WPI-forsker modtager NSF Career Award for at skabe bioadhæsiver til medicinske applikationer

WPI-forsker modtager NSF Career Award for at skabe bioadhæsiver til medicinske applikationer

En forsker fra Worcester Polytechnic Institute (WPI) er ved at udvikle en ny klasse af medicinske klæbemidler ved at samle hydrogeler og limlignende polymerer for sikkert og pålideligt at forbinde menneskeligt væv med terapeutiske enheder implanteret i kroppen, såsom pacemakere, insulinpumper og kunstige led.

Jiawei Yang, en assisterende professor i Institut for Mekanisk Teknik og Materialeteknik, tilknyttet Institut for Biomedicinsk Teknik, har modtaget en prestigefyldt karrierepris på $644.659 fra National Science Foundation for at skabe bioadhæsiver, der kan give en stærk, stabil adhea og opfylde de mekaniske krav til biologisk gevinst.

Medicinsk udstyr og mennesker er lavet af meget forskellige materialer. Medicinsk udstyr er hovedsageligt lavet af hårde materialer som metal eller plastik. Menneskeligt væv er generelt blødt og vådt. Der er et kritisk behov for bedre klæbemidler, der er bløde og våde, ligesom menneskelige væv, til at sprænge væv og enheder sammen. Bedre klæbemidler kan arbejde bedre med kroppen og ville forbedre sundhedsplejen og livskvaliteten for patienterne markant. “

Jiawei Yang, adjunkt, Institut for Mekanik og Materialeteknik, Worcester Polytechnic Institute

Yang udvikler bioadhæsiver med to lag - et gennemsigtigt fast hydrogellag og et klart flydende klæbelag. Yang udvikler et modulært system af hydrogeler, der er skræddersyet til de mekaniske egenskaber af målvæv og polymerer, der kan smelte sammen med menneskeligt væv. Sammen leverer bioadhæsiverne af hydrogelpolymer hurtig, stærk, stabil og dyb vedhæftning i kroppen.

Som en del af sit femårige projekt vil Yang arbejde sammen med Dr. Steffen Pabel på Massachusetts General Hospital for at udvikle et hydrogel-hjerteplaster, der indeholder lægemidler til behandling af atrieflimren, en form for uregelmæssig hjerterytme. Han vil også skabe uddannelses- og forskningsprogrammer om hydrogeler til børn og studerende. Kandidatstuderende Jiatai Sun vil arbejde sammen med Yang på projektet.

"Der er mange potentielle anvendelser for nye bioadhæsiver," sagde Yang. "De kunne bruges til at kombinere med elektroder implanteret i kroppen for at behandle Parkinsons sygdom eller til at behandle og håndtere hjertesvigt. De kunne også kombineres med terapeutiske midler til at helbrede beskadiget brusk eller skabe sundt nyt væv."

Hydrogeler er materialer fremstillet af vand og netværk af polymerer, som er meget store molekyler. Sårforbindinger, kontaktlinser og absorberende materialer i bleer er eksempler på hydrogeler.

Hydrogel bioadhæsiver er primært blevet brugt i akutmedicin til midlertidigt at udfolde skader, stramme sår og forsegle væv. Men de er mindre egnede til langvarig brug i kroppen, især i implantation, fordi de ikke kan give stærk og stabil vedhæftning, mens de matcher de mekaniske egenskaber af målvæv i kroppen, sagde Yang.

"De mekaniske egenskaber af menneskeligt væv varierer betydeligt. Hjernevæv er ekstremt blødt og kræver en ekstremt blød hydrogel, mens en hydrogel, der bruges med brusk, skal være stiv nok til at bøje og understøtte vægten," sagde Yang. "Én størrelse passer ikke til alle, når det kommer til bioadhæsive noter."

Karrierepriser støtter tidlige karriereforskere på gymnasier og universiteter, når de lancerer deres professionelle sysler og lægger grundlaget for fremtidig forskning. Yang kom til WPI-fakultetet i 2024 efter at have modtaget sin doktorgrad fra Harvard University og arbejdet som forsker ved Boston Children's Hospital og Massachusetts Institute of Technology.

Kilder: