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: 10547894
• 负责人: Sina SHARIFI
• 金额: $ 3.61万
• 依托单位: SCHEPENS EYE RESEARCH INSTITUTE
• 依托单位国家: 美国
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 美国
• 起止时间: 2022-04-01 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://reporter.nih.gov/project-details/10547894
• 关键词: Animals; Architecture; Automobile Driving; Award; Biological; Blindness; Cell Communication; Cell Differentiation process; Cell Proliferation; Cells; Communities; Complement; Cornea; Data Analyses; Differentiation and Growth; Diffusion; Donor person; Endothelium; Engineering; Epithelial; Extracellular Matrix; Eye; Functional disorder; Funding; Gelatin; Generations; Glucose; Goals; Grant; Hybrids; Hydrogels; In Vitro; Infection; Keratoplasty; Laboratories; Manuscripts; Membrane; Mentors; Microspheres; Molecular and Cellular Biology; Operative Surgical Procedures; Oryctolagus cuniculus; Oxygen; Patients; Phase; Postoperative Care; Quality of life; Research; Research Proposals; Scientist; Stress; Stromal Cells; Supporting Cell; Surgical sutures; Techniques; Tissue Engineering; Tissues; Training; Treatment Cost; United States National Institutes of Health; Writing; biomaterial compatibility; career; crosslink; design; faculty research; glycidyl methacrylate; graphene; implantation; in vivo; in vivo Model; leadership development; materials science; mechanical properties; multidisciplinary; nano; notch protein; preservation; scaffold; skills; success

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，我们建议通过甲基丙烯酸甘油的整合来设计ahybrid支架 （Gelgym）伴有双交联技术的剥落原始石墨烯（例如），可以 作为可操作的人造角膜的功能。 生物相容性的人造角膜，支持细胞的生长和区分； 脚手架作为角膜替代品的作用。 提供有关与主机接触的混合脚手架生物整合程度的定量信息 在体外和体内条件下，角膜细胞和外部基质。 我们期望石墨烯的exfolution是在凝胶水凝胶结构中的集成，随后的 双交联产生在被覆盖的水凝胶微胶质中创建Anno-Miclosperical腔。 石墨烯创建锚定点，在将物理压力施加到 缝合线通过构造。 我们期望的是，构造和促进的机械性能 整合将进一步促进细胞的泛滥性促进性和角膜细胞的分化，从而允许适当 葡萄糖和氧气的扩散。 调节上皮细胞和室内基质细胞相互作用。 或消除对Donnes的需求，并积极影响许多专利性的生活质量。 该研究的目的得到了一项培训计划的支持，该计划的重点是收购关系 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。 导师：冈萨雷斯博士和孔博士都被召集了。 合作者将支持有关动物处理，手术和术后护理的技术培训，并与与之一起进行。 将脚手架植入兔眼后的数据分析和解释动物发现。 这群导师将在K99指导阶段引导我，以实现我的长期职业目标 在我的领域成为一个强大的独立实验室的科学家。 为我提供一个出色的平台，必须从中必须成功过渡到独立研究 教师身份（包括过渡到奖励的R00阶段），从长远来看 竞争独立的NIH（R01）资金。 指导阶段在提高演讲和写作技巧（赠款和手稿）中，手稿 审查，指导和发展领导能力和实验室管理技能。

项目成果

Electron Beam Sterilization of Poly(Methyl Methacrylate)-Physicochemical and Biological Aspects.

• DOI: 10.1002/mabi.202000379
• 发表时间: 2021-04
• 期刊: Macromolecular bioscience
• 影响因子: 4.6
• 作者: Sharifi S;Islam MM;Sharifi H;Islam R;Huq TN;Nilsson PH;Mollnes TE;Tran KD;Patzer C;Dohlman CH;Patra HK;Paschalis EI;Gonzalez-Andrades M;Chodosh J
• 通讯作者: Chodosh J

Sputter Deposition of Titanium on Poly(Methyl Methacrylate) Enhances Corneal Biocompatibility.

• DOI: 10.1167/tvst.9.13.41
• 发表时间: 2020-12
• 期刊: Translational vision science & technology
• 影响因子: 3
• 作者: Sharifi S;Islam MM;Sharifi H;Islam R;Nilsson PH;Dohlman CH;Mollnes TE;Paschalis EI;Chodosh J
• 通讯作者: Chodosh J

Systematic optimization of visible light-induced crosslinking conditions of gelatin methacryloyl (GelMA).

• DOI: 10.1038/s41598-021-02830-x
• 发表时间: 2021-12-02
• 期刊: Scientific reports
• 影响因子: 4.6
• 作者: Sharifi S;Sharifi H;Akbari A;Chodosh J
• 通讯作者: Chodosh J

A Biomechanical Study of Flanged Intrascleral Haptic Fixation of Three-Piece Intraocular Lenses.

• DOI: 10.1016/j.ajo.2021.02.021
• 发表时间: 2021-07
• 期刊: AMERICAN JOURNAL OF OPHTHALMOLOGY
• 影响因子: 4.2
• 作者: Ma, Kevin K.;Yuan, Amy;Sharifi, Sina;Pineda, Roberto
• 通讯作者: Pineda, Roberto

Critical media attributes in E-beam sterilization of corneal tissue.

• DOI: 10.1016/j.actbio.2021.10.033
• 发表时间: 2022-01-15
• 期刊: Acta biomaterialia
• 影响因子: 9.7
• 作者: Sharifi S;Sharifi H;Akbari A;Lei F;Dohlman CH;Gonzalez-Andrades M;Guild C;Paschalis EI;Chodosh J
• 通讯作者: Chodosh J