 |
Biocompatible polymer scaffolds for potential biomedical applications
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
124147 |
| Type |
FK |
| Principal investigator |
Jedlovszky-Hajdú, Angéla |
| Title in Hungarian |
Biokompatibilis polimer mátrixok előállítása orvosbiológiai alkalmazásokhoz |
| Title in English |
Biocompatible polymer scaffolds for potential biomedical applications |
| Keywords in Hungarian |
polimer háló, elektrosztatikus szálképzés, nanorészecskék, orvosbiológiai alkalmazás |
| Keywords in English |
polymer scaffold, electrospinning, nanoparticles, biomedical application |
| Discipline |
| Colloid Chemistry (Council of Physical Sciences) | 50 % | | Material Science and Technology (chemistry) (Council of Physical Sciences) | 30 % | | Biophysics (e.g. transport mechanisms, bioenergetics, fluorescence) (Council of Medical and Biological Sciences) | 20 % | | Ortelius classification: Biophysics |
|
| Panel |
Chemistry 1 |
| Department or equivalent |
Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport (Semmelweis University) |
| Participants |
Csík, Gabriella
Juriga, Dávid
Molnár, Kristóf
Nagyné Naszályi, Lívia
S. Nagy, Krisztina
Zrínyi, Miklós
|
| Starting date |
2017-09-01 |
| Closing date |
2021-08-31 |
| Funding (in million HUF) |
35.061 |
| FTE (full time equivalent) |
8.40 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Biokompatibilis és biodegradábilis polimer mátrixok kutatása nagymértékben megnőtt napjainkban az igen változatos felhasználási lehetőségeik miatt. Az elektromos szálhúzás egy széles körben elterjedt olcsó technológia, mely olyan mesterséges nanoszálas struktúrák létrehozására alkalmas, mely szövetek regenerálásra, pótlására alkalmazható. A nanoszálas rendszer mindazon követelményeknek megfelel, amit a természetben előforduló szövetek támasztópilléreivel szemben elvárnak.
A kutatás fő célja olyan polimer szálak létrehozása, melyek nanorészecskéket tartalmaznak.
Az ezüst nanorészecskék hosszú távú antibakteriális hatással rendelkeznek, mely emberre nem toxikus, így napainkban ipari alkalmazásai hatalmas méreteket öltöttek (pl, gyógyszeripar, textíliák, stb).
Egyik fő célunk ezüst nanorészecskéket eloszlatni polimer szálakban, és olyan antibakteriális szöveti struktúrát létrehozni, mely alkalmas lehet szövetregeneráció során a sebfertőzések megakadályozására, nagy mennyiségű vízmegkötő képességét kihasználva.
Mágneses folyadékok alatt olyan rendszereket értünk, melyben szilárd mágneses tulajdonsággal rendelkező nanoméretű részecskéket oszlatunk szét egyenletesen folyadék közegben. A különlegessége ezen folyadékoknak, hogy egy külső mágneses teret alkalmazva a tér irányába elmozdulnak a részecskék a közeget magukkal hordozva.
Másik fő célunk mágneses részecskéket elegyíteni polimer oldatban és speciális szálrendszereket létrehozni az elektromos szálhúzás módszerével. Az így előállított hálók manipulálhatók külső mágneses térrel (mágneses hipertermiára képes), miközben struktúrája támasztópillérként szolgálhat a szöveti regeneráció során.
Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A tervezett kutatómunka két nagy és egy kisebb témakör köré összpontosul, így több alapkérdés megválaszolása a célunk.
Az ezüst nanorészecskéket tartalmazó hálórendszerek esetében az alapkérdéseink a következőek: 1.1 Mekkora a folyadék megkötő kapacitása a hálónak, mely égési sérülések szövetregenerálódása esetén kulcskérdés lehet.
1.2 Antibakteriális hatásfok hogyan változik a hálóban csapdázott nanoréeszecskék esetében összehasonlítva a szabadon diffundáló nanorészecskékkel szemben.
1.3 Antibakteriális és hatóanyaghordozó rendszerek kialakíthatóságának vizsgálata, mely szintén a szövetpótlás során történő alkalmazhatóságot kérdőjelezheti meg.
A mágneses nanorészecskéket tartalmazó polimer szálak előállításával kapcsolatban a kutatás alapkérdései:
2.1 A biokompatibilitás és biodegradáció fontos paraméterek orvosbiológiai felhasználás során, így ezen tulajdonságok bizonyítása elkerülhetetlen a későbbi alkalmazhatóság tekintetében.
2.2 Külső mágneses tér alkalmazásával tudjuk-e hatásosan befolyásolni sejtek szaporodását a háló deformitásának kiváltásával.
2.3 Hipertermiás effektussal (váltakozó mágneses teret alkalmazva) mekkora sejtpusztítást tudunk kiváltani mesterséges hálókon.
A 3D struktúra kialakíthatósága és reprodukálhatósága:
3.1 Hogyan lehet reprodukálhatóan irányítottan 3D struktúrát létrehozni elektromos szálképzéssel?
3.2 Mi a nanorészecskék szerepe a 3Dstruktúra kialakulásában?
3.3 Hogyan tudjuk a szerkezet kialakulását szabályozni különböző céltárgyak használatával (változtatva az alakot, forgatási sebességet, stb.)?
Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Biokompatibilis és biodegradábilis hálók létrehozása, mely lehetővé teszi a sejtek számára a saját környezetükhöz közel álló körülmények közötti szaporodást, kiemelt fontosságú a szöveti regeneráció során. Ha sikerülne egy mesterséges 3D-s támasztó pillért létrehoznunk elektromos szálképzéssel, melyet dinamikusan képesek lebontani a sejtek miközben felépíteni saját extracelluláris mátrixukat, az hatalmas előrelépés lenne. Amennyiben ezzel a mesterséges hálóval együtt ültetnénk a regenerálandó területre a sejteket, kiküszöbölhetővé válna a sokkhatás, melyet átültetés során közegükből kiszakítva elszenvednek. Így növelhetnénk a sejtek túlélését az adott területen és csökkenthető lenne a kilőkődés kockázata.
Az ezüst nanorészecskéket tartalmazó mesterséges hálórendszerek a sebfedések között nyithatna egy új irányvonalat. Súlyos égési sérülések esetén fontos az adott területen megtartani a folyadékot, megakadályozni a fertőzések kialakulását és lokálisan csökkenteni a fájdalmat. Így ha előállítunk egy polimer gélszálakból felépülő rendszert, mely képes a folyadék megkötésére, biodegradábilis, ezüst nanorészecskéket (antibakteriális hatás) és fájdalomcsillapító hatóanyagot tartalmaz, akkor létre tudunk hozni olyan multifunkcionális sebfedést, mely az égési sérültek számára mindazt tartalmazza, ami elősegítené a szöveti regenerálódást, növelné az életminőséget és csökkentené a gyógyulás során kialakuló diszkomfort érzetet.
A mágneses részecskék jelenléte lehetővé teszi egy külső mágneses térrel a háló deformációjának változtatását, mely külső mechanikai erő pedig a sejtek szaporodását segíti elő.
A mágneses részecskék hipertermiás alkalmazásának nagy előnye, hogy a kemoterápiás szerek koncentrációját ezzel a kisegítő kezeléssel nagymértékben lecsökkenthető, így a mellékhatások is drasztikusan lecsökkennének, és a páciensek életminősége ezzel párhuzamosan nagymértékben megnőne.
A sejtek szövetekké szerveződésének első lépése a 3D-s szaporodás, melyhez megfelelő támasztórendszer kialakítása az egy kulcs pont. Ha a paramétereket megismernénk mélyebben, melyek ezen struktúra kialakítását lehetővé teszi az elektromos szálképzés folyamán, az nagy előre lépés lenne az egységes támasztószövet kialakításában.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
Elektromos szálhúzással előállítható olyan mesterséges polimer térháló, mely mikro és nanométer
átmérőjű szálak véletlenszerű elrendezéséből épül fel. A polimer gélszálak nagy mennyiségű folyadék felvételére képesek, melyben a molekulák szabadon mozoghatnak és a sejtek közötti anyagtranszport létrejöhet, így alkalmas lehet sejtek tenyésztésére, szövetek pótlására.
Ezüst nanorészecskéket eloszlatva ezekben a polimer szálakban olyan antibakteriális szöveti struktúrát hozhatunk létre, mely alkalmas lehet szövetregeneráció során a sebfertőzések megakadályozására.
Mágneses nanorészecskéket elegyítve polimer oldattal, speciális szálrendszereket hozhatunk létre az elektromos szálhúzás módszerével. A hálók manipulálhatók külső mágneses térrel, miközben
támasztópillérként szolgálhatnak szöveti regeneráció során. Mágneses hipertermiás alkalmazásuk
lehetővé teszi célzott területek felmelegítését, mely kiegészítő kezelést jelenthet daganatos területek utókezelésére.
A három dimenziós struktúra kialakítása mesterséges extracelluláris mátrixok esetén kulcs fontosságú kritérium a szövetmérnökség esetében. Így ezen paraméterek mélyebb megismerése jelentősen növelné az ilyen típusú struktúrák reprodukálható előállítását.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Interest to develop biocompatible and biodegradable polymer matrices has increased recently
due to their wide range of applications. Electrospinning is frequently used technology to build
artificial networks for tissue replacement. To prepare thin polymer fibers for biomedical
applications, which can create gelfibers, is a very progressive research area nowadays. The nanofiber based hydrogels have all the necessary properties which are important to mimic the tissue in a living system.
Electrospinning synthesis of polymer meshes can be combined also with the use
of nanoparticles (NPs) such as magnetic NPs or silver NPs.
Silver nanoparticles have a long-term antibacterial effect with a low human toxicity, thus
nowadays the industry use it in different products (pharmaceutical, silver-coated medical
devices, textiles, etc.). The first aim is to incorporate silver
nanoparticles in electrospun nanofibers and create an antibacterial mesh.
The polymer gelfibers load with silver nanoparticles creates special scaffolds for tissue replacement implanted with an anti-infective behaviour, which can be a key question during the biomedical application such as burn lesions.
Magnetic fluids, consist magnetic particles and the fluid can be manipulated by an external magnetic field gradient in such a way that the entire liquid can move according to the inhomogeneous magnetic field.
The second aim is to synthetize magnetic NPs loaded polymer mesh which is magnetic and controllable with an external magnetic field, and its structure is applicable as a scaffold for the tissue engineering or lesion regeneration. This unique mesh also should be sufficient for magnetic hyperthermia.
What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
The planned research focuses on three main subjects, thus, there are
several basic questions to be answered.
First, concerning silver nanoparticle loaded meshes:
1.1 What is the liquid capturing capacity of the silver NPs loaded
meshes, a question of key importance in burnt tissue replacement.
1.2 We would like to detect the change in the antibacterial effect
after the NPs were loaded in the mesh, as compared with that of the
freely diffusing particles.
1.3 We would like to know whether during the tissue replacement or
regeneration a multifunctional mesh with a function of antibacterial
and antiinflammatory/anaesthetic effect can be prepared.
Second, concerning magnetic nanoparticle loaded meshes:
2.1 Since the biocompatibility and biodegradability of such meshes are
key parameters in their biomedical application, their correct
degradation needs to be determined and their non-toxicity needs to be
proven
2.2 How effective cell growth can be induced using an external
magnetic field that deforms the magnetic mesh?
2.3 How effective a magnetic hyperthermic treatment can be on a cell
population that was seeded on a magnetic mesh?
Third, concerning to the 3D structure of the electrospun meshes:
3.1 How the 3D structure can produce in a reproducible way?
3.2 what is the NPs effect ont he 3D formation?
3.3 How can we modify the matrix structure using different targets (changing the shape or rotation speed, and so on)?
What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
To prepare biocompatible and biodegradable meshes for cell seeding/growing, which can mimic the natural environment of the cells perfectly, is an unavoidable challenge for tissue regeneration.
If the cells can dynamically degrade and rebuild the surrounding area, in this particular case the artificial meshes, as it is happens in the living system, it would be a progressive milestone in the tissue engineering. As long as the cells should be transfered with the matrix itself to the prospective area in the body, the cells can be protected from the shock effect what the transfection can cause. Thus the presumption of survival on the injured area can be increased, the rejection effect can be decreased and the healing period become shorter and less painful.
The electrospun scaffold loaded with AgNPs can be a potential material to suit for an innovative wound dress layer. It can be a physical barrier to protect the damaged area, the hydrogel scaffold can capture the liquid, thus, does not allow the drying of the scar, and the antibacterial effect of the NPs avoid the infection. To link anaesthetic or anti-inflammatory agents to the surface of the nanoparticles a multifunctional wound dress can be prepare, thus the life quality of the patients and the discomfort feeling during the healing procedure can also be decreased.
Due to the presence of magnetic particles in the artificial fiber mesh not only deformation of the mesh can be induced by an external magnetic field, but this effect can enhance the efficiency of cell growth by mechanical agitation. This unique mesh also should be sufficient for magnetic hyperthermia, which can be an alternative healing therapy supporting the chemotherapy in cancer treatment and decrease the side effects of the chemotherapeuticum, thus the quality life of the patients should increase.
The 3D structure formation is an important parameter in the scaffold preparation, therefore the reproducibility of such a mesh is a crucial question for the researchers.
Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Electrospinning has recently been the target of many studies because of the sub-micrometer and nanometer sized electrospun fibers prepared by this technique that find broad application in multiple biomedical fields. The polymer gel fibers can capture a tremendous amount of liquid, where the small molecules can freely diffuse. The signal transport and metabolic exchange between the cells are streamlined in the mesh, thus its structure is applicable as a
scaffold for the tissue engineering or lesion regeneration.
The polymer fibers load with silver nanoparticles creates special scaffolds for tissue replacement
implanted with an anti-infective behaviour, which can be a key question during the biomedical
application such as burn lesions.
To disperse magnetic particles in a polymer solution a special fibre network structure can be built with electrospinning technique. The synthetized polymer mesh will be magnetic and controllable with an external magnetic field, and its structure is applicable as a scaffold for the tissue engineering or lesion regeneration. This unique mesh also should be sufficient for magnetic hyperthermia, which can be an alternative healing therapy supporting the chemotherapy in cancer treatment.
The 3D structure formation of an artificial matrix for tissue engineering is a key parameter in the replacement of the original extracellular matrix in the living system. Therefore to find out what is the most relevant factor in determining the 3D structure of the scaffold is crucial during the research work.
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Veres Tamás, Molnár Kristóf, Nesztor Dániel, Tombácz Etelka, Voniatis Constantinos, Fehér Daniella, Wéber György, Zrínyi Miklós, Jedlovszky-Hajdú Angéla: Mágneses mesterséges szövetek hipertermiás hatása, In: Auer, Ádám; Nagy, Noémi; Tóbi, István (szerk.) Pro Scientia Aranyérmesek XIV. Konferenciája, Pro Scientia Aranyérmesek Társasága (2019) pp. 55-60., 2019 | | Molnar K, Voniatis C, Feher D, Ferencz A, Fonyad L, Reiniger L, Zrinyi M, Weber Gy, Jedlovszky-Hajdu A: Biocompatibility study of poly(vinyl alcohol)-based electrospun scaffold for hernia repair, EXPRESS POLYMER LETTERS 12: (8) pp. 676-687., 2018 | | K Molnar, C Voniatis, D Feher, A Ferencz, L Fonyad, L Reiniger, M Zrinyi, Gy Weber, A Jedlovszky-Hajdu: Biocompatibility study of poly(vinyl alcohol)-based electrospun scaffold for hernia repair, EXPRESS POLYM LETT 12: (8) pp. 676-687., 2018 | | Kristof Molnar; Benjamin Jozsa; Dora Barczikai; Eniko Krisch; Judit E.Puskas; Angela Jedlovszky-Hajdu: Plasma treatment as an effective tool for crosslinking of electrospun fibers, Journal of Molecular Liquids, 2020 | | Akos Gyorgy Juhasz; Kristof Molnar; Abdenacer Idrissi; Angela Jedlovszky-Hajdu: Salt induced fluffy structured electrospun fibrous matrix, Journal of Molecular Liquids, 2020 | | Voniatis Constantinos, Balsevicius Lukas, Barczikai Dóra, Juriga David, Takács Angéla, Kőhidai László, Nagy Krisztina, Jedlovszky-Hajdu Angela: Co-electrospun polysuccinimide/poly(vinyl alcohol) composite meshes for tissue engineering, JOURNAL OF MOLECULAR LIQUIDS 306: 112895, 2020 | | Barczikai Dóra, Domokos Judit, Szabó Dóra, Molnar Kristof, Juriga David, Krisch Eniko, Nagy Krisztina S., Kohidai Laszlo, Helfer Carin A., Jedlovszky-Hajdu Angela, Puskas Judit E.: Polyisobutylene—New Opportunities for Medical Applications, MOLECULES 26: (17) p. 5207., 2021 | | Barczikai Dóra, Kacsari Viktória, Domokos Judit, Szabó Dóra, Jedlovszky-Hajdu Angela: Interaction of silver nanoparticle and commonly used anti-inflammatory drug within a poly(amino acid) derivative fibrous mesh, JOURNAL OF MOLECULAR LIQUIDS 322: 114575, 2021 | | Jedlovszky-Hajdú Angéla, Barczikai Dóra: Nanorészecske, polimer és kompozit szálrendszerek előállítása orvosi célokra, Pro Scientia Aranyérmesek Társasága Egyesület, 2021 | | Molnar Kristof, Voniatis Constantinos, Feher Daniella, Szabo Gyorgyi, Varga Rita, Reiniger Lilla, Juriga David, Kiss Zoltan, Krisch Eniko, Weber Gyorgy, Ferencz Andrea, Varga Gabor, Zrinyi Miklos, Nagy Krisztina S., Jedlovszky-Hajdu Angela: Poly(amino acid) based fibrous membranes with tuneable in vivo biodegradation, PLOS ONE 16: (8) e0254843, 2021 | | Voniatis Constantinos, Barczikai Dóra, Gyulai Gergő, Jedlovszky-Hajdu Angela: Fabrication and characterisation of electrospun Polycaprolactone/Polysuccinimide composite meshes, JOURNAL OF MOLECULAR LIQUIDS 323: 115094, 2021 | | Molnar Kristof, Varga Rita, Jozsa Benjamin, Barczikai Dora, Krisch Eniko, Nagy Krisztina S., Varga Gabor, Jedlovszky-Hajdu Angela, Puskas Judit E.: Investigation of the Cytotoxicity of Electrospun Polysuccinimide-Based Fiber Mats, POLYMERS 12: (10) 2324, 2020 | | Veres Tamás, Molnár Kristóf, Nesztor Dániel, Tombácz Etelka, Voniatis Constantinos, Fehér Daniella, Wéber György, Zrínyi Miklós, Jedlovszky-Hajdú Angéla: Mágneses mesterséges szövetek hipertermiás hatása, In: Auer, Ádám; Nagy, Noémi; Tóbi, István (szerk.) Pro Scientia Aranyérmesek XIV. Konferenciája, Pro Scientia Aranyérmesek Társasága (2019) p. 55., 2019 | | Tombácz Etelka, Szekeres Márta, Illés Erzsébet, Jedlovszky-Hajdú Angéla, Tóth Y. Ildikó, Nesztor Dániel, Szabó Tamás: Szuperparamágneses vas-oxid nanorészecskék (SPIONs)teranosztikai célú fejlesztése, MAGYAR KÉMIAI FOLYÓIRAT - KÉMIAI KÖZLEMÉNYEK (1997-) 125: (1) pp. 35-42., 2019 | | Kristof Molnar; Benjamin Jozsa; Dora Barczikai; Eniko Krisch; Judit E.Puskas; Angela Jedlovszky-Hajdu: Plasma treatment as an effective tool for crosslinking of electrospun fibers, Journal of Molecular Liquids, 2020 | | Akos Gyorgy Juhasz; Kristof Molnar; Abdenacer Idrissi; Angela Jedlovszky-Hajdu: Salt induced fluffy structured electrospun fibrous matrix, Journal of Molecular Liquids, 2020 | | Orsolya Hegedűs, Dávid Juriga, Evelin Sipos, Constantinos Voniatis, Ákos Juhász, Abdenaccer Idrissi, Miklós Zrínyi, Gábor Varga,Angéla Jedlovszky-Hajdú,Krisztina S. Nagy: Free thiol groups on poly(aspartamide) based hydrogels facilitate tooth-derived progenitor cell proliferation and differentiation, PlosONE, 2019 | | Dávid Juriga; Evelin Sipos; Orsolya Hegedűs; Gábor Varga; Miklós Zrínyi; Krisztina S. Nagy; Angéla Jedlovszky-Hajdú: Fully amino acid-based hydrogel as potential scaffold for cell culturing and drug delivery, Beilstein Journal of Nanotechnology, 2019 | | Voniatis Constantinos, Balsevicius Lukas, Barczikai Dóra, Juriga David, Takács Angéla, Kőhidai László, Nagy Krisztina, Jedlovszky-Hajdu Angela: Co-electrospun polysuccinimide/poly(vinyl alcohol) composite meshes for tissue engineering, JOURNAL OF MOLECULAR LIQUIDS 306: 112895, 2020 | | K Molnar, C Voniatis, D Feher, A Ferencz, L Fonyad, L Reiniger, M Zrinyi, Gy Weber, A Jedlovszky-Hajdu: Biocompatibility study of poly(vinyl alcohol)-based electrospun scaffold for hernia repair, EXPRESS POLYM LETT 12: (8) pp. 676-687., 2018 | | Kristóf Molnár, Constantinos Voniatis, Daniella Fehér, Andrea Ferencz, György Wéber, Miklós Zrínyi , Angéla Jedlovszky-Hajdú: Electrospun Poly(Amino Acid) Based Nano GEL Fiber Matrices and Their Biocompatibility and Biodegradability, BIOPHYS J 114: (3S1) p. 363., 2018 | | Juriga David, Laskawy Peter, Güler Zeliha, Ludanyi Krisztina, Jedlovszky-Hajdu Angela, Sarac Sezai A, Klebovich Imre, Zrinyi Miklos: Novel Biocompatible Poly(Aspartamide) Based Drug Conjugates, BIOPHYSICAL JOURNAL 114: (3) p. 691a., 2018 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
