Bioortogonal kemi för design av 3D-ställningar
Vårt projekt
Att utföra organiska reaktioner i närvaro av levande system, dvs celler, vävnader och så småningom mänskliga patienter är utmanande. Dessa reaktioner bör vara "bioortogonala" eller bör utföras med funktionella grupper som inte finns i naturen och som inte har någon inneboende reaktivitet med naturliga komponenter. Om sådana kemiska reaktioner kan utföras med biopolymerer som finns i vår extracellulära matris (ECM), får vi hydrogeler som efterliknar naturlig ECM. I vår kropp monteras ECM-komponenter själv för att tillhandahålla ett välorganiserat nätverk som ger ledtrådar för stamceller att föröka sig eller differentiera som direkt dikterar stamceller/vävnadsfunktion. För att återskapa artificiell ECM krävs fortsatta ansträngningar i gränssnittet mellan kemi, biologi och medicin för att definiera en sund biologisk logik för konstruktionsdesign och för att välja kemi som är lämplig för specifik in vivo-användning. För att kunna användas kliniskt bör dessa strategier vara skonsamma och bör inte involvera giftiga katalysatorer eller initiatorer eller biprodukter.
Den stora utmaningen med att utföra reaktioner med stora biomolekyler är närvaron av andra funktionella grupper som finns i den komplexa biologiska miljön. Sådana reaktioner bör också ha relativt snabb reaktionskinetik under utspädda betingelser. Därför är vår ambition att förbättra reaktiviteten hos de funktionella grupperna genom att antingen modulera de reaktiva gruppernas pKa eller genom att identifiera katalysatorer som kan driva framåtreaktionen under vattenhaltiga förhållanden. Vi utvecklar också nya syntetiska strategier för att erhålla kovalenta produkter som är mer stabila än de konventionella reaktionsprodukterna.
Figuren ovan: Justering av gelningskinetiken genom att använda salter som katalysatorer eller genom att modulera pKa för de nukleofila reagensen..
Publikationer
- Bermejo-Velasco, D.; Azémar, A.; Oommen, O. P.; Hilborn, J.; Varghese, O. P. Modulating Thiol pKa Promotes Disulfide Formation at Physiological pH: An Elegant Strategy To Design Disulfide Cross-Linked Hyaluronic Acid Hydrogels. Biomacromolecules 2019. https://doi.org/10.1021/acs.biomac.8b01830
- Oommen, O. P.; Wang, S.; Kisiel, M.; Sloff, M.; Hilborn, J.; Varghese, O. P. Smart Design of Stable Extracellular Matrix Mimetic Hydrogel: Synthesis, Characterization, and In Vitro and In Vivo Evaluation for Tissue Engineering. Adv. Funct. Mater 2013, 23, 1273-1280. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201201698
- Wang, S.; Oommen, O. P.; Yan, H.; Varghese, O. P. Mild and Efficient Strategy for Site-Selective Aldehyde Modification of Glycosaminoglycans: Tailoring Hydrogels with Tunable Release of Growth Factor. Biomacromolecules 2013, 14, 2427-2432. https://doi.org/10.1021/bm400612h