Výzkumník WPI získává cenu NSF Career Award za vytvoření bioadheziv pro lékařské aplikace

Výzkumník WPI získává cenu NSF Career Award za vytvoření bioadheziv pro lékařské aplikace

Výzkumník z Worcesterského polytechnického institutu (WPI) vyvíjí novou třídu lékařských lepidel spojením hydrogelů a lepidel podobných polymerů, aby bylo možné bezpečně a spolehlivě spojit lidské tkáně s terapeutickými zařízeními implantovanými do těla, jako jsou kardiostimulátory, inzulínové pumpy a umělé klouby.

Jiawei Yang, odborný asistent na katedře strojního inženýrství a materiálového inženýrství, přidružený k katedře biomedicínského inženýrství, získal prestižní cenu 644 659 USD za kariéru od National Science Foundation za vytvoření bioadheziv, která mohou poskytnout silnou, stabilní adheu a splnit mechanické požadavky na biologický zisk.

Lékařská zařízení a lidé jsou vyrobeni z velmi odlišných materiálů. Zdravotnické prostředky se vyrábějí převážně z tvrdých materiálů, jako je kov nebo plast. Lidská tkáň je obecně měkká a mokrá. Existuje kritická potřeba lepších adheziv, která jsou měkká a mokrá, jako lidské tkáně, k tryskání tkání a zařízení dohromady. Lepší lepidla mohou lépe pracovat s tělem a výrazně by zlepšila zdravotní péči a kvalitu života pacientů. “

Jiawei Yang, odborný asistent, Katedra mechanického a materiálového inženýrství, Worcester Polytechnic Institute

Yang vyvíjí bioadheziva se dvěma vrstvami – průhlednou pevnou hydrogelovou vrstvou a čirou tekutou lepicí vrstvou. Yang vyvíjí modulární systém hydrogelů přizpůsobených mechanickým vlastnostem cílových tkání a polymerů, které mohou splynout s lidskými tkáněmi. Bioadheziva hydrogelového polymeru společně zajišťují rychlou, silnou, stabilní a hlubokou přilnavost v těle.

V rámci svého pětiletého projektu bude Yang spolupracovat s Dr. Steffenem Pabelem z Massachusetts General Hospital na vývoji hydrogelové srdeční náplasti obsahující léky k léčbě fibrilace síní, což je typ nepravidelného srdečního tepu. Vytvoří také vzdělávací a výzkumné programy o hydrogelech pro děti a studenty. Postgraduální student Jiatai Sun bude na projektu spolupracovat s Yangem.

"Existuje mnoho potenciálních aplikací pro nová bioadheziva," řekl Yang. "Mohly by být použity v kombinaci s elektrodami implantovanými do těla k léčbě Parkinsonovy choroby nebo k léčbě a zvládání srdečního selhání. Mohly by být také kombinovány s terapeutickými látkami k hojení poškozené chrupavky nebo vytváření zdravých nových tkání."

Hydrogely jsou materiály vyrobené z vody a sítí polymerů, což jsou velmi velké molekuly. Příklady hydrogelů jsou obvazy na rány, kontaktní čočky a absorpční materiály v plenkách.

Hydrogelová bioadheziva se používají především v urgentní medicíně k dočasnému nasazení zranění, těsných ran a utěsnění tkáně. Jsou však méně vhodné pro dlouhodobé použití v těle, zejména implantaci, protože nedokážou zajistit silnou a stabilní adhezi a zároveň odpovídat mechanickým vlastnostem cílových tkání v těle, řekl Yang.

"Mechanické vlastnosti lidských tkání se výrazně liší. Mozková tkáň je extrémně měkká a vyžaduje extrémně měkký hydrogel, zatímco hydrogel používaný s chrupavkou musí být dostatečně tuhý, aby se ohnul a unesl váhu," řekl Yang. "Jedna velikost nevyhovuje všem, pokud jde o bioadhezivní poznámky."

Ocenění Career Awards podporují výzkumné pracovníky na vysokých školách a univerzitách v rané fázi kariéry, když zahajují svou profesionální činnost a pokládají základy pro budoucí výzkum. Yang nastoupil na fakultu WPI v roce 2024 poté, co získal doktorát na Harvardské univerzitě a pracoval jako výzkumný pracovník v Boston Children's Hospital a Massachusetts Institute of Technology.

Zdroje: