Forscher finden Reparaturmechanismus für beschädigte Mucine

Erste Hilfe für defekten Schleim

Ohne Schmierstoffe läuft nichts, das gilt für Maschinen und Menschen gleichermaßen. Unter anderem im Mund, den Augen, Magen, Darm und Genitalbereich besitzen wir daher Schleimhäute, die dafür sorgen, dass es keine zu große Reibung gibt. Schleim (= Mucus) fungiert aber auch als Schutz gegen Umwelteinflüsse wie Chemikalien und Krankheitserreger.

Prof. Oliver Lieleg erforscht mit seiner Arbeitsgruppe am Zentralinstitut für Medizintechnik (IMETUM) an der TUM die grundlegenden Eigenschaften der Mucine, die strukturbildenden Bestandteile des Schleims. In einer aktuellen Studie, die im Journal "Advanced Materials Interfaces" veröffentlicht wurde, konnten die Wissenschaftler nun zeigen wie Mucine ihre schmierende Wirkung verlieren können. Gleichzeitig gelang es ihnen, einen Reparaturmechanismus zu entwickeln.

Verlust der schmierenden Wirkung

Mucine bestehen aus einem Proteinrückgrat, an das Zuckermoleküle angeheftet sind. Diese Zucker haben die Fähigkeit, Wassermoleküle zu binden und den Mucinen ihre schmierenden Eigenschaften zu verleihen. Die TUM-Wissenschaftler zeigten gemeinsam mit Forschern vom Massachusetts Institute of Technology und dem Unternehmen Johnson&Johnson, dass Mucine bei Verlust der Zuckeranteile nicht mehr ausreichend Wasser binden können.
 
Es gelang den Wissenschaftlern aber, die beschädigten Mucine im Labor erfolgreich zu reparieren, indem sie den verlorenen Zuckeranteil des Moleküls durch synthetische Moleküle ersetzten. Hierdurch wurden sowohl die Fähigkeit der Moleküle Wasser zu binden als auch ihre Schmierwirkung wiederhergestellt.

Künstliches Molekül mit Anker

Bei dem künstlichen Molekül handelt es sich um Polyethylenglycol, an dem die Wissenschaftler noch eine Lectingruppe als "Anker" angeheftet haben. Dieser Anker sorgt dafür, dass das Molekül an das defekte Mucin gebunden wird. Wurden die Reparatur-Moleküle in eine Lösung mit defekten Mucinen gegeben, gewannen diese ihre schmierenden Eigenschaften zurück.

Die Ergebnisse können zu neuen Behandlungsmethoden für Patienten mit defekter Schleimbildung führen. Einige Pathogene etwa greifen gezielt die Zuckermotive an den Mucinen an, um die Barrierewirkung der Mucin-Schicht zu schwächen.   

"Eine denkbare zukünftige Anwendungsform der molekularen Reparaturmotive könnten ein Spray oder Augentropfen sein, so dass die defekten Mucine direkt auf der Schleimhaut wiederhergestellt werden", sagt Lieleg.

Originalpublikation:

T. Crouzier, K. Boettcher, A.R. Geonnotti, N.L. Kavanaugh, J.B. Hirsch, K. Ribbeck, and O. Lieleg, "Modulating mucin hydration and lubrication by deglycosylation and polyethylene glycol binding"; Advanced Materials Interfaces; DOI: 10.1002/admi.201500308

Kontakt:

Prof. Dr. Oliver Lieleg
Technische Universität München
Fakultät für Maschinenwesen und Zentralinstitut für Medizintechnik
Professur für Biomechanik
oliver.lielegspam prevention@tum.de
+49 (0)89-289-10952