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Injectable anisotropic microgel-in-hydrogel matrices for spinal cord repair

Projektbeschreibung

Biomimetische Lösungen für die Regeneration des Rückenmarks

Das Rückenmark besteht aus empfindlichem Nervengewebe, dessen Regenerationsfähigkeit begrenzt ist. Daher kommt es bei Verletzungen oft zu einem dauerhaften Funktionsverlust. Für die Geweberegeneration wurden neben Wachstumsfaktoren und Therapeutika auch zellbasierte Therapien und Zellträger aus Biomaterialien vorgeschlagen. Das vom Europäischen Forschungsrat finanzierte Projekt ANISOGEL zielt darauf ab, ein injizierbares Gel zu entwickeln, das mechanische Unterstützung bietet und die Regeneration geschädigter Nerven ermöglicht. Anders als bei derzeitigen injizierbaren Hydrogelen wird mit dem ANISOGEL-Hydrogel die natürliche extrazelluläre Matrix, wie sie in komplexen Geweben vorkommt, in Bezug auf Organisation und Ausrichtung nachgeahmt und die Regeneration des geschädigten Rückenmarks stimuliert.

Ziel

This project will engineer an injectable biomaterial that forms an anisotropic microheterogeneous structure in vivo. Injectable hydrogels enable a minimal invasive in situ generation of matrices for the regeneration of tissues and organs, but currently lack structural organization and unidirectional orientation. The anisotropic, injectable hydrogels to be developed will mimic local extracellular matrix architectures that cells encounter in complex tissues (e.g. nerves, muscles). This project aims for the development of a biomimetic scaffold for spinal cord regeneration.
To realize such a major breakthrough, my group will focus on three research objectives. i) Poly(ethylene glycol) microgel-in-hydrogel matrices will be fabricated with the ability to create macroscopic order due to microgel shape anisotropy and magnetic alignment. Barrel-like microgels will be prepared using an in-mold polymerization technique. Their ability to self-assemble will be investigated in function of their dimensions, aspect ratio, crosslinking density, and volume fraction. Superparamagnetic nanoparticles will be included into the microgels to enable unidirectional orientation by means of a magnetic field. Subsequently, the oriented microgels will be interlocked within a master hydrogel. ii) The microgel-in-hydrogel matrices will be equipped with (bio)functional properties for spinal cord regeneration, i.e. to control and optimize mechanical anisotropy and biological signaling by in vitro cell growth experiments. iii) Selected hydrogel composites will be injected after rat spinal cord injury and directional tissue growth and animal functional behavior will be analyzed.
Succesful fabrication of the proposed microgel-in-hydrogel matrix will provide a new type of biomaterial, which enables investigating the effect of an anisotropic structure on physiological and pathological processes in vivo. This is a decisive step towards creating a clinical healing matrix for anisotropic tissue repair.

Finanzierungsplan

ERC-STG - Starting Grant

Gastgebende Einrichtung

DWI LEIBNIZ-INSTITUT FUR INTERAKTIVE MATERIALIEN EV
Netto-EU-Beitrag
€ 1 435 396,00
Adresse
FORCKENBECKSTRASSE 50
52074 Aachen
Deutschland

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Region
Nordrhein-Westfalen Köln Städteregion Aachen
Aktivitätstyp
Research Organisations
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Gesamtkosten
€ 1 435 396,00

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