Kollagenfibrillen, die als grundlegende Bausteine von Haut, Sehnen, Bändern und Knochen fungieren, sind entscheidend für den Zusammenhalt unseres Körpers. Obwohl Fette und Öle traditionell zur Pflege von Leder, das ebenfalls aus Kollagen besteht, genutzt werden, war bisher unklar, ob und in welchem Umfang natürliche Kollagenfibrillen selbst Fettmoleküle enthalten.
Die Rolle von Fetten in Kollagenfibrillen
Ein Forschungsteam der Technischen Universität Chemnitz hat nun herausgefunden, dass Triacylglycerole – eine verbreitete Art von Fettmolekülen – sich zwischen den Kollagenmolekülen einlagern. Diese Anlagerung beeinflusst den Zusammenhalt der viel größeren Kollagenfibrillen.
Dieses grundlegende Wissen ist entscheidend, um die biomechanischen Vorgänge in Bindegeweben besser zu verstehen. Es zeigt, wie eingelagerte Lipide die Bindungskräfte zwischen Proteinen auf molekularer Ebene beeinflussen können. Die genaue Kenntnis der chemischen Zusammensetzung von Kollagenfibrillen ist unerlässlich, um die biochemischen Prozesse bei Wachstum, Alterung und Krankheiten zu entschlüsseln. Während in der Chemie Substanzen oft getrennt untersucht werden, verdeutlicht diese Entdeckung, dass in biologischen Systemen Tausende verschiedener Moleküle zusammenwirken und ihre gemeinsame Anwesenheit von großer Bedeutung ist.
In ihrer Studie untersuchten Forschende Kollagenfibrillen aus Hühnersehnen und machten dabei eine überraschende Entdeckung: Die Fibrillen enthalten eine erhebliche Menge an Triacylglycerolen, auch bekannt als neutrale Fette. Diese Fettmoleküle machen etwa neun Prozent des Volumens der trockenen Fibrillen aus und sind unregelmäßig in deren Kristallgitter eingebettet.
Die Rolle der Fette als Weichmacher
Die Fette wirken wie ein Weichmacher, der den Wasseranteil in den Kollagenfibrillen reduziert. Dieses Ergebnis stellt das bisherige Verständnis der chemischen Zusammensetzung von natürlichen Kollagenfibrillen infrage. Um den Fettgehalt zu bestimmen und ihre Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften zu untersuchen, entwickelten Dr. Martin Dehnert und Prof. Dr. Robert Magerle von der TU Chemnitz ein neues Analyseverfahren auf Basis der Rasterkraftmikroskopie. Zuerst wurden die anhaftenden Fette mit einem unpolaren Lösungsmittel (Hexan) entfernt. Anschließend wurden die im Inneren der Fibrillen eingeschlossenen Fette mit einer polaren Lösungsmittelmischung (Dichlormethan und Methanol) herausgelöst.
Nach jedem Waschschritt wurden die Veränderungen der rund 100 Nanometer dicken Kollagenfibrillen mit der Rasterkraftmikroskopie präzise vermessen. So konnten die Forschenden sowohl die Form als auch die mechanischen Eigenschaften der Fibrillen genau bestimmen. Mithilfe der Raman- und NMR-Spektroskopie identifizierten sie die enthaltenen Fette schließlich eindeutig als Triacylglycerole.
„Unsere Ergebnisse zeigen, wie Fette und Wasser in natürlichen Kollagenfibrillen zusammenwirken“, erklärt Magerle und fügt hinzu: „Dies lässt vermuten, dass es einen Zusammenhang zwischen den Fetten, die wir mit der Nahrung aufnehmen, und der Biomechanik des Bindegewebes geben könnte. Dies wollen wir in Zukunft genauer untersuchen.“
Quelle
Technische Universität Chemnitz (09/2025)
Publikation
Triacylglycerols affect the water content and cohesive strength of collagen fibrils, M. Dehnert, T. Klose, Y. Pan, D. R. T. Zahn, M. Voigtländer, J. F. Teichert, R. Magerle, Soft Matter (9. September 2025). DOI: https://doi.org/10.1039/D5SM00696A