Doktorand Biomedizinische Materialien (ID2179)

Diese Doktorandenstelle ist Teil des PREPARE-Projekts (Programmable Release of Prophylactic Antibacterial & Response Enhancing agents), einer gemeinsamen Initiative der Schwerpunktbereiche Infektionsbiologie und Biomedizinische Materialien am AO Research Institute Davos und CK CARE (Prof. Pierre Yves Mantel). 

Der Doktorand wird die experimentelle Arbeit am AO Research Institute Davos unter der Leitung von Dr. Matteo D'Este in Zusammenarbeit mit Dr. Fintan Moriarty und Prof. Pierre Yves Mantel durchführen. Die formale akademische Anbindung erfolgt an die Universität Freiburg mit Betreuung durch Prof. Michael Walch, Abteilung für Onkologie, Mikrobiologie und Immunologie, Fakultät für Wissenschaft und Medizin der Universität Freiburg.

Frakturassoziierte Infektionen (FRI) bleiben trotz aktueller prophylaktischer Strategien eine grosse klinische Herausforderung. Zunehmende Evidenz zeigt, dass die frühe Etablierung der Infektion durch die schnelle Bildung von Staphylococcus aureus Mikroaggregaten und eine vorübergehende Beeinträchtigung der antibakteriellen Funktion von Neutrophilen nach Trauma getrieben wird.

Das PREPARE-Projekt zielt darauf ab, dieses Problem zu adressieren durch:

• Definition der frühesten Ereignisse, die das Überleben von Bakterien im Operationsfeld ermöglichen (Aggregatbildung, Fibrinkapselung, Antibiotika-Toleranz)
• Identifikation von kleinen immunmodulatorischen Molekülen, die die antibakterielle Aktivität von Neutrophilen verstärken
• Beitrag zur Entwicklung von responsiven Biomaterialien der nächsten Generation zur lokalen Infektionsprävention

Entwicklung eines auf abbauenden Enzymen reagierenden Hydrogels für eine bedarfsgerechte Freisetzung:

• Identifikation und Auswahl einer Linker-Sequenz, die spezifisch durch von Neutrophilen sezernierte Enzyme enzymatisch abbaubar ist, mit hoher Spezifität, synthetischer Zugänglichkeit und Eignung für die anschliessende Konjugation an Hyaluronan.
• Entwicklung und Optimierung eines di-telechelen Vernetzers für die Bildung von Hyaluronan-Hydrogelen und Charakterisierung der resultierenden Gele mittels NMR, FT-IR und Rheologie.
• Nachweis des enzymgesteuerten Hydrogelabbaus in vitro durch Überwachung der Gel-Eigenschaften mittels rheologischer Analyse.
• Bewertung der Freisetzungskinetik von Modellverbindungen aus dem Hydrogel mittels UV-Spektroskopie oder HPLC zur Beurteilung der kontrollierten Freisetzungsleistung.

Einbau kleiner immunmodulatorischer Moleküle in das Hydrogel:

• Aufbau robuster kovalenter Bindungs- oder Einkapselungsstrategien, um ausgewählte Immunmodulatoren in das Hydrogel zu laden und dabei deren biologische Aktivität zu erhalten.
• Entwicklung und Charakterisierung von Hyaluronan-gebundenen kleinen immunmodulatorischen Molekülsystemen, inklusive kovalenter Verankerung und enzymatisch responsiven Designs, um diffusionsgetriebene Freisetzung zu verhindern und gleichzeitig eine enzymgesteuerte Exposition der Modulatoren zu ermöglichen.
• Entwicklung enzymatisch-responsiver Core-Shell-Mikropartikel mit einem immunmodulatorreichen Kern und einer Hyaluronan-basierten Hülle, um eine kontrollierte, enzymgesteuerte Freisetzung aus mikroskaligen Trägersystemen zu erreichen.

Bewertung der funktionellen Leistung des beladenen Hydrogels:
Diese Aufgabe wird in enger Zusammenarbeit mit der Infektionsbiologie-Gruppe am ARI durchgeführt. 

• Bewertung des neutrophilengesteuerten Hydrogelabbaus, der Freisetzungskinetik und der Materialeigenschaften sowie Bestimmung der biologischen Wirksamkeit der freigesetzten Modulatoren mittels in vitro Neutrophilen-Assays, die für frühe postoperative Infektionen relevant sind.

Im Rahmen dieses Projekts wird die erfolgreiche Kandidatin/der erfolgreiche Kandidat:

• Fortgeschrittene Techniken der Biomaterial-Synthese und -Charakterisierung anwenden
• Komplexe experimentelle Datensätze analysieren und interpretieren
• Ergebnisse an Kolleginnen und Kollegen berichten und auf lokalen sowie internationalen Konferenzen präsentieren
• Zur interdisziplinären Zusammenarbeit mit Infektionsbiologie-Spezialisten am ARI im PREPARE-Projekt beitragen

• Masterabschluss in Pharmazeutischen Wissenschaften, Chemie, Biomaterialwissenschaft/-technik oder einem verwandten Fachgebiet
• Ausgeprägter Antrieb und Engagement, ein anspruchsvolles und lohnendes Forschungsprojekt durchzuführen
• Ausgezeichnete Kommunikationsfähigkeiten in Englisch
• Fähigkeit, experimentelle Studien eigenständig zu entwerfen, zu planen und durchzuführen
• Starkes Interesse an Biomaterialwissenschaft, angeborener Immunität und translationaler Forschung
• Motivation zur Arbeit in einem hochgradig interdisziplinären und kollaborativen Umfeld
• Interesse an translationaler Forschung sowie orthopädischer gerätebezogener Infektion und Mikrobiologie

Zusätzliche wünschenswerte Fähigkeiten:

• Praktische Erfahrung in der Polymerderivatisierung sowie der Herstellung/Charakterisierung weicher Biomaterialien
• Praktische Erfahrung in der Herstellung von mikro- oder nano-partikelbasierten Trägersystemen
• Erfahrung mit Gewebe- und Zellkultur sowie immunologischen Assays
• Erfahrung im Umgang mit primären Immunzellen, insbesondere Neutrophilen
• Vertrautheit mit 3D-Zell-/Gewebekultur