Smarte Biomaterialien aus proteinbasierten Komposit-Nanofasern: Zellinteraktion mit 3D-Nanofaserscaffolds aus Biopolymeren - Mechanische Eigenschaften im Fokus

• Antragstellerin: Professorin Dr. Dorothea Brüggemann
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 267326782

Proteinkomposite erfüllen in lebenden Organismen vielfältige, hoch spezialisierte Funktionen. Zum großen Teil sind diese Funktionen durch die mehrstufige, hierarchische Struktur der verschiedenen natürlichen Komponenten gesteuert. Synthetisch hergestellte, proteinbasierte Kompositmaterialien ähneln in ihrem Aufbau stark der extrazellulären Matrix, die alle lebenden Zellen umgibt. Aufgrund der intrinsischen Biokompatibilität dieser Komposite sind Zellreaktionen gut kontrollierbar. Diese Eigenschaften lassen sich hervorragend für die Herstellung zukünftiger synthetischer Biomaterialien nutzen, die zum Beispiel in der Rekonstruktion von Gewebe oder als Wirkstoffträger zum Einsatz kommen können.Ziel des vorgeschlagenen Projektes ist es, eine neue Klasse multifunktionaler Biomaterialien aus proteinbasierten Komposit-Nanofasern zu entwickeln. Mit einem effizienten, einstufigen Extrusionsprozess durch nanoporöse Membranen werden wir unter physiologischen Bedingungen hierarchisch aufgebaute Proteinkomposite aus Nanofasern herstellen. Dieser einfache Ansatz wird es uns ermöglichen, neue Typen von Proteinkompositen mit verschiedenen organischen, inorganischen und synthetischen Komponenten in den Nanofasern zu entwickeln. Die Eigenschaften dieser neuartigen Faser-Komposite sollen näher an die natürliche, zelluläre Umgebung heranreichen als bisherige Biomaterialien. Um dieses Ziel zu erreichen, werden wir untersuchen, wie die Zusammensetzung und Dimensionen unserer neuen Protein-Komposite durch den Extrusionsprozess auf der Nanoskala kontrolliert werden können. Außerdem soll analysiert werden, wie sich die hierarchische Anordnung der Komposit-Nanofasern und die resultierenden Materialeigenschaften auf mikroskopischer Ebene steuern lassen. Ein Schwerpunkt wird hierbei die biologische Funktionalität der nanostrukturierten Proteinkomposite sein, die wir auf molekularer und zellulärer Ebene untersuchen werden. Darüber hinaus werden wir studieren, inwiefern der Extrusionsprozess erweitert werden kann, um die Herstellung makroskopischer Biomaterialien für biomedizinische Anwendungen als Gewebe- oder Wirkstoffträger zu ermöglichen.Die Ergebnisse dieses Projektes werden uns dabei helfen, neue, smarte Biomaterialien aus proteinbasierten Komposit-Nanofasern zu entwickeln, deren Multifunktionalität, biologische Aktivität und Reaktion auf geänderte Umgebungsbedingungen präzise kontrolliert werden können.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen