Gibt es bald Implantate aus Urin?

Bei dem Verfahren kommt gentechnisch veränderte Hefe zum Einsatz, die Urin aus Abwasser in Hydroxylapatit (HAp) umwandelt, eine Calciumphosphat-Verbindung, die auch zur Restaurierung archäologischer Artefakte und andere kommerzielle Zwecke eingesetzt werden kann.

„Mit diesem Prozess werden zwei Ziele gleichzeitig erreicht“, sagte Co-Autor David Kisailus, Professor für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der UC Irvine. „Einerseits hilft es, menschlichen Urin aus Abwässern zu entfernen und so die Umweltverschmutzung und die Ansammlung unerwünschter Nährstoffe zu verringern. Andererseits entsteht ein Material, das kommerziell vermarktet und in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden kann.“

Die Wissenschaftler vom Lawrence Berkeley National Laboratory, der University of California in Irvine, der University of Illinois Urbana-Champaign sowie der Hokkaido University und der Tokyo University of Agriculture and Technology in Japan haben dabei ein biologisch inspiriertes System auf der Basis synthetischer Hefezellen entwickelt, das einen biologischen Prozess nachahmt, der bei Säugetieren beobachtet wird.

Bei Säugetieren gewinnen Osteoblasten Calciumphosphat aus Körperflüssigkeiten, das dann verarbeitet und als HAp ausgeschieden wird. Da sich Osteoblasten nicht für die großindustrielle HAp-Produktion eignen, griffen die Forscher auf Osteohefe zurück, die mithilfe von Enzymen Harnstoff abbaut und den pH-Wert der Umgebung erhöht. Dadurch bilden sich in der Hefe winzige Hohlräume, in denen sich Calcium und Phosphat ansammeln, die dann ausgeschieden und zu HAp kristallisiert werden. Sie fanden heraus, dass ihre Methode bis zu 1 Gramm HAp pro Liter Urin produzieren kann.

Den Forschern zufolge sind HAp-Verbundwerkstoffe leicht und bieten hohe mechanische Festigkeit, Zähigkeit und Haltbarkeit. Und wenn synthetisches Hydroxylapatit, das ursprünglich aus Urin gewonnen wurde, wirtschaftlich und in großem Maßstab hergestellt werden kann, könnte es als erneuerbare und biologisch abbaubare Alternative zu Rohstoffen wie Kunststoffen und anderen Baumaterialien dienen.

„Dieser Prozess zur Gewinnung von Hydroxylapatit, dem Knochenmineral, dauert weniger als einen Tag“, sagte Kisailus. „Die Tatsache, dass Hefe als Grundstoff verwendet wird, die kostengünstig ist und in großen Bottichen bei relativ niedrigen Temperaturen gelagert werden kann – man denke nur an Bier, das durch Gärung hergestellt wird und gut skaliert werden kann – zeigt, dass dies ohne großen Infrastrukturaufwand möglich ist und den zusätzlichen Vorteil bietet, dass es auch für Entwicklungsländer zugänglich ist.“