WPI-forskare får NSF Career Award för att skapa biolim för medicinska tillämpningar

WPI-forskare får NSF Career Award för att skapa biolim för medicinska tillämpningar

En forskare från Worcester Polytechnic Institute (WPI) utvecklar en ny klass av medicinska lim genom att sammanföra hydrogeler och limliknande polymerer för att på ett säkert och tillförlitligt sätt ansluta mänskliga vävnader till terapeutiska enheter som implanteras i kroppen, såsom pacemakers, insulinpumpar och konstgjorda leder.

Jiawei Yang, biträdande professor vid avdelningen för maskinteknik och materialteknik, knuten till avdelningen för biomedicinsk teknik, har fått ett prestigefyllt karriärpris på 644 659 USD från National Science Foundation för att skapa biolim som kan ge ett starkt, stabilt adhea och uppfylla de mekaniska kraven för biologisk vinst.

Medicinsk utrustning och människor är gjorda av väldigt olika material. Medicinsk utrustning är huvudsakligen gjord av hårda material som metall eller plast. Mänsklig vävnad är i allmänhet mjuk och våt. Det finns ett kritiskt behov av bättre lim som är mjuka och våta, som mänskliga vävnader, för att blästra samman vävnader och enheter. Bättre lim kan fungera bättre med kroppen och skulle avsevärt förbättra vården och livskvaliteten för patienterna. "

Jiawei Yang, biträdande professor, Institutionen för maskin- och materialteknik, Worcester Polytechnic Institute

Yang utvecklar bioadhesiver med två lager – ett transparent fast hydrogellager och ett klart flytande limlager. Yang utvecklar ett modulärt system av hydrogeler som är skräddarsydda för de mekaniska egenskaperna hos målvävnader och polymerer som kan smälta samman med mänsklig vävnad. Tillsammans ger bioadhesiven av hydrogelpolymer snabb, stark, stabil och djup vidhäftning i kroppen.

Som en del av sitt femåriga projekt kommer Yang att arbeta tillsammans med Dr. Steffen Pabel vid Massachusetts General Hospital för att utveckla ett hydrogelhjärtplåster som innehåller läkemedel för att behandla förmaksflimmer, en typ av oregelbunden hjärtrytm. Han kommer också att skapa utbildnings- och forskningsprogram om hydrogeler för barn och studenter. Doktorand Jiatai Sun kommer att arbeta med Yang i projektet.

"Det finns många potentiella tillämpningar för nya biolim," sade Yang. "De skulle kunna användas för att kombinera med elektroder implanterade i kroppen för att behandla Parkinsons sjukdom eller för att behandla och hantera hjärtsvikt. De kan också kombineras med terapeutiska medel för att läka skadat brosk eller skapa friska nya vävnader."

Hydrogeler är material gjorda av vatten och nätverk av polymerer, som är mycket stora molekyler. Sårförband, kontaktlinser och absorberande material i blöjor är exempel på hydrogeler.

Hydrogel biolim har använts främst inom akutmedicin för att tillfälligt sprida skador, trånga sår och täta vävnad. Men de är mindre lämpliga för långvarig användning i kroppen, särskilt implantation, eftersom de inte kan ge stark och stabil vidhäftning samtidigt som de matchar de mekaniska egenskaperna hos målvävnader i kroppen, sa Yang.

"De mekaniska egenskaperna hos mänskliga vävnader varierar avsevärt. Hjärnvävnad är extremt mjuk och kräver en extremt mjuk hydrogel, medan en hydrogel som används med brosk måste vara tillräckligt styv för att flexa och stödja vikten", säger Yang. "En storlek passar inte alla när det kommer till bioadhesiva anteckningar."

Karriärpriser stödjer forskare i tidiga karriärer vid högskolor och universitet när de lanserar sina yrkesaktiviteter och lägger grunden för framtida forskning. Yang började på WPI-fakulteten 2024 efter att ha tagit sin doktorsexamen från Harvard University och arbetat som forskarassistent vid Boston Children's Hospital och Massachusetts Institute of Technology.

Källor: