Hybrid nanomaterials for regenerative medicine
- Reference number
- ICA10-0002
- Start and end dates
- 120401-160331
- Amount granted
- 3 000 000 SEK
- Administrative organization
- Linköping University
- Research area
- Life Science Technology
Summary
I plan to set up a dynamic and creative research group focused on developing novel, biofunctional and responsive nanomaterials. A range of hybrid nanoscale building blocks, based on polypeptides, will be developed and carefully characterized in order to make a toolbox for self-assembly of a wide variety of functional materials with applications in tissue engineering, drug delivery and biosensing. The initial focus will be on the development of peptide-based mimics of the extracellular matrix (ECM) for tissue engineering. The objectives are to obtain a flexible and modular approach for self-assembly of peptide hydrogels that mimics the structural, chemical and mechanical properties of the extra cellular matrix. The novelties of my proposed research are: (1) the flexibility provided by the suggested modular approach which will allow for integration of a range of different nanomaterials, (2) the dynamics and high degree of control in the self-assembly process provided by the polypeptides, (3) the potential possibility to tune the mechanical properties of the materials, and (4) the unique possibility to program biochemical information as cryptic sites in the polypeptide sequence or to decorate the polypeptide scaffold with ECM-ligands in order to control and tune the biological response. In doing this, I will address many of the most relevant issues and problems identified for development of materials for regenerative medicine.
Popular science description
Tänk om vi kunde tillverka nanometersmå byggstenar som spontant byggde ihop sig till komplicerade strukturer och användbara material, bara genom att blanda dem i ett provrör. Detta tillverkningsätt påminner om hur många av de material som återfinns i naturen bildas och kallas självorganisering. De biologiska byggstenarna har genom evolutionens gång förfinats för att kunna bilda välorganiserade material med en oerhörd precision som sträcker sig ända ned på molekyl- och atomnivå. Självorganiseringen styrs genom att många svaga krafter inom och mellan byggstenarna samverkar och är en förutsättning för allt liv. Min forskning handlar om hur vi kan härma naturens byggsätt genom att tillverka små Legoklossar som både kemiskt och storleksmässigt liknar livets byggstenar, och hur vi kan använda självorganisering för att konstruera syntetiska material och strukturer med samma nanometerprecision som livet självt. Jag är speciellt intresserad av hur vi kan göra material som kan bilda tunna fibrer och nätverk av fibrer för att skapa en miljö där celler kan etablera sig och trivas. Detta forskningsfält, som syftar till att hjälpa kroppen att återskapa förlorad eller skadad vävnad och organ, som tex brännskadad hud och söndertrasade nervbanor, kallas för regenerativ medicin. Det material som jag försöker tillverka är tänkt att efterlikna den substans som finns i mellanrummet mellan kroppens celler som kallas den extracellulära matrisen. Denna matris är en komplicerad blandning av proteinfibrer och långa trådar av olika sockerarter som bildas och utsöndras av cellerna själva. Matrisen skyddar cellerna från stötar, ger dem något växa på samt hjälper dem att bilda organ och att kommunicera med sin omgivning. Utan denna matris kan cellerna inte leva och bilda ny vävnad. Målsättningen med min forskning är därför att utveckla metoder för att kunna göra konstgjorda kopior av den extracellulära matrisen som ska kunna ersätta en skadad/förlorad matris så att nya celler kan växa till och återbilda vävnaden. Matrisen är oerhört komplex och det är enbart genom självorganisering som vi kan göra material med de egenskaper som gör detta möjligt. De byggstenar och byggmetoder som min forskning syftar till att utveckla kommer också, utöver som material för regenerativ medicin, att kunna användas i material för detektion av sjukdomar och kontrollerad frisättning av läkemedel.