{"id":2402,"date":"2017-11-20T11:17:41","date_gmt":"2017-11-20T10:17:41","guid":{"rendered":"https:\/\/news.save.ch\/?p=2402"},"modified":"2023-03-14T09:04:19","modified_gmt":"2023-03-14T08:04:19","slug":"warum-biologische-gewebe-nachgiebig-und-zaeh-sind","status":null,"type":"post","link":"https:\/\/news.save.ch\/de\/warum-biologische-gewebe-nachgiebig-und-zaeh-sind\/","title":{"rendered":"Warum biologische Gewebe nachgiebig und z\u00e4h sind"},"content":{"rendered":"
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Das mechanische Verhalten weicher biologischer Gewebe in unserem K\u00f6rper wird bestimmt durch die Wechselwirkung von Kollagenfasern (gr\u00fcn), Proteoglykanen (blau) und Wasser (transparent). (Grafik: ETH Z\u00fcrich)<\/figcaption><\/figure>\n

Im Mutterleib schwimmt das Ungeborene in einer mit Fruchtwasser prall gef\u00fcllten Fruchtblase<\/a>. Dass diese intakt bleibt, ist f\u00fcr eine reibungslose Entwicklung des Babys sehr wichtig. Doch es kann geschehen, dass die sch\u00fctzende H\u00fclle nach Eingriffen wie Fruchtwasserpunktionen und Operationen oder auch ganz spontan reisst.<\/p>\n

Gedehntes Gewebe verliert Volumen<\/strong><\/p>\n

Ausgehend von solchen medizinischen Problemen haben Forschende der Gruppe von Edoardo Mazza, Professor am Institut f\u00fcr mechanische Systeme an der ETH Z\u00fcrich, untersucht, wie sich Teile der Fruchtblase und andere biologische Gewebe<\/a> unter Zugbelastung verformen. Eines ihrer wichtigsten und \u00fcberraschendsten Resultate: Die Gewebe verlieren bei einer Dehnung an Masse \u2013 bei einer physiologischen Dehnung von 10 Prozent durchschnittlich rund 50 Prozent. \u00abDas widerspricht dem bisher geltenden Paradigma, wonach sich solche weichen biologischen Gewebe zwar stark verformen k\u00f6nnen, ihr Volumen dabei aber unver\u00e4ndert bleibt\u00bb, erkl\u00e4rt der Biomechaniker Mazza. Seine Gruppe konnte anhand von Messungen an Gewebeproben zeigen, dass der Volumenverlust darauf zur\u00fcckzuf\u00fchren ist, dass Fl\u00fcssigkeit, die im Gewebe zwischen Zellen und Kollagenfasern eingelagert ist, aus dem gedehnten Bereich entweicht.<\/p>\n

Zusammenspiel von Mechanik und Chemie<\/strong><\/p>\n

Den Mechanismus dahinter konnte Alexander Ehret, Teamleiter in Mazzas Gruppe, zusammen mit seinem Team und mithilfe umfangreicher Computersimulationen aufkl\u00e4ren. Die Grundlage daf\u00fcr ist die Ausrichtung der Kollagenfasern<\/a> im Gewebe. Die Fasern bilden eine Art dreidimensionales Netz, in dem sie in einer Ebene fl\u00e4chig in alle Himmelsrichtungen verlaufen und nur geringf\u00fcgige Abweichungen nach oben und nach unten zeigen. Zieht man an diesem Geflecht, r\u00fccken alle Kollagenfibrillen, die mehr oder weniger in Zugrichtung liegen, in einer Art Scherenbewegung n\u00e4her zusammen und pressen die Fl\u00fcssigkeit aus dem Gewebe heraus. Die Fasern bleiben unbesch\u00e4digt, da sie vor allem in eine Ebene verschoben und allenfalls leicht gedehnt werden.<\/p>\n

Der Volumenverlust ist reversibel. Entspannt sich das Gewebe wieder, nimmt es wieder Wasser aus dem umliegenden Gewebe auf. \u00abDer Grund daf\u00fcr sind mit den Kollagenfasern fest verbundene Makromolek\u00fcle mit negativen Ladungen\u00bb, erkl\u00e4rt Mazza. Sie bringen das Wasser dazu, nach den Prinzipien der Osmose wieder ins Gewebe zur\u00fcckzustr\u00f6men. Der Vorgang l\u00e4sst sich im Experiment problemlos viele Male wiederholen.<\/p>\n

Direkte Anwendungen in der Medizin<\/strong><\/p>\n

Doch Mazza und Ehret ging es nicht nur darum, zu verstehen, wie sich Gewebe unter Zugspannung verh\u00e4lt. \u00abWir sind Ingenieure\u00bb, sagt Mazza. Und als solche arbeiten sie am liebsten an praktischen L\u00f6sungen im richtigen Leben. Die neuen Erkenntnisse fliessen deshalb direkt in konkrete medizinische Fragestellungen ein. Zum Beispiel ins \u00abTissue Engineering\u00bb, die k\u00fcnstliche Herstellung von biologischen Geweben<\/a>, die gesch\u00e4digtes Gewebe bei Patienten regenerieren oder ersetzen sollen. Die Forschenden m\u00f6chten aufgrund der neuen Erkenntnisse vor allem bei den Tr\u00e4germaterialien ansetzen, auf denen diese Gewebe gedeihen. \u00abUnser Ziel ist, f\u00fcr die k\u00fcnstlichen Gewebe m\u00f6glichst physiologische Bedingungen zu schaffen, also die Natur m\u00f6glichst genau zu imitieren\u00bb, erkl\u00e4rt Mazza. Er und seine Mitarbeiter sind \u00fcberzeugt, dass Zellen im wachsenden Gewebe vom Tr\u00e4germaterial Signale erhalten, die f\u00fcr die sp\u00e4teren Eigenschaften des Ersatzgewebes eine wichtige Rolle spielen.<\/p>\n

Dabei messen die Wissenschaftler der Interaktion zwischen Chemie und Mechanik eine fundamentale Rolle bei. \u00abEs ist entscheidend, dass das Tr\u00e4germaterial \u00fcber die richtigen Eigenschaften verf\u00fcgt. Dazu geh\u00f6rt insbesondere das richtige Zusammenspiel zwischen geladenen Makromolek\u00fclen und Kollagenfasern\u00bb, erkl\u00e4rt Ehret.<\/p>\n

Schneller neue Haut f\u00fcr Verbrennungsopfer<\/strong><\/p>\n

Konkret planen die Forschenden, sich an einem Projekt des Kinderspitals Z\u00fcrich zu beteiligen, bei dem es darum geht, Hautersatz f\u00fcr Verbrennungsopfer (siehe Fachbeitrag zu Erster Hilfe bei Brandwunden im Safety-Plus 4\/2017 ab Seite 10) besser und schneller zu z\u00fcchten. Die Zusammenarbeit soll im Rahmen des Projekts Skintegrity des Verbunds Hochschulmedizin Z\u00fcrich stattfinden. Den Projektantrag haben die Forschenden Ende September beim Schweizerischen Nationalfonds eingereicht.<\/p>\n

Bereits heute bringt Mazzas Gruppe ihr Expertenwissen in ein Projekt des Universit\u00e4tsspitals Z\u00fcrich ein, dass sich mit den erw\u00e4hnten Rissen in der Fruchtblase besch\u00e4ftigt. Zun\u00e4chst ging es dort darum, herauszufinden, welche Eigenschaften Gewebe haben m\u00fcssen, mit dem sich allf\u00e4llige Verletzungen reparieren lassen. Unterdessen liegt der Fokus auf der Frage, wieso diese \u00fcberhaupt entstehen. Auch hier sind die Biomechaniker in ihrem Element. \u00abBei solchen Projekten mit medizinischer Relevanz einen Beitrag leisten zu k\u00f6nnen\u00bb, sagt Mazza, \u00abfinden wir sehr motivierend.\u00bb<\/p>\n

Quelle: ETH Z\u00fcrich<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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