Anisogel
In diesem Projekt wird ein injizierbares Biomaterial entwickelt, das in vivo eine anisotrope mikroheterogene Struktur bildet. Injizierbare Hydrogele ermöglichen eine minimal-invasive in-situ-Generierung von Matrizen für die Regeneration von Geweben und Organen, aber derzeit fehlt es an struktureller Organisation und unidirektionaler Orientierung. Die zu entwickelnden anisotropen, injizierbaren Hydrogele sollen lokale extrazelluläre Matrixarchitekturen imitieren, die Zellen in komplexen Geweben (z.B. Nerven, Muskeln) vorfinden. Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines biomimetischen Gerüsts für die Rückenmarksregeneration.
Um einen solchen bedeutenden Durchbruch zu realisieren, wird sich meine Gruppe auf drei Forschungsziele konzentrieren. i) Es werden Poly(ethylenglycol)-Mikrogel-in-Hydrogel-Matrizen hergestellt, die aufgrund der Formanisotropie des Mikrogels und der magnetischen Ausrichtung makroskopische Ordnung erzeugen können. Die tonnenförmigen Mikrogele werden mit einer In-Mold-Polymerisationstechnik hergestellt. Ihre Fähigkeit zur Selbstassemblierung wird in Abhängigkeit von ihren Abmessungen, dem Seitenverhältnis, der Vernetzungsdichte und dem Volumenanteil untersucht. Superparamagnetische Nanopartikel werden in die Mikrogele eingearbeitet, um eine unidirektionale Orientierung mittels eines Magnetfeldes zu ermöglichen. Anschließend werden die orientierten Mikrogele in einem Master-Hydrogel verzahnt. ii) Die Mikrogel-in-Hydrogel-Matrizen werden mit (bio)funktionellen Eigenschaften für die Rückenmarksregeneration ausgestattet, d.h. zur Kontrolle und Optimierung der mechanischen Anisotropie und der biologischen Signalübertragung durch in vitro-Zellwachstumsexperimente. iii) Ausgewählte Hydrogel-Komposite werden nach einer Rückenmarksverletzung bei Ratten injiziert und das gerichtete Gewebewachstum sowie das Funktionsverhalten der Tiere analysiert.
Die erfolgreiche Herstellung der vorgeschlagenen Mikrogel-in-Hydrogel-Matrix wird einen neuen Typ von Biomaterialien liefern, der es ermöglicht, die Wirkung einer anisotropen Struktur auf physiologische und pathologische Prozesse in vivo zu untersuchen. Dies ist ein entscheidender Schritt zur Schaffung einer klinischen Heilungsmatrix für anisotrope Gewebereparatur.