Badacz WPI otrzymuje nagrodę NSF Career Award za stworzenie bioadhezyjnych zastosowań medycznych

Badacz WPI otrzymuje nagrodę NSF Career Award za stworzenie bioadhezyjnych zastosowań medycznych

Naukowiec z Worcester Polytechnic Institute (WPI) opracowuje nową klasę klejów medycznych, łącząc hydrożele i polimery klejopodobne, aby bezpiecznie i niezawodnie łączyć tkanki ludzkie z urządzeniami terapeutycznymi wszczepianymi w ciało, takimi jak rozruszniki serca, pompy insulinowe i sztuczne stawy.

Jiawei Yang, adiunkt na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Inżynierii Materiałowej, stowarzyszony z Wydziałem Inżynierii Biomedycznej, otrzymał prestiżową nagrodę zawodową w wysokości 644 659 dolarów od National Science Foundation za stworzenie bioadhezów, które mogą zapewnić silną, stabilną przyczepność i spełniać wymagania mechaniczne dotyczące korzyści biologicznych.

Urządzenia medyczne i ludzie są zbudowani z bardzo różnych materiałów. Wyroby medyczne wykonane są głównie z twardych materiałów, takich jak metal czy plastik. Tkanka ludzka jest na ogół miękka i wilgotna. Istnieje pilne zapotrzebowanie na lepsze kleje, które będą miękkie i wilgotne jak tkanki ludzkie, aby móc niszczyć razem tkanki i urządzenia. Lepsze kleje mogą lepiej współpracować z organizmem i znacznie poprawiłyby opiekę zdrowotną i jakość życia pacjentów. „

Jiawei Yang, adiunkt, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Materiałowej, Instytut Politechniczny w Worcester

Yang opracowuje środki bioadhezyjne składające się z dwóch warstw – przezroczystej warstwy hydrożelu i przezroczystej warstwy płynnego kleju. Yang opracowuje modułowy system hydrożeli dostosowanych do właściwości mechanicznych docelowych tkanek i polimerów, które mogą łączyć się z tkankami ludzkimi. Razem bioadhezyjne polimery hydrożelowe zapewniają szybką, mocną, stabilną i głęboką przyczepność w organizmie.

W ramach swojego pięcioletniego projektu Yang będzie współpracował z doktorem Steffenem Pabelem ze szpitala Massachusetts General Hospital nad opracowaniem hydrożelowego plastra na serce zawierającego leki stosowane w leczeniu migotania przedsionków – rodzaju nieregularnego bicia serca. Będzie także tworzył programy edukacyjno-badawcze dotyczące hydrożeli dla dzieci i studentów. Absolwentka Jiatai Sun będzie współpracować z Yangiem nad projektem.

„Istnieje wiele potencjalnych zastosowań nowych środków bioadhezyjnych” – powiedział Yang. „Można je stosować w połączeniu z elektrodami wszczepionymi w organizm w celu leczenia choroby Parkinsona lub leczenia i leczenia niewydolności serca. Można je również łączyć ze środkami terapeutycznymi w celu leczenia uszkodzonej chrząstki lub tworzenia nowych, zdrowych tkanek”.

Hydrożele to materiały wykonane z wody i sieci polimerów, które są bardzo dużymi cząsteczkami. Przykładami hydrożeli są opatrunki, soczewki kontaktowe i materiały chłonne w pieluszkach.

Bioadhezyjne hydrożele są stosowane głównie w medycynie ratunkowej do tymczasowego opatrywania urazów, ciasnych ran i uszczelniania tkanek. Są jednak mniej odpowiednie do długotrwałego stosowania w organizmie, zwłaszcza do implantacji, ponieważ nie mogą zapewnić silnej i stabilnej adhezji, dopasowując się jednocześnie do właściwości mechanicznych docelowych tkanek w organizmie, powiedział Yang.

„Właściwości mechaniczne tkanek ludzkich znacznie się od siebie różnią. Tkanka mózgowa jest niezwykle miękka i wymaga niezwykle miękkiego hydrożelu, podczas gdy hydrożel stosowany w chrząstce musi być wystarczająco sztywny, aby zginać się i utrzymać ciężar” – powiedział Yang. „Jeśli chodzi o notatki bioadhezyjne, nie ma jednego rozmiaru dla wszystkich.”

Nagrody Career Awards wspierają badaczy rozpoczynających karierę naukową w szkołach wyższych i na uniwersytetach, gdy rozpoczynają oni karierę zawodową i kładą podwaliny pod przyszłe badania. Yang dołączył do wydziału WPI w 2024 r., po uzyskaniu doktoratu na Uniwersytecie Harvarda i pracy jako pracownik naukowy w Bostońskim Szpitalu Dziecięcym i Massachusetts Institute of Technology.

Źródła: