Innovationen mit Zink rund um Gesundheit und Medizin

Bei unzureichender Energiezufuhr macht sich Hunger ganz eindeutig zum Beispiel durch Magenknurren bemerkbar. Doch satt zu sein allein reicht bei Weitem nicht, denn anders als Hunger macht sich Nährstoffmangel nicht sofort, sondern erst nach einiger Zeit bemerkbar. Das Resultat: Über die Hälfte der Menschheit leidet am so genannten verdeckten Hunger, d. h. an Krankheiten, die durch Vitamin- und Mineralstoffmangel entstehen.

Nährstoffmangel beeinträchtigt beispielsweise die körperliche und geistige Entwicklung von Kindern, die Leistungsfähigkeit allgemein, die Sehkraft oder das Immunsystem. So kann Zinkmangel das Risiko erhöhen, an Infektionskrankheiten wie Lungenentzündung oder Durchfall zu erkranken – was in schweren Fällen sogar bis zum Tod führen kann. Und das gerade in Entwicklungsländern, wo Zinkmangel ein ernst zu nehmendes Problem darstellt.

Zink und Vitamin A können Kindern mit einem geringen Kostenaufwand verabreicht werden, sie behandeln eine Mangelernährung, die nach Meinung von Wirtschaftsexperten – darunter fünf Nobelpreisträger – eines der größten Probleme weltweit darstellt, das aber effektiv und mit relativ geringen Mitteln behoben werden kann. Ein Forum mit acht Wirtschaftswissenschaftlern wurde als „Kopenhagener Konsens 2008“ einberufen, um weltweite Probleme zu besprechen und hierfür kostengünstige Lösungen zu finden.

Das Forum kam zu dem Schluss, dass etwa 80 % der schätzungsweise 140 Millionen unterernährten Kinder (vorwiegend in Subsahara-Afrika und Südostasien) für jährlich 60 Millionen US-Dollar mit Zink und Vitamin A versorgt werden könnten – und dass daraus sogar ein wirtschaftlicher Nutzen von 1 Milliarde US-Dollar resultieren kann, da aufgrund des besseren Gesundheitszustands, erhöhten zukünftigen Einkünften und weniger Krankheits- und Todesfällen an anderer Stelle Kosten eingespart bzw. sogar Gewinne gemacht werden können.<//font>

Spinnenseide hat nahezu konkurrenzlose Materialeigenschaften. Sie ist extrem reißfest und hochelastisch, zugleich ist sie außerordentlich leicht und kann – zumindest von Spinnen – unter normalen Temperatur- und Druckbedingungen hergestellt werden. Doch nichts ist so vollkommen, dass es sich nicht noch verbessern ließe. Forscher vom Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle haben jetzt Spinnenseide noch reißfester und zugleich elastischer gemacht, indem sie Metallatome in die Spinnenfäden eingebaut haben.

Die Forscher schleusen dazu in Fäden von Kreuzspinnen Metalle ein. Die mit Zink, Titan oder Aluminium verstärkte Spinnenseide ist deutlich dehnbarer und hält höheren Zugbelastungen stand. Im Vergleich zum unbehandelten Faden steigt die Reißfestigkeit um das Drei- bis Vierfache und ist höher als die von Stahl. Wie Seung-Mo Lee und seine Kollegen in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift „Science“ (Bd. 324, S. 488) berichten, ließen sie sich bei der Verbesserung des Naturprodukts Spinnenseide wiederum von der Natur inspirieren. Bei zahlreichen Insektenarten haben besonders stark beanspruchte Körperteile wie die Mundwerkzeuge einen recht hohen Gehalt an Metallen wie Zink oder Mangan, die die Steifigkeit und Härte des entsprechenden Biomaterials erhöhen.

Aus metallverstärkten Spinnenfäden gewebte Textilien wird es in absehbarer Zeit aber nach Auskunft der Forscher nicht zu kaufen geben Die Forscher denken darüber nach, Kollagen mit der neuen Methode zu behandeln, umaus den verstärkten Fasern möglicherweise künstliche Knochen oder Haut herzustellen.

Quellen:

• „Künstlich verstärkte Spinnenfäden“: faz.net vom 29. April 2009
• „Reißfester als Stahl“: sueddeutsche.de vom 24. April 2009
• Wie Seung-Mo Lee et al: Science“ (Bd. 324, S. 488)

Zinkfingerproteine sind eine Klasse von Proteinen, die einen bestimmten Proteinbaustein (Proteindomäne) besitzen: die Zinkfingerdomäne, bei der ein Zinkatom koordinativ gebunden ist. Durch den Einbau des Zinkatoms entsteht eine schleifenförmige Struktur - der sogenannten Zinkfinger, welcher spezifisch mit DANN oder auch RNA interagieren kann. Speziell aufgebaute (designed) Zinkfingerproteine werden als potenzielle Gentherapeutika für die Behandlung verschiedener genetisch bedingter Krankheiten angesehen. Ihr Einsatz ist sowohl bei Menschen, als auch bei Tieren und Pflanzen möglich.  

Quellen:

• The Zinc Finger Consortium: zincfingers.org
• „Designer zinc-finger proteins and their applications“, M. Papworth et al., Gene 2006 Jan 17;366(1):27-38. Epub 2005 Nov 17.

Auf den ersten Blick klingt der Begriff Schutzprotein erfreulich – nicht aber wenn es sich um Schutzproteine von Krebszellen handelt. Diese Eiweißstoffe werden von bestimmten Krebszellen in viel größerer Menge produziert als von gesunden Zellen. Die Arbeitsgruppe um PD Dr. Gabriele Sass, Abteilung für Experimentelle Immunologie und Hepatologie des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf, untersucht welche Auswirkung die Hemmung des Schutzproteins Hämoxygenase 1 (HO-1) auf das Überleben von Leberkrebszellen hat. Dabei ist es gelungen, mit Zink-Protoporphyrin IX das Wachstum von Tumorzelllinien zu unterdrücken.

Quelle:

• Das Schutzprotein HO-1 als Angriffspunkt für die Krebstherapie“: aus idw-online.de vom 4.6.2008

Chemiker der University of Oxford entwickelten ein Molekül, das es erlaubt, auch bei Eingriffen in tieferen Gewebeschichten mit Hilfe von exakt fokussiertem Laserlicht Tumorzellen z.B. im Gehirn zu zerstören. Als besonders geeignet identifizierten die Wissenschaftler ein ringförmiges, vom Porphyrin abgeleitetes Molekül, das als zentraler Bestandteil im Hämoglobin des roten Blutfarbstoffs und im Chlorophyll der Pflanzen vorkommt. Im Zentrum der Molekülringe ist jeweils ein Zinkatom angesiedelt.

Quelle:

• Spektrum der Wissenschaft August 2008, Seiten 16 und 17