Biologische Fasern sind einzigartig: Je größer die Belastung, desto stabiler halten sie zusammen. Diesem ungewöhnlichen Verhalten gingen nun amerikanische und niederländische Forscher auf den Grund. Ihr Ergebnis: Blutgefäße versteifen sich deutlich, wenn sie höheren Zugbelastungen oder Innendrücken standhalten müssen. Für dieses Verhalten sind sowohl chemische Bindungen als auch das elastische Verhalten einzelner Biofasern in den Wänden der Blutbahnen verantwortlich. Mit den Ergebnissen, die die Forscher im Fachblatt Nature (Vol. 435, S. 191) veröffentlichen, könnten künstliche Blutgefäße in Zukunft sehr viel stabiler hergestellt werden.
“Anders als einfache Polymere versteifen sich biologische Materialien, sobald sie unter einer Zugbelastung stehen”, erklärt Cornelis Storm von der
University of Pennsylvania in Philadelphia. Zusammen mit Kollegen von der niederländischen
Universität Leiden analysierte er dieses Verhalten bei natürlichen Fasermaterialien wie Fibrin, Actin oder Kollagen. Je nach Material kann eine biologische Faser um 20 bis 400 Prozent gedehnt werden, bevor sie geschädigt wird. Sind Blutgefäße oder Hornhäute im Auge ohne äußere Zugbelastung eher flexibel, versteifen sie sich spürbar, sobald an ihnen gezogen wird. Dadurch wird ihre Stabilität erhöht, was vor allem bei der Belastung durch einen hohen Blutdruck vonnöten ist.
Sowohl mit genauen Messungen als auch mit mathematischen Abschätzungen erkannten die Forscher, dass die natürlichen Proteinstrukturen der Fasern ein semiflexibles Verhalten zeigen. Dabei spiele eine regelmäßige Verteilung der Fasern beispielsweise in einem extrem haltbaren Blutgefäß keine Rolle. Im Gegenteil scheint die willkürliche Vernetzung der Fasern in den Hüllen einer Blutbahn eine wichtige Voraussetzung für die hohe Stabilität zu sein.
Mit der genauen Analyse der natürlichen Fasernetzwerke wollen die Forscher nun eine Grundlage für den besseren Nachbau künstlicher Blutgefäße liefern. Die bisher verwendeteten Polymermaterialien weisen nur eine mäßige Haltbarkeit unter Belastung auf. Vernetzte Strukturen mit zahlreichen willkürlich verteilten Fasern könnten nun die Entwicklung stabilerer künstlicher Gefäße voranbringen.
Jan Oliver Löfken
