Wissenschaft + Forschung

Sterne aus Mikrokeramik stechen winzige Löcher in die Haut. Das ist gut, denn dadurch ziehen Medikamente an Ort und Stelle ein, die beim Schlucken den ganzen Körper beeinflussen würden. Um Zehntausende dieser Sterne herzustellen, funktionierten Forschende eine Methode um, mit der sonst Geschirr produziert wird.<p>Akne, Schuppenflechte oder Ekzeme machen vielen Betroffenen körperlich und psychisch zu schaffen. Small interfering RNA (siRNA) könnte Abhilfe schaffen, indem sie die Gene ausschaltet, die an der Krankheit schuld sind. Allerdings verhindert die Diffusionsbarriere der obersten Hautschicht, der Epidermis, dass genug siRNA in das betroffene Gewebe wandert. Eine vermeintlich triviale Lösung: die Epidermis durchlöchern. Werden sternförmige Mikrokeramikpartikel über die Haut gerieben, punktieren sie diese, wodurch die siRNA leichter eindringt. Forschende der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) haben ein Herstellungsverfahren entwickelt, das wirtschaftlich, zuverlässig und industriell skalierbar ist.</p><h2 type="main">Mikrosterne herstellen</h2><p>Um Mikrosterne herzustellen, ließen sich die Empa-Forschenden von Geschirr inspirieren. Dieses wird unter anderem per Schlickerguss produziert. Ein Team um Patrik Hoffmann erstellte durch ein maskenbasiertes Laserverfahren eine Formvorlage mit Tausenden sternförmigen Prägungen in Polycarbonat. Aus der Formvorlage produzierten sie dann Prägestempel aus Nickel, mit denen sie die Form durch Heißprägen vervielfältigten. In die vervielfältigten Polymerformen werden Keramikschlicker gegossen: wässrige Mischungen aus Keramikpulvern mit Wasser und organischen Zusätzen, welche für die Eigenschaften des Schlickers nötig sind. Nach sorgfältigem Trocknen, um Risse zu vermeiden, werden die keramischen Sternpartikel aus der Form entfernt (<link href="#nadc20254153293-fig-0001">Foto S. 53). Anschließend werden sie gesintert, also bis unter die Schmelztemperatur erwärmt, sodass sich etwa Poren schließen, aber das Produkt nicht zerfließt. Dadurch entsteht die feste Keramik.</p><figure xml:id="nadc20254153293-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmimouswvwgf307ulv1cdplja"><figcaption><label>Abb.1: </label>So werden die Mikrosterne hergestellt: In eine Polymergussform wird Schlicker gegossen und dieser in der Formgetrocknet. Dann entformen Ultraschallwellen die Sternpartikel. Foto: Empa</figcaption></figure></figure><h2 type="main">Bruchfeste Sterne</h2><p>Keramik ist normalerweise spröde. Daher müssen die Mikrosterne angepasst werden, sodass sie die Haut durchdringen, ohne zu brechen. Die Gruppe um Michael Stuer an der Empa nutzte neue Verarbeitungs- und Sintertechniken, um die Sterne ohne Fehler und mit hoher Dichte zu nanostrukturieren.</p><p>Durch Zusätze und verbesserte Brennprozesse kontrollierte die Gruppe die Grenzflächen zwischen den Keramikkörnern – wichtig, um das Material widerstandsfähig und bruchfest zu machen. Verglichen mit Laserschneiden, bei dem die Partikel einzeln geformt werden, geht das neue Verfahren schneller und spart Geld: Selbst im Labor entstehen aus einer wiederverwertbaren Form mehr als 10 000 Mikrosterne. So ermöglicht Guss sternförmige Partikel mit schärferen Spitzen und glatteren Kanten (<link href="#nadc20254153293-fig-0002">Abbildung oben). Solche Sterne rollen und löchern die Haut besser – es sind also weniger Sterne für eine Therapie nötig. Außerdem hängt die Löcherzahl weniger vom Anpressdruck ab, und insgesamt ist ein geringerer Druck nötig.</p><figure xml:id="nadc20254153293-fig-0002"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmimouu9zxhkk07tjh5e2uvm6"><figcaption><label>Abb.2: </label>Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen: Mikrostern durch Laserschneiden (oben) und durch Schlickerguss (unten). Foto: Empa</figcaption></figure></figure><h2 type="main">Welches Design besticht</h2><p>Die Mikrosterne müssen die Haut punktieren und sie trotzdem möglichst schonen. Um das Optimum zu finden, hat das Empa-Team Partikel in unterschiedlichen Formen und Größen entwickelt und getestet.</p><p>Die Produktionsmethode stellte sich unerwartet als Vorteil heraus. Beim Trocknen des Keramikschlickers in den Formen sorgen Kapillardrücke und die Oberflächenspannung an der Trocknungsgrenze dafür, dass sich die Partikel kontrolliert wölben lassen. Durch die Wölbung verhaken die Spitzen der Sterne sich eher und rollen sich auf der Haut ab, statt über die Haut geschoben zu werden, was nur zu Kratzern führen würde. Insgesamt sind die Punktierungen regelmäßiger verteilt, und ein Mikrostern punktiert die Haut häufiger.</p><p>Dieses Projekt planten Forschende der Empa zusammen mit dem Biotechunternehmen Aldena Therapeutics, einer Tochtergesellschaft von Alys Pharmaceuticals. Aldena will die sternförmigen keramischen Partikel in ihren siRNA-Hauttherapien nutzen. Klinische Studien sollen im Jahr 2026 starten.</p><h2 type="main">Die Autoren</h2><p>Michael Stuer leitet seit Ende 2019 die Arbeitsgruppe Nanopulver und Keramik an der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) in Dübendorf und ist seit 2020 auch Dozent an der EPFL in Lausanne. Er forscht an kolloidbasierter Formgebung, schnellen Sinterverfahren und Korngrenzflächen-basierter Materialoptimierung.<img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmimouvm4vwxf07t4exofkfb0"></p><p>Romain Trihan entwickelt seit dem Jahr 2024 Mikrokeramiken als Postdoc an der Empa. Zuvor hatte er weitere Stellen als Postdoc inne. Promoviert hat er 2019 an der Universität Limoges zu 3-D-gedruckten Keramiken für Krebsdiagnose und -therapie.<img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmimouwu0vwyp07t4ajf0qfp3"></p>

Materialwissenschaften

Heilende Mikrosterne

Sterne aus Mikrokeramik stechen winzige Löcher in die Haut. Das ist gut, denn dadurch ziehen Medikamente an Ort und Stelle ein, die beim Schlucken den ganzen Körper beeinflussen würden. Um Zehntausende dieser Sterne herzustellen, funktionierten Forschende eine Methode um, mit der sonst Geschirr p...

Blickpunkt Biowissenschaften

Viele Menschen mögen alkoholische Getränke – das wird oft als kulturelles Phänomen betrachtet. Wie Untersuchungen zur Ernährung von Schimpansen allerdings nahelegen, nahm schon der gemeinsame Vorfahre von Mensch und Affe regelmäßig Ethanol zu sich.<p>Der Mensch, so glaubten wir lange, sei die einzige Art, die Ethanol gezielt nutzt und genießt. Wenn diverse Tierarten versehentlich von gegorenen Früchten betrunken werden, dann galt das als lustige Anekdote, aber nicht als wissenschaftlich relevanter Teil ihrer Ernährung.</p><p>Wie sich allerdings in den vergangenen Jahren erwies, konsumieren unter anderem die afrikanischen Menschenaffen (Unterfamilie Homininae) absichtlich gegorene Früchte mit signifikantem Ethanolgehalt und teilen diese mit ihrer Gruppe. Mit versteckten Kameras haben Anna Bowland von der Universität Exeter, Großbritannien, und Kolleg:innen gezeigt: Schimpansen, die nicht an Menschen gewöhnt sind – also natürliches Verhalten zeigen –, teilen die großen Früchte des Okwabaums (Treculia africana) und bevorzugen Früchte, die schon sichtbar angegoren sind.<sup>1)</sup></p><p>Die Forschenden bestimmten den Ethanolgehalt der Überreste mit einem Atemalkoholtestgerät. Demzufolge enthielten 90 Prozent der Früchte, welche die Schimpansen geteilt hatten, Ethanol in Konzentrationen zwischen 0,01 und 0,61 Volumenprozent. Da sich Schimpansen überwiegend von Früchten ernähren, können sich selbst geringe Anteile zu einem signifikanten Ethanolkonsum addieren.</p><p>Aleksey Maro von der University of California in Berkeley und Kolleg:innen haben den Ethanolkonsum der Schimpansen quantifiziert.<sup>2)</sup> Sie bestimmten bei 20 Pflanzenarten, die auf dem Speiseplan der Schimpansen in der Elfenbeinküste stehen, wie viel Ethanol die reifen Früchte enthalten. Im Durchschnitt nehmen die Schimpansen mit den verzehrten Früchten rund 0,3 Gewichtsprozent Ethanol auf. Bei einem durchschnittlichen Verzehr von 4,5 kg dieser Früchte pro Tag kommen die Schimpansen bei einem Körpergewicht von 40 kg auf 14 g reinen Ethanol. Hochgerechnet auf einen Menschen von 80 kg (zum Beispiel den Autor) entspricht das 28 g Ethanol, also etwas mehr als die 24 g (0,24 L Wein mit 12 % oder 0,6 L Bier mit 5 %), die die gängigen Gesundheitsrichtlinien als risikoarmen Konsum erlauben.<sup>3)</sup></p><h2 type="main">Eine alte Ethanoldehydrogenase</h2><p>Da sich dieser Ethanolkonsum der Schimpansen gleichmäßig über den Tag verteilt und die jeweils mit einer Mahlzeit aufgenommene Menge gering bleibt, kommt es normalerweise nicht zu Trunkenheit. Die 14 g Ethanol wollen allerdings abgebaut werden, und dabei hilft den Schimpansen eine Ethanoldehydrogenase vom Typ IV (ADH4), die ebenso wie das menschliche Enzym gegenüber dem bei Primaten üblichen Standard verbessert ist. ADH4 ist beim Menschen das erste Enzym, das mit aufgenommenem Ethanol in Berührung kommt. Dieses Enzym kommt in Zunge, Speiseröhre und Magen vor.<sup>4)</sup> Ursprünglich war es wahrscheinlich dazu da, komplexere Moleküle als Ethanol zu verarbeiten, die aber eine <link href="#nadc20254153847-fig-0001">Alkoholfunktion enthalten.</p><figure xml:id="nadc20254153847-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmimp04v5w0fg07t4ot29w3sf"><figcaption><label>Abb.1: </label>Ein Federschwanz-Spitzhörnchen (Ptilocercus lowii). Es nimmt beispielsweise fermentierten Nektar aus den Blüten der Bertam-Palme (Eugeissona tristis) zu sich, der bis zu 3,8 % Ethanol enthält. Bild: santiago silver / Adobe Stock</figcaption></figure></figure><p>Matthew Carrigan vom Santa Fe College, Gainesville, USA und Kolleg:innen untersuchten dieses Enzym in 18 Primatenarten.<sup>5)</sup> Bei den meisten lag eine Version vor, die beim Abbau von Ethanol aus der Nahrung nicht viel bewirkt. Allerdings kam es beim gemeinsamen Vorfahren von Menschen und afrikanischen Menschenaffen, also Gorillas und Schimpansen, vor etwa 10 Millionen Jahren zum Austausch einer einzelnen Aminosäure, der den Abbau von Ethanol um den Faktor 40 beschleunigte. Das verlieh unseren tierischen Vorfahren die Fähigkeit, aus dem Ethanol in den verzehrten Früchten Kalorien zu gewinnen.</p><h2 type="main">Ein altes Wort</h2><p>Um den tierischen Alkoholkonsum besser erforschen zu können, haben Nathaniel Dominy vom Dartmouth College in Hanover, USA, und Kolleg:innen einen neuen Begriff eingeführt: ‚Scrumping‘ vom mittelniederdeutschen Wort schrimpen, das mit der geschrumpften und verschrumpelten Erscheinung von vergammelnden Früchten zusammenhängt. Es bezeichnet das Fallobstessen von Tieren – diese Früchte enthalten mit höherer Wahrscheinlichkeit Ethanol als das frische Obst direkt vom Baum.<sup>6)</sup></p><p>Forschende unterscheiden in ihren Feldnotizen zur Ernährung von Affen oft nicht zwischen Früchten vom Boden oder vom Baum. Dominy und Kolleg:innen untersuchten deshalb die in der Literatur berichtete Höhe über dem Boden, in der die Frucht konsumiert wurde, im Vergleich zu der Höhe, in der sie normalerweise am Baum hängt. Wie sie herausfanden, sind die afrikanischen Menschenaffen dem Scrumping zugetan, während der in Südostasien beheimatete Orang-Utan das Fallobst eher verschmäht.</p><h2 type="main">Vergorenes verzehren</h2><p>Ist es sinnvoll, sich von Fallobst zu ernähren? Das ist für verschiedene Lebewesen gesondert zu beantworten. Daran hängt ein ganzes Netzwerk ökologischer Wechselwirkungen, wobei außer den Tieren auch die Pflanzen und die Gärungshefen ihre eigenen Interessen verfolgen.</p><p>Bei Früchten mit harter Schale kann das Fruchtfleisch leichter zugänglich werden, wenn die Vergärung einsetzt. Der Geruch des erzeugten Ethanols kann auch als Signalstoff dienen und die Tiere zu Früchten mit hohem Zuckergehalt locken, was wiederum im Interesse der Pflanzen ist, da die Tiere ihre Samen verteilen.</p><p>Wenn Affen sich von etwas ernähren, das auf dem Boden liegt, vermeiden sie zudem die Risiken und Energiekosten des Kletterns in schwindelnder Höhe. Zudem gehen sie der Konkurrenz der kleineren und agileren <link href="#nadc20254153847-fig-0002">Affenarten aus dem Weg, die grundsätzlich nur vom Baum essen.</p><figure xml:id="nadc20254153847-fig-0002"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmimp068txlcf07tjw5xrb9yk"><figcaption><label>Abb.2: </label>Ein Schwarzhand-Klammeraffe (Ateles geoffroyi). Er ernährt sich beispielsweise von den Früchten der Gelben Mombinpflaume (Spondias mombin). Sie enthalten zwischen 1 % und 2,5 % Ethanol. Bild: David / Adobe Stock</figcaption></figure></figure><h2 type="main">Ursprung der Gärung</h2><p>Hefen produzieren in gärenden Früchten seit mehr als 100 Millionen Jahren Ethanol. Es begann damit, dass aus Blütenpflanzen zuckerhaltige Früchte entstanden. Wie Anna Bowland und Kolleg:innen in einem Review darlegen, konkurrierten dann Hefen und Bakterien, die beide an diesen Kohlenhydraten interessiert sind. Unter günstigen Bedingungen vermehren sich Bakterien schneller und verdrängen die Hefen. Wahrscheinlich entwickelten Hefen deshalb die alkoholische Gärung. Mit dieser verzichteten sie zwar zunächst auf einen großen Teil der Energie, die sie im Prinzip aus dem Kohlenhydratabbau gewinnen könnten. Dafür tötet das entstehende Ethanol die Bakterien ab. Und sind diese erst einmal aus dem Weg, können die Hefen den Alkohol immer noch selbst abbauen und daraus weitere Energie gewinnen.</p><p>Die alkoholische Duftfahne deutet nicht nur auf eine zuckerreiche Nahrungsquelle hin, sondern auch darauf, dass diese vermutlich nicht durch Bakterienbefall verdorben ist. Und die Pflanze hat ein Interesse daran, tierische Konsumenten anzulocken und Bakterien zu bekämpfen, wird also die Hefen in vielen Fällen tolerieren.</p><p>300 000 Arten von Blütenpflanzen weltweit produzieren Früchte und Nektar, aus denen Hefen Alkohol erzeugen könnten. Obwohl dies noch nicht global und flächendeckend untersucht ist, sind Spuren von Ethanol nahezu in allen Ökosystemen entdeckt worden – am häufigsten in den Tropen. Julia Casorso von der Universität Calgary in Kanada und Kolleg:innen zufolge enthalten in Costa Rica 29 von 37 Pflanzenarten, deren <link href="#nadc20254153847-fig-0003">Früchte von Tieren verzehrt werden, Ethanol.<sup>7)</sup></p><figure xml:id="nadc20254153847-fig-0003"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmimp07m7xld707tjdxcl9ubr"><figcaption><label>Abb.3: </label>Essigfliegen (Drosophila melanogaster) brüten bevorzugt auf fermentierten Früchten – eine Ethanolkonzentration von 4 % erhöht die Fitness der Larven, haben Laborversuche ergeben.<sup>4)</sup> Bild: MrEkaphol / Adobe Stock</figcaption></figure></figure><p>Wie Bowland et al. in ihrem Review darlegen, gibt es vermutlich außer den Menschenaffen etliche andere Tierarten, die Ethanol als Teil ihrer Ernährung verwerten könnten. Von diesen sind erst wenige bekannt. Unter Primaten gibt es zwei Beispiele: das Fingertier (Aye-Aye; Daubentonia madagascariensis) und den Sunda-Plumplori (Nycticebus coucang). Sie ernähren sich von Nektar und bevorzugen in Verhaltensexperimenten alkoholische Getränke gegenüber alkoholfreien – wahrscheinlich, weil der Geruch des Alkohols den Weg zu besonders kohlenhydratreichen Nektarquellen weist.</p><p>Der Campbell-Zwerghamster (Phodopus campbelli) hat eine auffällige Ethanolresistenz entwickelt, was im Zusammenhang mit dem sprichwörtlichen Hamstern von Nahrung durchaus vorteilhaft ist, da der Ethanol diese vor bakteriellem Verderben schützt.</p><h2 type="main">Nachweis in Federn</h2><p>In der lückenhaften Forschung zum Ethanolkonsum von Tieren spielen <link href="#nadc20254153847-fig-0004">Vögel eine herausragende Rolle, da jegliche Trunkenheit im Flug gefährliche und auch leicht zu beobachtende Folgen haben kann. Bowland und Kolleg:innen zitieren mehrere Studien zu Ethanol im Luftverkehr bei Zedernseidenschwanz (Bombycilla cedrorum), Seidenschwanz (B. garrulus) und Hakengimpel (Pinicola enucleator).</p><figure xml:id="nadc20254153847-fig-0004"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmimp08y3xlel07tjpzwwx50d"><figcaption><label>Abb.4: </label>Ein Seidenschwanz (Bombycilla garrulus) isst Ebereschenbeeren (Sorbus aucuparia), die bis zu 0,3 % Ethanol enthalten.<sup>4)</sup> Bild: Antti / Adobe Stock</figcaption></figure></figure><p>Ein methodologischer Fortschritt könnte jetzt einen Weg öffnen, den Ethanolkonsum von Vögeln systematisch zu analysieren. So kommt der vom Ethanol abgeleitete Sekundärmetabolit Ethylglucuronid bei menschlichen Geweben etwa in der Forensik routinemäßig zum Einsatz; Cynthia Wang-Claypool von der University of California in Berkeley, USA und Kolleg:innen zufolge lässt sich damit aber auch in Vogelfedern verschiedener Arten Ethanolkonsum nachweisen.<sup>8)</sup></p><p>Sie untersuchten vor allem den Ethanolkonsum von Kolibris, die sich von Nektar ernähren, aber auch anderer Vogelarten mit diversen Nahrungsquellen. Insgesamt wiesen die Forschenden bei 40 von 64 Vögeln Ethanolkonsum nach. Außer zwei Kolibri-Arten testeten sie auch zwei Arten körnerfressender Vögel positiv, mehrere Arten, die sich von wirbellosen Beutetieren wie Würmern und Insekten ernähren, sowie einen Raubvogel.</p><h2 type="main">Der Autor</h2><p>Der promovierte Chemiker Michael Groß arbeitet als freier Wissenschaftsjournalist in Oxford, England. <a href="https://michaelgross.co.uk" target="_blank">michaelgross.co.uk</a></p><ul class="references" cited="no" style="numbered" xml:id="nadc20254153847-bibl-0001"><li xml:id="nadc20254153847-bib-0001"><sup>1 </sup> A. C. Bowland, E. Bersacola, M. Ramon et al., Curr. Biol. 2025, 35, R279-R280</li><li xml:id="nadc20254153847-bib-0002"><sup>2 </sup> A. Maro, A. A. Sandel, B. Z. A. Blaiore et al., Sci. Adv. 2025, 11, doi: <accessionid ref="info:doi/10.1126/sciadv.adw1665">10.1126/sciadv.adw1665</accessionid></li><li xml:id="nadc20254153847-bib-0003"><sup>3 </sup> <url href="https://www.gesundheitsinformation.de/ab-wann-ist-alkohol-schaedlich.html"><a href="https://gesundheitsinformation.de/ab-wann-ist-alkohol-schaedlich.html" target="_blank">gesundheitsinformation.de/ab-wann-ist-alkohol-schaedlich.html</a></url></li><li xml:id="nadc20254153847-bib-0004"><sup>4 </sup> A. C. Bowland, A. D. Melin, D. J. Hosken et al., Trends. Ecol. Evol. 2025, 40, 67–79</li><li xml:id="nadc20254153847-bib-0005"><sup>5 </sup> M. A. Carrigan , O. Uryasev, C.B. Frye et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2015, 112, 458–463</li><li xml:id="nadc20254153847-bib-0006"><sup>6 </sup> N. J. Dominy, L. D Fannin, E. R. Vogel et al., BioScience 2025, biaf102</li><li xml:id="nadc20254153847-bib-0007"><sup>7 </sup> J. G. Casorso, A. N. DePasquale, S. R. Morales et al., Proc. Biol. Sci. 2023, 290, 20230804</li><li xml:id="nadc20254153847-bib-0008"><sup>8 </sup> C. Y. Wang-Claypool, A. Corl, J. Jones et al., Ecol. Evol. Physiol. 2025, 98, 70–82</li></ul>

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