Skip to Main Content

Projekty badawcze w sieci VIA CARPATIA

Szczegóły projektu badawczego

Numer umowy
2023/07/X/ST11/00511
Wykonawcy badań/ podległość
Wydział Budownictwa i Nauk o Środowisku
Tytuł
Badania reologiczne hydrożeli DNA z komórkami i cząstkami naśladującymi komórki
Streszczenie
Naprężenia mechaniczne są krytycznymi regulatorami sygnalizacji komórkowej oraz fizjologii tkanek. Dlatego zrozumienie ich wzajemnego oddziaływania jest niezbędne do projektowania nowych biomateriałów, które mogą służyć jako zamienniki uszkodzonej tkanki lub jako fizjologicznie realistyczne środowisko do inżynierii komórkowej lub testowania leków. Tkanki miękkie składają się z komórek zamkniętych w macierzach zewnątrzkomórkowych (ECM), które są rodzajem hydrożelu zapewniającego komórkom strukturalne i mechaniczne wsparcie. W ciągu ostatnich dwudziestu lat ustalono istotne powiązanie między właściwościami mechanicznymi ECM a podstawowymi procesami komórkowymi, w tym rozprzestrzenianiem się, wzrostem, proliferacją, migracją, różnicowaniem i tworzeniem organoidów. Niemniej jednak, pomimo ich znaczenia, projektowanie materiałów prawdziwie biomimetycznych jest wyzwaniem, ponieważ tkanki miękkie wykazują bardzo złożone zachowanie mechaniczne, zwłaszcza zmiany modułu lepkosprężystości podczas ścinania (zmiękczanie lub usztywnienie podczas ścinania) oraz silną asymetrię zmian sztywności podczas rozciągania-ściskania (zwykle sztywnienia przy ściskaniu). Istnieją mocne przesłanki wskazujące, że mechanika tych zachowań wynika z interakcji macierzy zewnątrzkomórkowej z komórkami. Jednak fizyka leżąca u podstaw zachowania reologicznego kompozytów komórek i ECM jest nadal niejasna. Jedna z dominujących hipotez głosi, że obserwowane efekty reologiczne (takie jak sztywnienie przy ściskaniu) w tkankach wynikają z reorganizacji komórek w macierzy zewnątrzkomórkowej, powodującej sztywnienie naprężeniowe sieci włóknistej, powstawanie fizycznych ograniczeń składników tkanki podczas deformacji oraz zmian propagacji sił poprzez kontakty komórka-komórka. Typowe eksperymentalne modele 2D tkanek oparte na syntetycznych podłożach polimerowych, w tym żelach poliakryloamidowych lub polidimetylosiloksanie, nie są w stanie odtworzyć tego złożonego mikrośrodowiska 3D. I odwrotnie, modele zwierzęce nie pozwalają wyodrębnić poszczególnych czynników ze względu na swoje skomplikowanie. Zainspirowani koncepcją prymitywnej tkanki, która obejmuje splątany DNA i komórki drobnoustrojów, rozszerzyliśmy ją o usieciowany DNA i cząsteczki naśladujące komórki. Włączenie DNA do struktury hydrożeli może nadać im kilku cech, które w innym przypadku nie byłyby możliwe do osiągnięcia. Na przykład DNA może nadawać różne zachowania mechaniczne w zależności od procedury sieciowania i może być używany do naśladowania różnych struktur. Cząsteczki dekstranu i lateksu naśladujące komórki oraz komórki bakterii i grzybów, wszystkie o dobrze określonych właściwościach, zostaną wykorzystane w tym modelu do replikacji różnych typów komórek o rozmaitych rozmiarach i kształtach. Głównym celem tego projektu jest opracowanie mechanicznego modelu tkanki opartego na DNA, aby zrozumieć niektóre aspekty złożonej reologii kompozytów ECM i komórek. W celu weryfikacji hipotezy przeprowadzone zostaną eksperymenty obejmujące jednoczesne pomiary reologiczne w złożonych stanach odkształcenia, poparte obserwacjami mikroskopowymi w czasie rzeczywistym. Oczekuje się, że eksperymenty prowadzone w dobrze kontrolowanych warunkach, w których można precyzyjnie manipulować mikroskopijnymi cechami składu hydrożeli, pozwolą na opracowanie dokładnych modeli strukturalnych, które wiążą mikrostrukturę tkanki z ich odpowiedzią makroskopową.
Program
MINIATURA
Uczelnia
Politechnika Białostocka
Slowa Kluczowe
Inżynieria tkankowa; hydrożele; lepkosprężystość; matryca pozakomórkowa; mechanobiologia; reologia

Informacje o projekcie

Stopka
Minister Nauki

Zadanie finansowane w ramach zlecenia
Ministra Nauki pod nazwą "Politechniczna Sieć VIA CARPATIA im. Prezydenta RP Lecha Kaczyńskiego" w latach 2022-2025

MNiSW
Wersja: 0.1b Właścicielem i administratorem danych zawartych w bazie danych są uczelnie: Politechnika Rzeszowska, Politechnika Lubelska oraz Politechnika Białostocka. Zaprojektowanie witryny: Paweł Kuraś, Krzysztof Demidowski, Veronika Vanivska
Built with using Oracle APEX