Page name: ARRSProjekti / 2020 / Načrtovanje napetosti in domenskih struktur v epitaksialnih tankih plasteh relaksorskih feroelektrikov150

Elektrostimulatorji z vizualno detekcijo mehanske deformacije in napetosti: inovativni piezoelektrični biomateriali za elektro-stimulirano celično rast

Nazaj na seznam za leto 2020


Oznaka in naziv projekta

N2-0150 Elektrostimulatorji z vizualno detekcijo mehanske deformacije in napetosti: inovativni piezoelektrični biomateriali za elektro-stimulirano celično rast
N2-0150 Mechano-chromic, voltage-sensitive electrostimulators: innovative piezoelectric biomaterials for electro-stimulated cellular growth

Logotipi ARRS in drugih sofinancerjev

© Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije

Projektna skupina

Institut "Jožef Stefan": Vodja projekta: ddr. Marija Vukomanović

doc. dr. Srečo Škapin, dr. Marjeta M. Kržmanc, Lea Udovč, David Fabijan

Institute of Robotics and Intelligent Systems Dept. of Mechanical and Process Engineering ETH Zürich, Švica: Vodja projekta: dr. Salvador Pané i Vidal

Vsebinski opis projekta

Elektro-stimulacija, ki temelji na posnemanju naravnega regenerativnega procesa v živih organizmih, je rastoče novo področje, ki naj bi revolucionariziralo tkivno inženirstvo. V skladu z nedavnimi odkritji je elektrostimulacija lahko zelo učinkovita pri zdravljenju in regeneraciji. A potrebna bi bila zelo natančna kontrola poteka elektro-stimulacije, da bi popolnoma raziskali njene zmožnosti in povečali njeno učinkovitost. Oblikovanje elektro-stimulativnih aktivnih površin se je opazno izboljšalo v zadnjem času. Toda kljub temu se je potrebno še močno truditi najti način za nadzor dogodkov in interakcij, ki se odvijajo lokalno na celičnem nivoju, ter jih usmeriti proti obnavljanju tkiva.

Osnovni podatki sofinanciranja so dostopni na spletni strani SICRIS.

Faze projekta in opis njihove realizacije

Cilj tega projekta je oblikovanje naslednje generacije implantabilnih / samoodstranjujočih piezoelektričnih elektrostimulatorjev s sposobnostjo zaznati in uravnavati elektrostimulacijo na celičnem nivoju. Nameravamo združiti strokovno znanje slovenskega partnerja o procesiranju organskih piezo-polimerov in površinski funkcionalizaciji z našim znanjem o magnetoelektričnih mikro-/nano-robotih, da bi poiskali inovativne rešitve za omogočanje večje natančnosti pri elektrostimulaciji.

V ta namen načrtujemo:

(i) ustvariti nove organske piezoelektrike s hidrofilno površino, biodegradabilnost in biokompatibilnost (s procesiranjem piezoelektričnih, površinsko modificiranih PLLA struktur,

(ii) ustvariti in vdelati orodja za detekcijo mehanske deformacije in električne napetosti, ki bodo omogočila merjenje in oddajanje informacij, zaznanih med potekom stimulacije (preko funkcionalizacije površine magnetoelektričnih nanodelcev z mehansko in napetostno občutljivimi barvili),

(iii) sestaviti novo piezoelektrično napravo, ki bo zmožna zaznavati, zdraviti in se sama odstraniti iz organizma, in

(iv) raziskati elektrostimulacijo na celičnem nivoju z vizualizacijo mehanske deformacije in ustvarjene napetosti na nivoju celic.

Kot rezultat pričakujemo koristno novo znanje o komunikaciji med piezoelektrično napravo in celicami ter da bomo pridobili natančne informacije o deformaciji, ki se ustvari lokalno na stičišču piezoelektrične površine in celic ob njej, intenziteti proizvedenega električnega signala, ki se direktno prenese od piezo-površine do celične membrane ter korelacijah med dražljaji in celičnim odzivom.

Takšen inovativni koncept kontroliranja interakcij med piezo-površinami in celicami, za katerega pričakujemo, da se bo razvil v tem projektu, bo imel močen vpliv na nadaljnji razvoj in aplikacijo elektrostimulacije pri regeneraciji tkiv. Uvajanje novih orodij pri oblikovanju elektrostimulatorja (kot so napetostno in mehansko občutljiva barvila) bo vodilo k tehtnemu znanju, z več korelacijami ter poledično vodilo do pomembnih prebojev na tem področju in odprlo zanimive nove možnosti za različne biomedicinske aplikacije.

Bibliografske reference

1. Mushtaq, F. et al. Magnetoelectric 3D scaffolds for enhanced bone cell proliferation. Appl. Mater. Today 16, 290-300 (2019).

2. Udovc, L., Spreitzer, M. & Vukomanovic, M. Towards Hydrophilic Piezoelectric Poly-L-lactide films: optimal processing, post heat treatment and alkaline etching. Polym. J. (2019).

3. Hoop, M. et al. Ultrasound-mediated piezoelectric differentiation of neuron-like PC12 cells on PVDF membranes. Sci. Rep. 7, 4028 (2017).

4. Chen, X.-Z. et al. Magnetically driven piezoelectric soft microswimmers for neuron-like cell delivery and neuronal differentiation. Mater. Horiz. 6, 1512-1516 (2019).


Nazaj na seznam projektov po letih