Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

Mineralized, hierarchical, bioinspired materials for tissue engineering

Tildelt: kr 4,7 mill.

Prosjektet tar sikte på å bruke en tverrfaglig tilnærming til å utvikle nye, organisk-uorganiske, hydrogel basert, komposittmaterialer til bruk i benvev engineering og annen biomedisinsk forskning. Spesielt ønsker vi gjengi hierarkiske strukturer som ofte finnes i naturlige kompositter (som bein). I disse er nøyaktig arrangement av forskjellig komponenter kontrollert ved et stort utvalg av lengdeskalaer, slik at materialegenskaper optimaliseres. Ved kombinasjon av engineering, microfabrikering, molekylære selv-assosiering og mineral deponering kontrollert av molekylære interaksjoner håper vi å styre strukturen av materialer på lengdeskala fra mm til nm. Et vellykket resultat av dette prosjektet vil gi omfattende innsikt i biomaterialfabrikasjon ved hjelp av cellevennlige metoder, og mekanistisk innsikt i samspillet mellom celler og strukturelt godt organisert (anisotrope, hierarkiske) materialer. På grunn av en svært komplisert arkitektur over store lengdeskalaer (nm-cm), er den hierarkiske strukturen av bein ikke lett å kopiere i laboratoriet. En strategi for å overvinne denne hindring er å lage stillaser av enklere materialer som iboende eller implanterte cellene kan fornye til naturlig ben. Vi har derfor undersøkt forskjellige former av kalsiumfosfat, med spesielt fokus på slilke som er mer oppløselige, og som kan forandres under fysiologiske betingelser. Vi har utviklet metoder for å fremstille alginat mineralisert med DCPD (dikalsiumfosfatdihydrat), samt undersøkt hvordan krystallisering av denne kalsiumfosfaten skjer ved hjelp av alginat hydrogel. Metoden er basert på kontroll av kjernedannelse av den ønskede krystallfase ved hjelp av godt definerte såkrystaller, som på grunn av ikke-homogene og tidsavhengige drivkrefter for mineralfase-dannelse og på grunn av interaksjoner mellom biopolymer nettverk og krystallvekst, gjør kontrollert mineralisering av hydrogel-baserte materialer utfordrende. Biokompatibilitet av materialet, samt transformasjon under fysiologiske betingelser har også blitt undersøkt. I tillegg har vi utviklet et nytt modellsystem der hydrogel mineralisering kan studeres i detalj. Dette systemet gjør det mulig for mineraliseringsprosessen å bli studert i korrelative måte ved bruk av en rekke eksperimentelle teknikker. Det gir muligheten til å beskrive mineral deponering prosessen, og viser entydig at innen hydrogel matrise og under eksperimentelle betingelser, amorft kalsiumfosfat dannes først, og denne fasen raskt transformerer seg til mer stabile krystallinske polymorfer. Vi også fokusert på bruk av MicroFluidics for å fremstille kompositter i alginatgeler med nøyaktig kontrollert geometri og sammensetning. På dette området er det blitt betydelig fremskritt, inkludert utvikling og tilpassing av eksisterende metoder for å lage mineraliserte hydrogel-kuler og fibre, innkapsling av celler og fremstilling av komposittmaterialer. Vi har oppdaget en ny metode for å danne hydrogeler av ionotrope polymerer ved hjelp av kompetitiv fortrengning av ioner (competitive displacement of chelated ions), noe som gjør ioner tilgjengelige til å indusere interaksjoner mellom polymerkjeder og danne en hydrogel. Denne strategien muliggjør kontroll av ione frigjøringskinetikken i polymerløsning , og dermed kontroll over geleringskinetikk over et bredt pH-område. Tidligere har vi vist at mineralisert alginat kan støtte osteoblaster i cellekulturer og evnen til å danne syntetiske bein lignende elementer. Vi har bygd videre på denne erfaringen ved å utvikle en co-kultur av osteoblaster og osteoklaster for å lage en syntetisk benlignende 3D plattform ved hjelp mineraliserte mikrokuler av alginat. Naturlig humant ben gjennomgår kontinuerlig remodellering ved en koordinert prosess som involverer tre hovedcelletyper: bendannelse er mediert av osteoblaster og osteocytter og benresorpsjon av osteoklaster, og alle celletypene påvirker hverandre. Ubalanse i denne prosessen kan forårsake patologisk tap av benmasse, sett i forhold med forsinket benheling etter brudd, osteoporose og metabolske bensykdommer. Ettersom denne ubalansen ikke kan betraktes i mono-cellulære systemer er utvikling av ko-kultursystemer for en stor betydning.

Proposed project aims at using a multidisciplinary material science and fabrication approach to address important challenges related to hierarchical, hydrogel-based biomaterials, with specific focus on materials for bone tissue engineering. We propose a novel approach to make complex, organic-inorganic composites with hierarchical structure and inherent anisotropy. The main challenge in making materials which mimic complex tissue, is in control of the structure on different length scales, from nm to mm. We propose to achieved this by a combination of engineering, micro-fabrication, molecular self-assembly and mineral deposition controlled by molecular interactions. A successful outcome of this project will provide comprehensive insight into fabrication of hierarchical composite biomaterials using cell-friendly methods, and mechanistic insight into interactions between cells and structurally well organized (anisotropic, hierarchical) materials.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek