkten und indirekten Hämolyse sowie zur indirekten Zytotoxizität erfolgten standardisiert nach DIN EN ISO 10993-4.2009, DIN EN ISO 10993-5.2009 und DIN EN ISO 10993-12.2012 sowie ASTM F756-08 in einem zertifizierten Prüflabor (BioMedimplant, Bioverträglichkeitslabor der Medizinischen Hochschule Hannover). Für die Untersuchung der direkten Zytotoxizität erfolgten die Besiedlung mit Fibroblasten der Zelllinie L929 erfolgte entweder durch direktes Aussähen über den Webrahmen oder über eine modifzierte „Adhesion-Delay“-Technik, bei der zunächst ein einzelner Tropfen Zellsuspension auf den Webrahmen gesetzt und erst verzögert ein Auffüllen mit Nährmedium erfolgte. Anschließend wurde die Zellviabilität durch ein CellTiter-Blue® Assay quantifiziert.
Ergebnisse: Die Webrahmen zeigten sich sehr gut bioverträglich, weder in der direkten noch in der indirekten Testung trat eine signifikante Hämolyse auf. In der Messung der indirekten Zytotoxizität wurde eine relative metabolische Aktivität (RMA) von 69,4% gefunden und muss somit per definitionem als zytotoxisch (Grenzwert 70% RMA) bezeichnet werden. In der modifzierten „Adhesion-Delay“-Technik konnten unter Berücksichtung der geringeren zur Verfügung stehenden Fläche zur Adhäsion hingegen den Kontrollen vergleichbare Werte vitaler Zellen gefunden werden. Somit konnte eine direkte Zytotoxizität ausgeschlossen werden.
Schlussfolgerung: Spinnenseide ist weder hämolytisch noch in direktem Kontakt mit Zellen zytotoxisch. Dennoch konnte in der indirekten Testung eine grenzwertige Minderung der RMA nachgewiesen werden, so dass schwach zytotoxische, lösliche Extrakte nicht ausgeschlossen werden können. Vor dem Hintergrund der in vielen Studien gezeigten hohen Bioverträglichkeit in vivo, muss dieser aber in einem lebendigen Organismus eine wohl eher untergeordnete Rolle zugesprochen werden.
Somit kann Spinnenseide zusammenfassend als sicher betrachtet werden.