Gruppenfoto der Arbeitsgruppe Dynamische Biomaterialien vor dem Eingang des INM; die Mitarbeitenden laufen gemeinsam auf die Kamera zu.

Dynamische Biomaterialien

Wir untersuchen und steuern gezielt die Wechselwirkungen zwischen synthetischen Materialien und lebenden Zellen. Wir entwickeln zellinstruktive Umgebungen und materialbasierte Ansätze für abfallfreie therapeutische Lösungen.

Unsere Gruppe entwickelt Hydrogelmaterialien mit gezielt programmierten und einstellbaren Eigenschaften, die darauf ausgelegt sind, lebende Zellen einzukapseln und deren Verhalten gezielt zu beeinflussen. Wir untersuchen die Wechselwirkungen zwischen lebenden Zellen und unbelebter Materie und erforschen, wie sich diese nutzen lassen, um zelluläre Funktionen gezielt zu steuern und letztlich therapeutische Vorteile zu erzielen.

Gemeinsam mit Forschenden aus der synthetischen Biologie, Biophysik und Arzneimittelentwicklung sowie mit klinisch tätigen Fachleuten untersuchen wir das Anwendungspotenzial unserer Entwicklungen. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf neuartigen Materialien für die ophthalmologische Wirkstofffreisetzung.

Wir tragen zu den INM-Kompetenzfeldern „Opto-interaktive Materialien“ und „Bio-intelligente Materialien“ bei. Unsere Forschung ist auf biomedizinische Fragestellungen und Anforderungen ausgerichtet.

Prof. Dr. Aránzazu del Campo
Prof. Dr. Aránzazu del Campo
Leiterin Dynamische Biomaterialien
Telefon: +49 (0)681-9300-510

Kontakt

Dr. Aleeza Farrukh
Stv. Leiterin Dynamische Biomaterialien
Telefon: +49 (0)681-9300-399
Martina Bonnard
Sekretärin
Telefon: +49 (0)681-9300-397
Mitarbeiter/innen
B.Sc. Israa Abdulrahman Mohammed Kheir Elh
Doktorandin
Telefon: +49 (0)681-9300-351
E-Mail: Israa.Abdulrahman@leibniz-inm.de
Britta Abt
Technische Mitarbeiterin
Telefon: +49 (0)681-9300-363
E-Mail: Britta.Abt@leibniz-inm.de
Dr.-Ing. Sener Albayrak
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Telefon: +49 (0)681-9300-157
E-Mail: Sener.Albayrak@leibniz-inm.de
Dr. Gerardo Asensio Martín
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Telefon: +49 (0)681-9300-315
E-Mail: gerardo.asensiomartin@leibniz-inm.de
Dipl.-Chem. Stefan Brück
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Telefon: +49 (0)681-9300-245
E-Mail: stefan.brueck@leibniz-inm.de
M.Sc. Rishi Chaurasia
Doktorand
Telefon: +49 (0)681-9300-401
E-Mail: rishi.chaurasia@leibniz-inm.de
B.Sc. Jesús Chong Talavera
Wissenschaftliche Hilfskraft
Telefon: +49 (0)681-9300-108/251
E-Mail: jesus.chong@leibniz-inm.de
29,60 Semhar Eyob
Azubi Chemielaborant/in
Telefon: +49 (0)681-9300-414
E-Mail: semhar.eyob@leibniz-inm.de
M.Sc. Hafiz Syed Usama bin Farrukh
Doktorand
Telefon: +49 (0)681-9300-360
E-Mail: Usama.Farrukh@leibniz-inm.de
Dr. Aleeza Farrukh
Stv. Leiterin Dynamische Biomaterialien
Telefon: +49 (0)681-9300-399
E-Mail: aleeza.farrukh@leibniz-inm.de
Dr. Jun Feng
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Telefon: +49 (0)681-9300-214
E-Mail: jun.feng@leibniz-inm.de
M.Sc. Annalena Elisabeth Frank
Doktorandin
E-Mail: annalena.frank@leibniz-inm.de
B.Sc. Daniel Alfonso Garcia Sanchez
Wissenschaftliche Hilfskraft
Telefon: +49 (0)681-9300-315
E-Mail: daniel.sanchez@leibniz-inm.de
Anna-Lena Haag
Azubi Chemielaborant/in
Telefon: +49 (0)681-9300-330
E-Mail: anna-lena.haag@leibniz-inm.de
Dr. Hannah Jahn-Kelleter
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
Telefon: +49 (0)681-9300-384
E-Mail: Hannah.Jahn-Kelleter@leibniz-inm.de
Dr. Jennifer Yvonne Kasper
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
Telefon: +49 (0)681-9300-345
E-Mail: Jennifer.Kasper@leibniz-inm.de
M.Sc. Mokhamad Khamdan
Doktorand
Telefon: +49 (0)681-9300-349
E-Mail: mokhamad.khamdan@leibniz-inm.de
Dr. Simone Krings
Gastwissenschaftler/in
Telefon: +49 (0)681-9300-315
E-Mail: simone.krings@leibniz-inm.de
Dr. Rinku Kumar
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Telefon: +49 (0)681-9300-316
E-Mail: rinku.kumar@leibniz-inm.de
Prof. Dr. Juan Mancebo Aracil
Gastwissenschaftler/in
Telefon: +49 (0)681-9300-155
E-Mail: juan.mancebo@leibniz-inm.de
M.Sc. Joëlle Aurelie Mekontso Ngaffo
Doktorandin
Telefon: +49 (0)681-9300-247
E-Mail: joelle.mekontso@leibniz-inm.de
M.Sc. Kyusun Pyun
Doktorand
Telefon: +49 (0)681-9300-401
E-Mail: kyusun.pyun@leibniz-inm.de
M.Sc. Ann-Cathrin Schlapp
Doktorandin
Telefon: +49 (0)681-9300-214
E-Mail: Ann-Cathrin.Schlapp@leibniz-inm.de
Silke Siegrist
Technische Mitarbeiterin
Telefon: +49 (0)681-9300-363
E-Mail: silke.siegrist@leibniz-inm.de
Dr. Therese Steudter
Wissenschaftliche Mitarbeiterin
Telefon: +49 (0)681-9300-384
E-Mail: therese.steudter@leibniz-inm.de
M.Sc. Lara Luana Teruel Enrico
Doktorandin
Telefon: +49 (0)681-9300-282
E-Mail: LaraLuana.TeruelEnrico@leibniz-inm.de
Forschung

Hydrogele mit latenten Eigenschaften

Durch die Integration von Phototriggern und lichtresponsiven molekularen Motoren in polymere Netzwerke entwickeln wir 4D-Hydrogele mit optisch regulierbarer (bio)chemischer Aktivität, Vernetzung, Degradation oder mechanischer Aktuation. Diese Materialien werden für biophysikalische Untersuchungen der zellulären Reaktion auf Veränderungen biochemischer und mechanischer Signale in der extrazellulären Umgebung eingesetzt.

Schematische Darstellung eines dreidimensionalen Hydrogel-Netzwerks mit eingebetteten lichtaktiven Komponenten zur Steuerung von chemischen und mechanischen Eigenschaften
Schematische Darstellung eines automatisierten Pipettiersystems, das Materialproben in eine Mikroplatte überträgt; die vergrößerte Bildfolge zeigt unterschiedliche geschichtete Zellumgebungen für Hochdurchsatzexperimente.

Modelle zellulärer Mikroumgebungen

Wir entwickeln synthetische Modelle von Zell-Matrix- und Zell-Zell-Grenzflächen mit gezielt integrierten biochemischen, mechanischen und dimensionalen Signalen. Um den Erkenntnisgewinn zu beschleunigen, entwickeln wir Material-Mikroarrays für biophysikalische Hochdurchsatzexperimente und setzen diese zur Untersuchung multifaktorieller Zellreaktionen ein.

Lebende therapeutische Systeme

Wir entwickeln Biotinten und nutzen Biofabrikationstechnologien zur funktionellen und sicheren Verkapselung von Zellen in Medizinprodukten. Unser Schwerpunkt liegt auf selbstregenerierenden lebenden therapeutischen Materialien, die zelluläre Wirkstofffabriken integrieren und eine langfristige, potenziell unbegrenzte Wirkstofffreisetzung ermöglichen. Unser Ziel ist es, neue Ansätze für die ophthalmologische Therapie zu entwickeln, insbesondere lebende, selbstregenerierende Kontaktlinsen mit kontinuierlicher Wirkstofffreisetzung.

Schematische Darstellung eines Biofabrikationsprozesses: Zellhaltiges Material wird aus einem Vorratsbehälter durch eine Düse in eine röhrenförmige Struktur eingebracht, aus der Wirkstoffe freigesetzt werden.
Partner
Logo und Schriftzug des Collaborative Research Center CRC / SFB 1027.

Publikationen

2016
Stick-slip friction of PDMS surfaces for bioinspired adhesives

Xue, Longjian | Pham, Jonathan T. | Iturri, Jagoba | del Campo, Aránzazu

DOI:

Friction plays an important role in the adhesion of many climbing organisms, such as the gecko. During the shearing between two surfaces, periodic stick-slip behavior is often observed and may be critical to the adhesion of gecko setae and gecko-inspired adhesives. Here, we investigate the influence of short oligomers and pendent chains on the stick-slip friction of polydimethylsiloxane (PDMS), a commonly used material for bioinspired adhesives. Three different stick-slip patterns were observed on these surfaces (flat or microstructured) depending on the presence or absence of oligomers and their ability to diffuse out of the material. After washing samples to remove any untethered oligomeric chains, or after oxygen plasma treatment to convert the surface to a thin layer of silica, we decouple the contributions of stiffness, oligomers, and pendant chains to the stick?slip behavior. The stick phase is mainly controlled by the stiffness while the amount of untethered oligomers and pendant chains available at the contact interface defines the slip phase. A large amount of oligomers and pendant chains resulted in a large slip time, dominating the period of stick-slip motion.

DOI:

Langmuir,
2016, 32 (10), 2428-2435.

Surface modification by plasma etching impairs early vascularization and tissue incorporation of porous polyethylene (Medpor®) implants

Laschke, Matthias W. | Augustin, Victor A. | Sahin, Fadime | Anschütz, Dieter | Metzger, Wolfgang | Scheuer, Claudia | Bischoff, Markus | Aktas, Oral C. | Menger, Michael D.

DOI:

Porous polyethylene (Medpor®) is commonly used in craniofacial reconstructive surgery. Rapid vascularization and tissue incorporation are crucial for the prevention of migration, extrusion, and infection of the biomaterial. Therefore, we analyzed whether surface modification by plasma etching may improve the early tissue response to Medpor®. Medpor® samples were treated in a plasma chamber at low (20 W; LE-PE) and high energy levels (40 W; HE-PE). The samples and non-treated controls were implanted into mouse dorsal skinfold chambers to analyze angiogenesis, inflammation, and granulation tissue formation over 14 days using intravital fluorescence microscopy, histology, and immunohistochemistry. Scanning electron microscopy (SEM) analyses revealed that elevating energy levels of plasma etching progressively increase the oxygen surface content and surface roughness of Medpor®. This did not affect the leukocytic response to the implants. However, LE-PE and HE-PE samples exhibited an impaired vascularization. This was associated with a reduced formation of a collagen-rich granulation tissue at the implantation site. Additional in vitro experiments showed a reduced cell attachment on plasma-etched Medpor®. Thus, plasma etching may not be recommended to improve the clinical outcome of reconstructive interventions using Medpor®. However, it may be beneficial for temporarily implanted polyethylene-based biomedical devices for which tissue incorporation is undesirable.

DOI:

Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials,
2016, 104 (8), 1738-1748.

Al2O3 micro- and nanostructures affect vascular cell response

Kiefer, Karin | Akp | Haidar, Ayman | Ikier, Tuba | Akkan, Ca | Akman, Erhan | Lee, Juseok | Martinez Miró, Marina | Kaçar, Elif | Demir, Arif | Veith, Michael | Ural, Dilek | Kasap, Murat | Kesmez, Mehmet | Abdul-Khaliq, Hashim | Aktas, Oral C.

DOI:

In-stent restenosis (ISR) is one of the most common and serious complications observed after stent implantation. ISR is characterized by the inordinate proliferation of smooth muscle cells (SMC) that leads to narrowing of the blood vessels. To achieve a healthy endothelium, it is critical to selectively enhance the growth of endothelial cells (EC) while suppressing the growth of smooth muscle cells, which is still a major challenge and yet to be achieved. In this study, novel surfaces have been developed to support the selective growth of endothelial cells. Micro- and nanostructured Al2O3 surfaces with unique topographical features were fabricated and tested. Surface characterization and cellular response of endothelial cells (HUVEC) as well as smooth muscle cells (HUVSMC) has been investigated at cellular and molecular levels. A topography driven selective cell response of ECs over SMCs was demonstrated successfully. This selective response of ECs was also analyzed at protein levels in order to understand the basic mechanism.

DOI:

RSC Advances,
2016, 6 (21), 17460-17469.

2015
Gauging and tuning cross-linking kinetics of catechol-PEG adhesives via catecholamine functionalization

Paez, Julieta I. | Ustahüseyin, Oya | Serrano, Cristina | Ton, Xuan-Anh | Shafiq, Zahid | Auernhammer, Günter K. | d’Ischia, Marco | del Campo, Aránzazu

DOI:

The curing time of an adhesive material is determined by the polymerization and cross-linking kinetics of the adhesive formulation and needs to be optimized for the particular application. Here, we explore the possibility of tuning the polymerization kinetics and final mechanical properties of tissue-adhesive PEG gels formed by polymerization of end-functionalized star-PEGs with catecholamines with varying substituents. We show strong differences in cross-linking time and cohesiveness of the final gels among the catecholamine-PEG variants. Installation of an electron-withdrawing but π-electron donating chloro substituent on the catechol ring resulted in faster and more efficient cross-linking, while opposite effects were observed with the strongly electron-withdrawing nitro group. Chain substitution slowed down the kinetics and hindered cross-linking due either to chain breakdown (beta-OH group, in norepinephrine) or intramolecular cyclization (α-carboxyl group, in DOPA). Interesting perspectives derive from use of mixtures of catecholamine-PEG precursors offering further opportunities for fine-tuning of the curing parameters. These are interesting properties for the application of catecholamine-PEG gels as tissue glues or biomaterials for cell encapsulation.

DOI:

Biomacromolecules,
2015, 16 (12), 3811-3818.