Nephila_clavipes für die Neurochirurgie


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Liste deutscher Dissertationen mit Plagiaten

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"... the world population can exceed easily 8 billion by the year 2020. This was a major subject of discussion at the conference in Rio de Janeiro on the environment two years ago. It was pointed out at the conference that growth is most efficiently managed by the private sector, but regulation of the process by national governments and international bodies is also needed. And once again, United Nations can certainly be among the catalysts and coordinators of this process.”

 - David Rockefeller, Annual UN Ambassadors' Dinner Sep. 14, 1994












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Hier entsteht die Seite Nephila_clavipes für die Neurochirurgie

 


















 

War Ihnen bekannt, dass Forscher eines kanadischen Unternehmens (Nexia-Biotechnologies) zusammen mit Forschern der US-Armee bereits vor über 15 Jahren an Tieren und Pflanzen forschten, die Spinnenseide produzieren sollten?  Nigerianischen Zwergziegen wurde hierfür ein Gen der Kreuzspinne eingebaut. 


Wussten Sie, dass die Ziege auch noch heute als wertvolles Forschungsobjekt gilt? Egal, ob in der Kosmetik-, Pharma- oder Technikbranche. Und es ist durchaus denkbar, wenn Sie Gesichtscreme verwenden, dass diese aus Darmbakterien entstanden ist. 


Kennen Sie die Kuh Rosita? Die 2011 in Argentinien geklonte Kuh Rosita ISA hat nur ein gutes Jahr nach ihrer Geburt “menschliche Milch” gegeben. Diese Milch soll antivirale sowie antibakterielle Eigenschaften haben und als Ersatz für menschliche Muttermilch dienen. Dies wurde über zwei menschliche Gene bewerkstelligt.


Mensch_Tier_Hybride für Organtransplantationen:

Die US-Regierung kündigte am Donnerstag, dem 04. 08. 2016 an, ein Moratorium für die FINANZIERUNG von umstrittenen Experimenten aufzuheben, um menschliche Stammzellen aus Tier-Embryonen zu erzeugen, die zum Teil menschlich sind. Die Forscher hoffen zum Beispiel, Schafe, Schweine und Kühe mit menschlichen Herzen, Nieren, Lebern, Bauchspeicheldrüsen etc. zu produzieren und möglicherweise anderen Organen, die für Transplantationen verwendet werden könnten.

 

  • Im Dezember 2016: Gentechnik 2.0 – Das gentechnisch veränderte Designerbaby – Großbritannien: nach Mensch-Tier-Embryonen jetzt auch Drei-Eltern-Babys

 

  • Im Januar 2017: Schweine mit Menschen gekreuzt – Auch in Deutschland Schweinefarmen als Organ-Ersatzlager für Menschen – Scientists use stem cells to create human/pig chimera embryos

 

  • Im März 2017: – Frische Embryozellen für Frauen ab 50 aus der Petrischale und erste britische Lizenz zur Erstellung von Designerbabys

 

  • Im April 2017: Die künstliche Gebärmutter ist da! Lämmer wachsen in einer „Tasche“ his Fluid-Filled Bag Lets Lambs Develop Outside the Womb. Humans Are Next.

 

  • Im Mai 2017 : CRISPR Cas9 Genome EditingThe terrifying DNA discoveries that are making science-fiction fact


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Dr. rer. nat. R. Ebert

Dr. rer. biol. Christina Allmeling

S. Hab Master of Science (M. Sc.)

 


   1.0      Seidenfäden der Goldenen Radnetzspinne für die Neurochirurgie

   2.0      Ziegen mit Spinnen-DNA sollen Milch für neues Supermaterial abgeben

                       3.0   Bioreaktoren mit gentechnisch veränderten E. Coli-Bakterien 

(Massenproduktion)



LEITFÄHIGKEIT   MITTELS   NANOTUBES

Seidennanofaser | So sieht die mit Nanopartikeln beschichtete Spinnenseide unter dem Rasterelektronenmikroskop aus. Die (Kohlenstoff-) Nanoröhrchen haften fest an der Faseroberfläche, so dass keine makroskopisch beobachtbaren Risse sichtbar sind.

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Radtke C. et al. 2011. Spider Silk Constructs Enhance Axonal Regeneration and Remyelination in Long Nerve Defects in Sheep.

Kuhbier JW et al. 2011. First investigation of spider silk as a braided microsurgical suture.

Hennecke K. Et al. 2013. Bundles of spider silk, braided into sutures, resist basic cyclic tests: potential use for flexor tendon repair.

 

Wer sich vor Spinnen ekelt, Ziegen aber süß und harmlos findet, der darf sich bei dieser Arbeit gern innerlich zerrissen fühlen.

Wissenschaftler der Uni Utah haben Ziegen gentechnisch mit Spinnen-DNA ausgestattet, damit sie in ihrer Milch Spinnenseide herstellen. Die Produkte der genetischen Optimierung


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Zwischen Ästen und Ranken von Yucca-Palmen, Drachenbäumen und anderen großen Zimmerpflanzen liegen über 50 der handtellergroßen Weibchen der goldenen Radnetzspinne (Nephila clavipes) in ihren zwei Meter großen Netzen auf der Lauer. 


Die tropischen Spinnen, die sich nicht in Terrarien halten lassen, fühlen sich nur bei Temperaturen zwischen 25 bis 30 °C wohl und brauchen viel Tageslicht. Deshalb dürfen sie sich in dem geräumigen Zimmer des Spider Silk Labors ein passendes Plätzchen für ihr Netz aussuchen. Als Gegenleistung haben es Biologen auf die kostbaren Seidenfäden von Nephila abgesehen.

 

Was die Spinnenseide für die Medizin so kostbar macht

Spinnenseide könnte sich wegen ihrer außergewöhnlichen Materialeigenschaften besonders gut für medizintechnische Anwendungen eignen. Bei einer Reißfestigkeit vergleichbar mit Stahl (bis zu 4.8 GPa), ist sie so elastisch wie Gummi (bis zu 35% dehnbar). 

Durch die Verbindung dieser beiden Eigenschaften besitzt Spinnenseide wie bereits erwähnt, eine zwei bis dreimal höhere Widerstandsfähigkeit und Elastizität als vergleichbare synthetische Fasern wie Nylon oder Kevlar 49. Dabei ist 

sie extrem leicht (1.3 g/cm3 ). Weiter ist sie sehr thermostabil und kann auf bis zu 250 °C erhitzt werden, ohne ihre mechanischen Eigenschaften zu verlieren. 

 

Das ist für eine medizintechnische Anwendung besonders wichtig, da ein Material, das in den menschlichen Körper eingebracht werden soll zuvor hitzesterilisiert werden muss. Außerdem wirkt sie antimikrobiell, ruft keinerlei allergische oder entzündliche Reaktionen hervor und ist vollständig biologisch abbaubar.


 

Diese Spinnenseide kann zur Regeneration von Nerven eingesetzt werden. Nerven des peripheren Nervensystems können sich zwar eher wieder regenerieren, als solche des zentralen Nervensystems. Wird ein Nerv allerdings durch einen Unfall oder eine Operation durchtrennt verheilt er meist nur schlecht. Die Nervenaxone am Nervenzellkörper sprießen zwar nach einer Durchtrennung wieder in alle Richtungen aus. 


Sie benötigen aber eine röhrenförmige Struktur aus Schwann’schen Zellen, die ihnen normalerweise vom anderen Nervenende aus entgegen wächst, um ihr Ziel zu finden. Solange am durchtrennten Nerv keine Lücke entstanden ist kann man die beiden Enden operativ wieder verbinden: 


Bei dieser Methode sind die Aussichten auf Heilung meist gut. Ist aber im durchtrennten Nerv eine Lücke entstanden, fehlt dem Nerv die erforderliche Leitstruktur. Um dieses Problem zu lösen bietet sich die extrem dünne Spinnenseide an, die in etwa so dick wie ein Nerv ist. Um die benötigte Leitstruktur zu erhalten präparierten die Forscherinnen ein Kollagengerüst aus Schweinevenen und versahen es innen mit Spinnenfäden.


Bisher überbrückt man eine entstandene Nervenlücke entweder mit eigenen Nerven des Patienten. Diese fehlen dann jedoch an der Entnahmestelle und führen dort zu einem Taubheitsgefühl. Oder man setzt künstliche Röhrchen als Leitsystem ein. Auf diese Weise gelingt es bisher kurze Lücken von wenigen Millimetern bis 2 cm zu überbrücken. 


Diese Systeme haben jedoch den Nachteil, nicht selten als Fremdkörper erkannt zu werden. Oft müssen sie auch nach erfolgreicher Heilung durch eine erneute Operation wieder aus dem Körper entfernt werden. Bisher funktionieren diese künstlichen Systeme nur für dünne Nerven. Dickere und längere Nerven, wie etwa die des Armnervengeflechtes oder des Ischiasnerv können mit diesen Techniken nicht geheilt werden.


Die Regeneration von Nerven ist immer ein Wettlauf mit der Zeit. Denn wenn die Zeitspanne zwischen dem Auftreten der Nervenschädigung und dem erneuten Einwachsen der Nervenfaser in das Zielgewebe zu groß ist, können dort inzwischen irreversible Schäden entstanden sein. 


Die durchschnittliche Wachstumsgeschwindigkeit eines erneut auswachsenden Nerven (Neuriten) liegt beim Menschen bei ein bis fünf Millimeter pro Tag. Da kann die Regeneration eines Nerven, dessen Verletzung einige Zentimeter von seinem Zielort entfernt liegt einige Monate dauern. Um den Erfolg der Regeneration des Nerven zu sichern sollte diese also möglichst komplikationslos ablaufen.


Erste vorklinische Studien an Ratten und Schafen mit den Röhrchen aus Spinnenseide verliefen vielversprechend. Die Röhrchen dienen dabei als Platzhalter für die aussprießenden Nerven. Bei einer Durchtrennung eines Nerven, wie er zum Beispiel von der Schulter zur Hand verläuft können diese Röhrchen eine Leitstruktur bereitstellen, die von der Schulter, von wo aus der Nerv sein Wachstum beginnen würde bis zur Hand führt, wo er hinfinden muss. Dabei bilden sich zunächst die sogenannten Schwann’schen Zellen. 


Als Stütz- und Isolierzellen bilden sie um die Spinnenseide herum einen Tunnel durch den das Axon des Nervs dann bis an sein Ziel wächst. Im Verlauf dieses Prozesses wird die Spinnenseide schließlich komplett vom Körper resorbiert. Nach erfolgreicher Heilung verläuft dort, wo sich vorher die Spinnenfäden befanden das Axon des Nervs. Bei ausgewachsenen Schafen konnte auf diese Weise bisher eine 6 cm lange Lücke des Nervus tibialis (Schienbeinnerven) überbrückt werden. 


Die Ergebnisse dieser Technik waren genauso gut, wie eine Transplantation von eigenen Nervenfasern der Schafe. Auch die für eine schnelle Nervenleitung notwendigen Ranvierschen Schnürringe hatten sich zwischen den Schwann’schen Zellen ausgebildet. Die Schafe konnten nach einigen Monaten wieder fast genauso gut laufen wie vor dem Eingriff.

Warum die Seidenfäden der goldenen Radnetzspinne ?

Weil diese die Anforderungen am besten erfüllte. In ersten Experimenten fand man heraus, dass sich die Nervenzellen gut an diese Seide anheften, dort weiter wachsen, sich vergrößern und sich an der Spinnenseide entlang bewegen. Und es gibt noch eine weitere wesentliche Eigenschaft von Spinnenseide, die für eine erfolgreiche Nervenregeneration existenziell ist: Anders als viele vergleichbare Materialien ist der Abbau von Spinnenseide pH-neutral.

 

Denn eine Änderung des pH-Wertes beim Abbau der Leitstruktur kann dazu führen, dass die auf pH-Änderungen sehr empfindlich reagierenden Nervenzellen ihre Regeneration einstellen.

Wie durchtrennte Nerven mit Spinnfäden vernäht werden könnten

Der Wunsch eines Operateurs nach einem Nahtmaterial so dünn wie Spinnenfäden brachte Biologen dazu, sich eingehender mit Spinnenseide zu beschäftigen. Beim Zusammennähen durchtrennter Nerven, wie zum Beispiel der feinen Nervenfasern der Finger, gibt es nämlich immer noch ungelöste Probleme. 


Die in der Mikrochirurgie eingesetzten Nahtmaterialien, wie etwa Seide vom Seidenspinner (Bombyx mori), Nylon oder Polyglycolsäure können nämlich dazu führen, dass der Nerv sein axonales Wachstum einstellt und sich ein Narbenneurom bildet. Das ist ein kleiner, gutartiger Tumor aus Nervengewebe, der sich aufgrund von wachstumshemmenden Faktoren bilden, die von Fibroblasten (Bindegewebszellen) ausgeschüttet werden. Statt neu auszuwachsen vernarbt der Nerv dann. 


Ein solches Neuroma besteht aus ungeordneten und ungerichteten Nervenbahnen, die keine synaptische Zielverknüpfung besitzen. Aufgrund dieser chaotischen Struktur kann es zu starken Schmerzen kommen, die entweder permanent bestehen oder durch mechanischen Reiz ausgelöst werden.


Auch für die Lösung dieses Problems bietet sich die Spinnenseide aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften an. Biologen haben deshalb aus Spinnenseide ein feines, sehr zugfestes und flexibles Nahtmaterial hergestellt. Die bislang verwendeten Nylonfäden haben eine Dicke von zwanzig bis dreißig Mikrometern. Um ein vergleichbares Material aus Spinnenfäden herzustellen, haben die Wissenschaftler die Spinnenfäden zu zwei oder drei Bündeln aus je zehn bis fünfzehn Fäden miteinander verdrillt. 


Dieses Nahtmaterial hat erste mechanische Test erfolgreich durchlaufen. Dabei stellte sich heraus, dass es eine zweieinhalbmal größere Reißfestigkeit und eine eineinhalbmal größere Dehnbarkeit als Nylon aufweist. Damit könnten die verzwirnten Spinnenfäden sich den in einer Wunde auftretenden Spannungen besser anpassen. Zusätzlich hätte es den Vorteil sich nach erfüllter Aufgabe vom Körper problemlos abbauen zu lassen.

Wie die Spinnenseide gewonnen wird

Alle 14 Tage werden die Radnetzspinnen sanft aus ihrem Netz genommen und müssen zum Seidenmelken, das ungefähr 15 min dauert. Dazu wird die Spinne mit dem Rücken auf einen Schaumstoffkeil gelegt und darauf vorsichtig mit einem Gaze und Stecknadeln fixiert. Dann fischt der Wissenschaftler am Hinterleib der Spinne vorsichtig nach dem Haltefaden. Dieser hängt der Spinne immer ein Stück aus dem Hinterleib, da er als Sicherungsfaden für Notsituationen jederzeit verfügbar sein muss. 


Spinnen haben bis zu sieben verschiedene Spinndrüsen, mit denen sie unterschiedliche Spinnfäden erzeugen können. Dann wird der Faden sorgsam an einer Spule befestigt, mit welcher Nephila der Spinnfaden sozusagen aus der Spinndrüse gesponnen wird.


Solange ein Zug auf den Seidenfaden einwirkt und die Spinne in ihrer Spinndrüse genügend von den für das Spinnen benötigten Proteinen zur Verfügung hat, kann ihr so der Faden aus der Spinndrüse gezogen werden. 50 bis 100 Meter pro Tag werden so im Durchschnitt auf diese Weise geerntet. Der Faden von Nephila clavipes glänzt golden im Licht, daher hat die Spinne ihren Namen. Nach der Prozedur gibt es zur Stärkung nach der Anstrengung einen fetten Happen, ein Heimchen.


Spinnenseide ist wie erwähnt das stärkste Material das jemals entdeckt wurde. Elastizität und Stärke sind zum Beispiel für Panzerungen, wie etwa Militärhelme und Schutzanzüge gefragt. Aber auch in der Mikrochirurgie werden organische aber ultrastarke Fäden gebraucht, zum Beispiel um kleinste Gefäße zu reparieren.


Mit einer Reißfestigkeit von 1125 kg pro Quadratzentimeter könnte ein Seil aus dieser Spinnenseide etwa 1 Tonne Gewicht locker tragen und um das 20-fache der eigenen Länge gedehnt werden. Obendrein ist Spinnenseide wasserfest und trotzt Temperaturen zwischen -20 und 330 Grad Celsius. Kurzum Spinnenseide wird das nächste Supermaterial. Von extrafeinen Nahtfäden über superdünne Kletterseile bis zu unzerstörbaren Helmen sind tausende Anwendungen denkbar.


Der Grund für die enorme Stärke und Dehnbarkeit von Spinnenseide liege im Aufbau der Proteine aus denen die Seide aufgebaut ist. Die Proteine passten perfekt wie Legosteine ineinander; daher die Festigkeit. Und weil sie zusätzlich spiralförmig wie Sprungfedern sind, verleihten die Proteine der Spinnenseide ihre außergewöhnliche Elastizität.

 

 

Mittlerweile sind die Eigenschaften von Spinnenseide ausführlich analysiert und bekannt. Die Herausforderung liegt nun darin, im industriellen Maßtab Produkte aus dem Material herzustellen. Doch Spinnen sind keine guten WG-Bewohner und Fressen sich gegenseitig auf wenn der Platz zu eng wird. 


Außerdem kann man maximal 50 mg pro Tag aus einer Spinne gewinnen. Hergestellt wird die Seide normalerweise im fetten, Hinterteil dem Abdomen von Spinnen, das neben der Seide der Zugleinen noch 5 andere Seidenarten produziert, mit unterschiedlicher Stärke und Elastizität für verschieden Sektionen des Spinnennetzes.

Vor 22 Jahren ernteten Wissenschaftler Seide noch direkt aus Spinnen.


Heute greift man auf einen gentechnischen Trick zurück. Man isoliert die DNA für das Seidenprotein, kombiniert sie mit dem Gen für die Milchherstellung in den Milchdrüsen von Ziegen und injiziert diese Säugetier-Spinnen-Hybrid-DNA in die Zellen befruchteter Ziegeneizellen. 


Die Eizellen werden dann einer Mutterziege implantiert; fertig ist die Spinnen-Ziege.


Die herangewachsenen Ziegen stellen dann in ihrer Milch neben Milchprotein auch das Seidenprotein her. Und zwar eine ganze Menge: etwa 16 Gramm pro Ziege und Tag. Aus dem so gewonnenen Spinnenrohstoff können nun künstlich Spinnenfäden hergestellt werden.


Die Spinnenziegen sind ein einfacher und relativ günstiger Weg an größere Mengen von Spinnenseide zu kommen. Für eine kleinere Firma könnte eine Ziegenfarm also durchaus reichen. 

Allerdings wollten mehrere große Hersteller von Sport- und Medizinartikeln die Spinnenseide in so großem Maßstab herstellen, das jetzt auch Bioreaktoren mit gentechnisch veränderten E. Coli-Bakterien vorbereitet würden, was dann eine alternative Seidenproteinproduktion zur Ziegenvariante im noch größeren Stil wäre.


Giftige und biologisch nicht abbaubare Materialien sind ein zunehmendes Problem in elektronischen Geräten. Dabei könnten Rohstoffe aus der Natur sie gelegentlich gut ersetzen – etwa Spinnenseide, die flexibel und stabil zugleich ist.


Jetzt gelang es, Spinnfäden durch die Beschichtung von Nanoröhrchen elektrisch leitfähig zu machen. Damit könnten in Zukunft Schaltkreise und Leiter gebaut werden.


Spinnenseide ist robust, leitet naturbelassen jedoch keinen elektrischen Strom – im Gegensatz zu Kohlenstoffnanoröhrchen. Die beiden gewünschten Eigenschaften zu kombinieren ist nun gelungen. Im High Magnetic Field Laboratory in Tallahassee wurden die von der  Goldenen Seidenspinne (Nephila clavipes) gesponnenen Fasern mit Kohlenstoffnanoröhrchen beschichtet und stellte so leitfähige Seidendrähte her, die dreimal widerstandsfähiger sind als reine Spinnenseide.


Zunächst wurden mehrwandige Nanoröhrchen mit zusätzlichen Aminogruppen erzeugt, die an der Faseroberfläche binden können. Als pulverisierte Partikel vermengten sie sie mit Seidenfaserbündeln und platzierten das feuchte Gemisch dann zwischen zwei aufeinanderliegenden Teflonplatten, die unter hohem Druck gegeneinander verschoben wurden. 


Die resultierende Scherbelastung erleichtert die Bindung zwischen den Kohlenstoffnano - röhrchen und den Seidenfasern. Die so entstandenen Seidennanobündel bewährten sich im Labor der bereits in verschiedenen elektrischen Sensoren. 




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