Hybrida nanomaterial för regenerativ medicin

Diarienummer: ICA10-0002
Start- och slutdatum: 120401-160331
Beviljat belopp: 3 000 000 kr
Förvaltande organisation: Linköping University
Forskningsområde: Bioteknik, medicinsk teknik och teknik för livsvetenskaperna

Summary

Jag avser att bygga upp en dynamisk och nyskapande forskargrupp inriktad mot utveckling av nya typer av biofunktionella och omgivningskänsliga nanomaterial. En uppsättning av hybrida peptidbaserade nanobyggstenar kommer att utvecklas och noga karakteriseras i syfte att skapa en ”vertygslåda” som möjliggör tillverkning av en mångfald av funktionella material med användningsområden inom regenerativ medicin, riktad/kontrollerad läkemedelsfrisättning, och biosensorer. Initialt kommer min forskning inriktas på att utveckla peptidbaserade material som ska efterlikna den extracellulära matrisen (ECM) för vävnadsregenerering. Målsättningen är att utveckla en flexibel och modulbaserad metod för tillverkning av självorganiserande peptid-hydrogeler med strukturella, kemiska och mekaniska egenskaper som liknar de hos ECM. Nyhetsvärdet i denna strategi är följande: (1) flexibiliteten i den modulbaserade metoden gör att många olika typer av nanomaterial kan användas, (2) dynamiken och den grad av kontroll av självorganiseringen som medges tack vare peptiderna, (3) möjligheten att justera materialens mekaniska egenskaper, samt (4) de unika möjligheterna att programmera in cellspecifik information i peptidsekvensen och att koppla ECM-ligander till peptidfibrerna för att styra och ändra det biologiska svaret. Min forskning kommer således att beröra många av de mest relevanta frågeställningarna inom material för regenerativ medicin.

Populärvetenskaplig beskrivning

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.