Programmable Self-Assembly of Peptide-Based Hydrogels
- Reference number
- FFL15-0026
- Start and end dates
- 170101-221231
- Amount granted
- 11 749 670 SEK
- Administrative organization
- Linköping University
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
Hydrogels are attractive carriers in therapeutic cell delivery for tissue regeneration and as mimics of the native extracellular matrix (ECM) for 3D cell culture that can provide relevant ex vivo data in cancer research, pharmacology, and toxicology, reducing the need for animal models and saving time and money in drug development. The composition and properties of the ECM varies significantly between different tissues and over time and different applications require hydrogels with different properties. There is thus an urgent need for ECM-mimicking hydrogels that offer means to tailor materials properties and can account for the dynamic and adaptive nature of the ECM. The aim of the project is to develop a strategy for programmable self-assembly of peptide-based hydrogels that are modular, dynamic and biointeractive and that will provide unique possibilities to control and tune material properties using specific peptide-mediated interactions and defined external stimuli. The focus is to obtain hydrogels for 3D cell culture and injectable hydrogels for cell therapy. A combinatorial approach for materials optimization will be used, relying on supramolecular assembly controlled by peptides designed to undergo high fidelity self-sorting. The work will also strive to increase our knowledge about self-assembly processes in complex supramolecular systems and is expected to significantly move the boundaries for how we conceptualize and use soft biomaterials in medicine and research.
Popular science description
Trots omfattande forskning finns fortfarande idag inga effektiva behandlingar mot många svåra och akuta sjukdomar och tillstånd som hjärtinfarkt, stroke, ryggmärgsskador och neurodegenerativa sjukdomar. Nya rön pekar på att det är fullt möjligt att bota och lindra symptom genom att injicera stamceller i vävnaden. Proceduren utsätter dock dessa känsliga celler för stora påfrestningar och många celler överlever inte injektionen. De flesta av de celler som överlever injektionen dukar dock under kort därefter eftersom de hamnar i en främmande miljö som saknar förutsättningar för att cellerna ska kunna etablera sig, växa och dela sig. I det här projektet kommer vi att utveckla nya smarta material som både kan skydda celler under injektionsfasen och hjälpa dem att etablerar sig i den nya vävnaden. Vi kommer också utveckla material som kan användas för forskning på celler och vid läkemedelsutveckling. I dessa sammanhang odlas celler vanligtvis på plastytor som skiljer sig dramatiskt från cellernas normala tre-dimensionella miljö i vävnad. Cellerna uppför sig därför inte normalt och resultaten från cellstudier risker att bli missvisande. Det kan i sin tur leda till att det tar längre tid och kostar mer pengar att utveckla nya läkemedel. Vi kommer att utveckla en verktygslåda av molekylära komponenter som när de blandas spontant bygger ihop sig till cell-vänliga material. Materialen består av tvärförnätade polymerer som sväller i vatten och bildar hydrogeler. Trots att hydrogeler är fasta material utgörs de till största delen av vatten och påminner därför om cellernas naturliga miljö. Genom att designa och kombinera olika molekylära komponenter kan vi skräddarsy materialens egenskaper så att de ger cellerna optimalt stöd för olika situationer och för olika tillämpningar, från cellodling till stamcellsbehandling. Vi kommer också kunna ändra materialens egenskaper, både över tid och lokalt i materialen. Det är viktigt av flera orsaker. Vid stamcellsbehandling måste materialen vara nästan flytande under injektionen för att sedan snabbt bli mer fasta inne vävnaden för att cellerna inte ska spolas bort eller dö. Att ändra materialens egenskaper är också ett sätta att kommunicera med cellerna och ger helt nya möjligheter att studera cellers beteenden. Syftet med projektet är sammanfattningsvis att utveckla nya material och verktyg för forskning och läkemedelsutveckling och bidra till utvecklingen av nya behandlingsmetoder för en rad svåra sjukdomar.