Nanomechanik von UV-bestrahlten Kollagenfibrillen

• Antragsteller: Professor Dr. Robert Stark
• Fachliche Zuordnung: Biophysik ; Biomaterialien ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276304632

Fibrilläres Kollagen ist das Hauptstrukturprotein des menschlichen Körpers und verfügt über herausragende mechanische Eigenschaften. Aufgrund des komplexen, hierarchischen Aufbaus über mehrere Ebenen weist es eine sehr hohe Zugfestigkeit bei gleichzeitig geringer Dehnbarkeit auf. Deshalb verleiht Kollagen Gewebe, wie beispielsweise der Haut, Sehnen, Knochen, Bändern oder den Gefäßwänden, Festigkeit bei gleichzeitig hoher Belastbarkeit. Technologisch ist Kollagen ist ein wichtiges Substrat in der Zellkultur oder dient als Gerüst beim Gewebe-Engineering. Auch hier spielen die mechanischen Eigenschaften von Kollagen eine wichtige Rolle. Die mechanischen Eigenschaften des Moleküls werden durch die Quervernetzung innerhalb des Kollagen bestimmt. Die Quervernetzung erfolgt zunächst bei der Synthese und Bildung der Fibrillen im Organismus. Allerdings können auch externe Einflüsse, wie z.B. UV-Bestrahlung und Temperatur, die Verfestigung des Gewebes beeinflussen. Es ist bekannt, dass UV-C-Strahlung die mechanischen Eigenschaften von Kollagenfasern verändert, da zunächst zusätzliche Quervernetzungen geschaffen werden bevor bei weiterer Bestrahlung das Kollagen durch proteolytischen Angriff geschwächt wird. Allerdings ist es auf der Skala einzelner Fibrillen bisher nicht klar, welchen Einfluss diese äußeren Faktoren auf die nanomechanischen Eigenschaften haben. Mit Hilfe der Rasterkraftmikroskopie soll die Nanomechanik von UV- und temperaturbehandeltem Kollagen untersucht werden. Konfokale Raman-Spektroskopie soll zur räumlich hoch aufgelösten chemischen Charakterisierung beitragen. Mit Hilfe dieses Ansatzes soll gezeigt werden, dass eine kontrollierte Veränderung der nanomechanischen Eigenschaften von Kollagen Typ I durch UV-Strahlung und Temperaturbehandlung möglich ist. Langfristig sollen die Ergebnisse dieses Projektes die Herstellung von Kollagenmatrizen mit gezielt eingestellter Elastizität ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen