Es ist fein, ein stacheliges Schwein zu sein: Raubtiere meiden den sogenannten Baumstachler, denn Angriffe auf das behäbige Nagetier enden meist schmerzhaft. Bereits bei leichtem Druck bohren sich die feinen Stacheln der nordamerikanischen Vertreter der Stachelschweine tief in die Haut eines Angreifers und stecken dann hartnäckig fest. US-Forscher haben nun das Erfolgsrezept der Stichwaffen entschlüsselt. Nach dem entsprechenden Prinzip könnte man medizinische Werkzeuge zur Fixierung von Geweben entwickeln, die bei kleiner Eindringtiefe ein hohes Haltevermögen gewährleisten, sagen die Wissenschaftler.
Die Forscher um Jeffrey Karp vom Massachusetts Institute of Technology haben die feinen Strukturen der Stacheln durch mikroskopische Untersuchungen genau analysiert. Die biologischen Hightech-Waffen besitzen demnach eine konische Spitze mit einer Schicht aus mikroskopisch kleinen, nach hinten gerichteten Widerhaken. Um die Wirkung dieses Aufbaus zu verstehen, übertrugen ihn die Forscher auf künstliche Polyurethan-Stacheln. Mit diesen Modellen und den natürlichen Stacheln führten sie dann Versuche durch, um herauszufinden, welcher Aspekt der Struktur entscheidend für die Funktion der Stacheln sind.
Raffinierter Kombinationseffekt: Widerhaken erleichtern Eindringen
Die Experimente zeigten überraschenderweise, dass die Widerhaken nicht nur dem Herausziehen widerstehen, sondern außerdem die Stacheln leichter in die Haut gleiten lassen: Wenn die Forscher die Widerhaken von den natürlichen Stacheln entfernten, war 54 Prozent mehr Druck nötig, um die Spitze in Gewebe eindringen zu lassen. Den Wissenschaftlern zufolge wirken die Strukturen beim Hineingleiten wie kleine Messer auf der Oberfläche der Spitze. Durch diesen scharfen Effekt wird das Gewebe weniger stark verformt, wodurch ein geringer Widerstand entsteht. In umgekehrter Bewegungsrichtung verankern sich die Strukturen wiederum im Gewebe ? so entsteht der Widerhaken-Effekt.
Auf die künstlichen Stacheln ließ sich die doppelte Wirkung prinzipiell ebenfalls übertragen, berichten Jeffrey Karp und seine Kollegen. Demnach steht also einer Anwendung dieses Systems für medizinische Geräte nichts im Wege, sind sie überzeugt. Sie wollen nun verschiede Möglichkeiten des Einsatzes testen. ?Entsprechende Spitzen von Haltesystemen könnten Gewebe mit minimaler Eindringtiefe stark fixieren?, sagt Co-Autor James Ankrum. Durch eine Beseitigung des Widerhaken-Effekts der Strukturen könnten außerdem auch Nadeln für Spritzen entwickelt werden, die leichter eindringen und somit auch schmerzfreier sind, sagen die Wissenschaftler.
Jeffrey Karp (Massachusetts Institute of Technology) et al.: PNAS, doi:10.1073/pnas.1216441109 © wissenschaft.de – Martin Vieweg
