Generation of suturable artificial cornea from the integration of exfoliated graphene with gelatin glycidyl methacrylate

通过剥离石墨烯与明胶甲基丙烯酸缩水甘油酯的整合生成可缝合的人工角膜

• 批准号: 9976013
• 负责人: Sina SHARIFI
• 金额: $ 10.27万
• 依托单位: SCHEPENS EYE RESEARCH INSTITUTE
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2020-04-01 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/9976013
• 关键词: 3-Dimensional; Adhesives; Anatomy; Animal Model; Animals; Architecture; Artificial Implants; Automobile Driving; Award; Biocompatible Materials; Biological; Biomechanics; Biomedical Engineering; Biomimetics; Blindness; Cell Communication; Cell Differentiation process; Cell Proliferation; Cells; Characteristics; Clinical; Communities; Complement; Cornea; Cultured Cells; Data Analyses; Development; Differentiation and Growth; Diffusion; Donor person; Endothelial Cells; Endothelium; Engineering; Epithelial; Epithelium; Extracellular Matrix; Eye; Fibroblasts; Functional disorder; Funding; Gelatin; Generations; Glucose; Glues; Goals; Grant; Human; Hybrids; Hydrogels; Immune response; In Vitro; Infection; Keratoplasty; Laboratories; Lead; Manuscripts; Mechanics; Membrane; Mentors; Microspheres; Molecular; Molecular and Cellular Biology; Natural graphite; Nature; Nerve Regeneration; Normal Cell; Operative Surgical Procedures; Organic solvent product; Oryctolagus cuniculus; Oxygen; Patients; Pattern; Phase; Polymers; Postoperative Care; Process; Property; Proteins; Quality of life; Research; Research Proposals; Scientist; Solubility; Solvents; Stress; Stromal Cells; Structure; Supporting Cell; Surgical sutures; System; Techniques; Tissue Engineering; Tissue Preservation; Tissues; Training; Transplantation; Treatment Cost; United States National Institutes of Health; Writing; Xenograft procedure; aqueous; base; biomaterial compatibility; blind; career; cell motility; cell stroma; chemical property; crosslink; design; experimental study; faculty research; falls; glycidyl methacrylate; graphene; healing; implantation; improved; in vivo; in vivo Model; infancy; leadership development; materials science; mechanical properties; migration; multidisciplinary; nano; notch protein; preservation; scaffold; skills; stem; success; three-dimensional modeling

PROJECT SUMMARY     In  this  project,  we  propose  to  design  a  hybrid  scaffold  from  the  integration  of  gelatin  glycidyl  methacrylate  (GELGYM)  with  exfoliated  pristine  graphene  (EG),  accompanied  by  double  crosslinking  technique,  that  can  function as a suturable artificial cornea. We will determine (1) whether hybrid GELGYM membranes acts as a  biocompatible  artificial  cornea  that  supports  cell  growth  and  differentiation;;  and  (2)  the  capability  of  the  hybrid  scaffold  to  function  as  a  corneal  substitute.  The  differentiation  and  biocompatibility  studies  proposed  here  will  offer  quantitative  information  on  the  degree  of  biointegration  of  the  hybrid  scaffold  in  contact  with  the  host’s  corneal cells and extracellular matrix under in vitro and in vivo conditions.     We expect that exfoliation of graphene, its integration in the GELGYM hydrogel architecture and subsequent  double crosslinking can create an nano-­microspherical cavities in the hydrogel microstructure covered with the  graphene  create  anchoring  points  that  can  withstand  against  tearing,  after  applying  the  physical  stress  to  the  suture passing the construct. This can diminish the tendency to form notches during suturing, while enhancing  mechanical  properties  of  the  construct  and  facilitate  its  implantation  in  patients.  Moreover,  we  expect  integration  will  further  promote  cell  proliferation  and  differentiation  of  corneal  cells,  allowing  for  the appropriate  diffusion  of  glucose  and  oxygen.  Additionally,  I  anticipate  that  integration  of  exfoliated  graphene  will  positively  regulate  epithelial-­stromal  and  endothelial  stromal  cell  interactions.  The  success  of  this  approach  can  reduce  or eliminate the need for donor corneas and positively impact the quality of life for many patients.     The  research  aims  are  supported  by  a  training  plan  focused  on  the  acquisition  of  relevant  multidisciplinary  expertise  in  the  fields  of  cellular  and  molecular  biology,  pathophysiology,  tissue-­engineering  and  material  science. To this end, a “Mentoring Team” which includes the leading mentor, Dr. Chodosh, along with two co-­ mentors:  Dr.  Gonzalez  and  Dr.  Kong  has  been  assembled.  Moreover,  Dr.  Paschalis  as  an  independent  collaborator  will  support  on  technical  training  on  animal  handling,  surgery,  and  postoperative  care  along  with  data analysis and interpretation of animal findings following implantation of the scaffold into rabbit eyes.     This  group  of  mentors  will  guide  me  during  the  K99  mentored  phase  to  achieve  my long-­term  career  goal  of  becoming  a  scientist-­leader  in  my  field  with  a  strong  independent  laboratory.  I  envision  that  this  award  will  provide  me  with  an  excellent  platform  from  which  to  have  a  successful  transition  to  independent  research  faculty status (this includes the transition into the R00 phase of the award) and in the long term, to productively  compete  for  independent  NIH  (R01)  funding.  My  training  will  also  be  complemented  by  courses  during  the  mentored  phase  in  the  improvement  of  presentation  and  writing  skills  (grants  and  manuscripts),  manuscript  review, mentoring, and development of leadership abilities and laboratory management skills.

项目摘要     在这个项目中，我们建议设计一种融合明胶甲基丙烯酸缩水甘油酯的混合支架  (GELGYM) 与剥离的原始石墨烯 (EG)，并辅以双交联技术，可以  用作可缝合的人造角膜。 我们将确定 (1) 混合 GELGYM 膜是否充当  支持细胞生长和分化的生物相容性人工角膜；以及 (2) 混合体的能力  支架作为角膜替代品。  这里提出的分化和生物相容性研究将  提供有关与宿主接触的混合支架的生物整合程度的定量信息  体外和体内条件下的角膜细胞和细胞外基质。     我们预计石墨烯的剥离、其在 GELGYM 水凝胶结构中的整合以及随后的  双交联可以在水凝胶微结构中产生纳米微球空腔，并覆盖有  在对石墨烯施加物理压力后，石墨烯会产生能够抵抗撕裂的锚定点  缝合线穿过结构。 这可以减少缝合过程中形成凹口的倾向，同时增强  该结构的机械性能并有利于其植入患者体内。  此外，我们预计  整合将进一步促进角膜细胞的细胞增殖和分化，从而允许适当的  葡萄糖和氧气的扩散。  此外，我预计剥离石墨烯的整合将积极  调节上皮基质细胞和内皮基质细胞相互作用。  这种方法的成功可以减少  或者消除对捐赠角膜的需求，并对许多患者的生活质量产生积极影响。     研究目标得到培训计划的支持，该计划侧重于获得相关的多学科知识  细胞和分子生物学、病理生理学、组织工程和材料领域的专业知识  科学。 为此，成立了一个“指导团队”，其中包括首席导师 Chodosh 博士以及两名辅助导师 导师：Gonzalez 博士和 Kong 博士已经集合。  此外，Paschalis 博士作为一名独立的  合作者将支持动物处理、手术和术后护理方面的技术培训  将支架植入兔眼后对动物发现进行数据分析和解释。     这群导师将在 K99 指导阶段指导我实现我的长期职业目标  成为我所在领域的科学家领导者，拥有强大的独立实验室。  我预计这个奖项将  为我提供了一个优秀的平台，使我能够成功过渡到独立研究  教师地位（这包括过渡到奖项的 R00 阶段），从长远来看，要富有成效  竞争独立的 NIH (R01) 资金。  我的培训也将通过期间的课程得到补充  在提高演讲和写作技能（赠款和手稿）、手稿的指导阶段  审查、指导和发展领导能力和实验室管理技能。