{"id":42016,"date":"2020-05-08T11:07:25","date_gmt":"2020-05-08T09:07:25","guid":{"rendered":"https:\/\/www.h-its.org\/de\/?p=42016"},"modified":"2020-05-08T12:53:57","modified_gmt":"2020-05-08T10:53:57","slug":"zum-zerreissen-gespannt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.h-its.org\/de\/2020\/05\/08\/zum-zerreissen-gespannt\/","title":{"rendered":"Zum Zerrei\u00dfen gespannt"},"content":{"rendered":"\n

Ein Riss im Sneaker, ein geplatzter Reifen \u2013 Materialerm\u00fcdung ist ein allt\u00e4gliches Ph\u00e4nomen und tritt immer zur Unzeit auf. Oftmals sorgt das lediglich f\u00fcr leichten \u00c4rger, zuweilen kann es aber auch t\u00f6dliche Folgen haben. Doch w\u00e4hrend das Ph\u00e4nomen bei synthetischen Materialien inzwischen gut erforscht ist, liegen die Gr\u00fcnde f\u00fcr Erm\u00fcdungserscheinungen im Gewebe von S\u00e4ugetieren, das h\u00e4ufig extremer mechanischer Belastung ausgesetzt ist, noch weitgehend im Dunkeln. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Heidelberger Instituts f\u00fcr Theoretische Studien (HITS) konnte nun nachweisen, welche negativen Auswirkungen mechanische Belastung auf Kollagengewebe hat. Die Ergebnisse der Studie, die in der Fachzeitschrift Nature Communications <\/em>ver\u00f6ffentlicht wurden, k\u00f6nnen wichtige Impulse f\u00fcr Materialforschung und Biomedizin liefern.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Es ist seit langem bekannt, dass synthetische Polymere unter mechanischer Belastung sogenannte Mechanoradikale bilden, die durch den Bruch chemischer Bindungen entstehen. Aber werden diese sch\u00e4dlichen und hochreaktiven Radikale auch in Gewebe erzeugt, das einer starken Belastung ausgesetzt ist? Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Forschungsgruppe \u201cMolekulare Biomechanik\u201d<\/a> am HITS gingen dieser Frage am Beispiel von Kollagen nach, dem Protein, das uns im wahrsten Sinne des Wortes im Innersten zusammenh\u00e4lt, indem es unserem Bindegewebe in Knochen, B\u00e4ndern und Haut strukturelle und mechanische Stabilit\u00e4t verleiht. \u201cIn dieser Rolle ist es fortw\u00e4hrender mechanischer Belastung ausgesetzt und somit der perfekte Kandidat f\u00fcr unsere Studie\u201d, so Frauke Gr\u00e4ter, Forschungsleiterin am HITS. Zusammen mit Kollegen aus Homburg, Frankfurt und Seattle zeigte ihr Team in einer Reihe speziell entwickelter Experimente, dass Kollagen unter exzessiver mechanischer Belastung Radikale produziert. Diese Erkenntnis war insofern entscheidend, als Radikale daf\u00fcr bekannt sind, im K\u00f6rper Sch\u00e4den und oxidativen Stress hervorzurufen.<\/p>\n\n\n\n

\u201cWir konnten die Sehne eines Rattenschwanzes gleichzeitig in die L\u00e4nge ziehen und mithilfe des Elektronenspinresonanz-Verfahrens messen. Dadurch war es m\u00f6glich die Radikale, die beim Ziehen entstehen, zu quantifizieren.\u201d, erl\u00e4utert Christopher Zapp, Doktorand in Gr\u00e4ters Team, den Versuchsaufbau. Zus\u00e4tzlich durchgef\u00fchrte Molekulardynamik-Simulationen einer Kollagenfibrille, bestehend aus Millionen von Atomen, best\u00e4tigten die Ergebnisse: Chemische Verbindungen brechen, wenn Kollagen gedehnt wird. Die entstehenden sch\u00e4dlichen Radikale werden jedoch umgehend von benachbarten aromatischen Seitenketten abgefangen. \u201cWir haben in Kollagen nicht nur stabile Radikale gefunden, sondern auch modifizierte Seitenketten, sogenannte DOPAs. Diese Modifikation sch\u00fctzt die Kollagenstruktur vor weiteren Sch\u00e4den.\u201d Die DOPA-Radikale schlie\u00dflich werden in Wasserstoffperoxid umgewandelt, einem wichtigen Signalmolek\u00fcl im K\u00f6rper. Daraus folgt, dass Kollagen nicht nur die Kr\u00e4fte \u00fcbertr\u00e4gt, sondern auch die daraus entstehenden Konsequenzen steuern kann.<\/p>\n\n\n\n

\u201cEs war eine Herausforderung, die eigenartigen Radikalsignale in dem gedehnten Biomaterial richtig zu deuten\u201d, f\u00fcgt Reinhard Kappl von der Abteilung f\u00fcr Biophysik der Universit\u00e4t des Saarlandes<\/a> und Mitautor der Studie hinzu. \u201cF\u00fcr ein vollst\u00e4ndiges Bild bedurfte es der geb\u00fcndelten Expertise verschiedener Forschungsgruppen.\u201d<\/p>\n\n\n\n

Die Resultate legen nahe, dass Kollagen sich im K\u00f6rper zu einer Art \u201eRadikalschwamm\u201c entwickelt hat. \u201cUnsere Studie zeigt, dass Kollagen sich selbst vor Radikalen sch\u00fctzt. Wird dieser Mechanismus jedoch \u00fcberdehnt, kann es zu oxidationsbedingten Sch\u00e4digungen kommen, von Schmerzen bis hin zu Entz\u00fcndungen\u201d, fasst Agnieszka Obarska-Kosinska vom HITS zusammen.<\/p>\n\n\n\n

Die Ergebnisse k\u00f6nnten nicht nur eine Erkl\u00e4rung daf\u00fcr liefern, warum Fu\u00dfballspielen zuweilen sehr schmerzhaft sein kann, sie liefern auch vielversprechende Ans\u00e4tze f\u00fcr eine bessere Regeneration und Transplantation von Gewebe, zum Beispiel in der Sportmedizin.<\/p>\n\n\n\n

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Atomistisches Modell einer Kollagen I-Fibrille mit Crosslinks (blau), die Helices verbinden. Die neu entdeckten DOPAs sind in rot dargestellt. <\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
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Atomistisches Modell einer Kollagen I-Fibrille mit Crosslinks (blau), die Helices verbinden. Die neu entdeckten DOPAs sind in gr\u00fcn dargestellt, andere Seitenketten, die m\u00f6glicherweise auch oxidativen Stress abfangen, in gelb, orange und rot.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Zum Paper: Nature Communications <\/em>https:\/\/www.nature.com\/articles\/s41467-020-15567-4<\/a> <\/em>(DOI<\/abbr> https:\/\/doi.org\/10.1038\/s41467-020-15567-4<\/a>)<\/p>\n\n\n\n

Pressekontakt:<\/strong>
Dr. Peter Saueressig
Presse- und \u00d6ffentlichkeitsarbeit
Heidelberger Institut f\u00fcr Theoretische Studien (HITS)
Tel: +49 6221 533 245
Peter.Saueressig@h-its.org
https:\/\/www.h-its.org<\/p>\n\n\n\n

Wissenschaftlicher Kontakt:<\/strong>
Prof. Dr. Frauke Gr\u00e4ter
Gruppenleiterin Molecular Biomechanics (MBM)
Heidelberger Institut f\u00fcr Theoretische Studien (HITS)
Tel: +49 6221 533 267
Frauke.Graeter@h-its.org<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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