Till innehåll på sidan

Spider Silk Nanostructuring and its Applications for Tissue Engineering

Tid: Fr 2021-03-26 kl 13.00

Plats: zoom link for online defense (English)

Ämnesområde: Elektro- och systemteknik

Respondent: Linnea Gustafsson , Mikro- och nanosystemteknik

Opponent: Professor David Kaplan, Tufts University, Massachusetts, USA

Handledare: Professor Wouter van der Wijngaart, Mikro- och nanosystemteknik, Signaler, sensorer och system

Abstract

Den här avhandling introducerar nya sätt att producera mikro- och nanostrukturer av rekombinant spindelsilke och utforskar sätt att karakterisera deras topografi, mekaniska egenskaper, cellkompatibilitet och permeabilitet. Lämpligheten hos de formade strukturerna för applikationer inom vävnadsteknik, främst för in vitro vävnadsmodellering, undersöks också.

En stor utmaning i läkemedelsutveckling är att många kandidater inte uppvisar önskad effekt i in vivo studier i människor. Detta beror till stor del på att de djurmodeller som används i den primära utvärderingen inte efterliknar den mänskliga kroppen tillräckligt bra.  På grund av detta har forskare börjat utveckla metoder för att använda mänskliga celler i in vitro modeller av olika vävnader. Dessa nya system öppnar upp för möjligheten att studera biologiska reaktioner och mekanismer relaterade till människors hälsa. För att korrekt kunna modellera vad som händer i kroppen bör materialen som används för cellodling så nära som möjligt efterlikna deras motsvarigheter in vivo. Många av de material som används idag är gjorda av plast, saknar fysiologiskt relevanta egenskaper och replikerar inte de mikro- och nanodimensioner som finns i cellmiljön i kroppen.

Spindelsilke har föreslagits som ett lämpligt material för cellodling. Användningen av spindelsilke för medicinska ändamål är inte ny, utan det användes redan i det antika Grekland och Rom för att stoppa blödningar. Användbarheten begränsas dock av att spindlar enbart producerar en liten mängd silke. På senare tid har nya dörrar öppnats genom rekombinant produktion av baskomponenten i silket: spindelsilksproteiner (spidroiner). Rekombinant produktion as spidroiner är inte bara skalbar utan möjliggör också enkel integration av biofunktionalitet. Med byggmaterialet till hands är det även möjligt att producera fler format än enbart spindelsilkesfibrer, dvs. beläggningar, filmer, membran, hydrogeler, porösa strukturer och mikropartiklar.

Arbetet som presenteras i den här avhandlingen fyller på listan genom att introducera nya metoder för att producera nanomembran och enhetligt formade mikro- och nanostrukturer genom att manipulera vätske:luftgränssnittet. Mikromönstrade mm-filmer, mikrofilmer, nanokedjor och nanotrådar producerades genom att manipulera en droppe spidroinlösning på en superhydrofob yta. Förändringar i spidroinernas koncentrationen, droppens rörelse och dimensionerna på pelarna möjliggör exakt kontroll av silkeformationen. De formade silkestrukturerna behöll sin form efter frisättning från ytan, och odlingen av mänskliga celler visade god kompatibilitet med silkesstrukturerna. 280 nm tjocka nanofibrillära spindelsilkesmembran, som imiterar dimensionerna hos basala membran, bildades genom att låta spidroiner självinteragera vid vätske:luftgränssnittet i en stillastående lösning. Tid, initial spidroinkoncentration och bägardimensioner är direkt relaterade till membranets tjocklek och storlek. Nanomembranen formade via denna metod var stabila, kunde sträcks över 200% och var permeabla för mänskliga plasmaproteiner. En in vitro-blodkärlsmodell upprättades genom att växa humana endotelceller och glatta muskelceller på motsatta sidor av membranet, vilket påvisar potentialen att använda membranen för vidare in vitro modellering.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-290887