Biofunctional Nanotherapeutics Lab

Målet med att genomgå en behandling ska vara att förbättra symptomen och återställa kroppens normala funktioner. I Alexandra Stubelius forskargrupp studerar vi sjukdomsmekanismer och utvecklar nano-, och biomaterial som kan utnyttja immunsystemets olika funktioner för att målinrikta läkemedelsleverans och påverka celler. Eftersom immunsystemet och inflammation bidrar till en mängd sjukdomar, inklusive cancer och autoimmuna sjukdomar, kan dessa material bidra till och förbättra hälsan och livskvaliteten för många olika patientgrupper.

Fokusområde

Vår forskning fokuserar på interaktionerna mellan polymera nano-, och biomaterial med den speciella mikromiljön som bildas vid sjukdom. Där är vi särskilt intresserade av interaktioner med immunsystemet. Vi riktar in oss på kolhydrater, vilka vi använder antingen modifierade som polymerer i våra material, eller som måltavlor för att styra immunsystemet. För att designen ska bli riktigt bra kombinerar vi kunskapen från många ämnesexperter, inklusive apotekare, immunologer, bio-, kemi-, nano-, materialingenjörer och läkare.

Öka specificiteten av läkemedel för att minska biverkningar

Designa material där leveransen kontrolleras av den inflammatoriska mikromiljön

Fig2 — Partiklar (vänster, 3 µm) tillverkade av modifierade polysackarider för att bli “smarta material" som kan leverera läkemedel specifikt till sjuka områden, avbildade med SEM. Flödescytometri (höger) används för att utvärdera påverkan på immuncellsaktivitet.

En av dagens främsta utmaningar inom medicin är att få läkemedel levererad direkt till dess avsedda mål i kroppen. Detta är viktigt eftersom många läkemedel, även de som står under utveckling, kan ha nackdelar så som att bli utrensade för fort, vara giftiga om de hamnar på fel plats, eller kan ha svårt att lösa sig eller att ta sig igenom vävnadsbarriärer. Vår strategi för att hantera sådana barriärer är att utveckla ”smarta material” som är designade att reagera bara när de stöter på den sjuka miljön. Dessa material och partiklar frisätter sitt innehåll just på den plats där det behövs, utan att hela kroppen utsätts. Därigenom maximeras den terapeutiska effekten precis Där och Då den behövs, med så liten dos som möjligt. På detta sätt kan vi leverera mer riktade, mer effektiva och personliga behandlingar för en rad olika tillstånd där inflammation spelar en viktig roll.

Material designade att påverka immuncellers checkpoints

Kan sockermolekyler på immunceller utnyttjas för bättre behandlingar?

Fig3 — Partikel som binder specifikt till sockerstrukturer (vänster) och en fluoroscensmikroskopi -bild över gröna partiklar som bundit till celltypen makrofager (höger).

Immunceller kommunicerar med hjälp av sockerstrukturer, glykaner, som pryder proteiner och lipider på cellmembran och vävnad. Dessa sockerstrukturer spelar en avgörande roll i att dirigera immuncellers olika funktioner. Genom att undersöka och utnyttja glykaners signaleringssytem försöker vi utveckla nya terapier och detektionsmetoder som mer exakt kan reglera immuncellsaktivitet.

Till skillnad från de substanser vi har idag som ofta innebär att all immunaktivitet hämmas syftar vår metod till att bara rikta in sig på specifika sockerkomponenter på aktiverade celler.

I vår metod kombinerar vi både nanomaterial och vävnadsstrategier för att kunna utveckla bättre biomaterial för medicinska tillämpningar.

Förstå hur material, immunceller, och vävnader interagerar

Utveckla mer specifika modellsystem och bättre material

Fig4 — Gröna nanopartiklar på ytan av brosk (vänster) och en illustration av ett mikrofluidik chip som liknar ett blodkärl (höger).

För att säkerställa att våra utvecklade material interagerar på ett optimalt sätt med vår biologi och leder till önskade terapeutiska effekter arbetar vi också med att förbättra dagens modellsystem. När designade syntetiska material träffar på biologiska miljöer brukar de nämligen få en ”biologisk identitet” istället för sin syntetiska identitet. Denna omvandling av materialet kommer sedan styra vad man får för svar från materialet i kroppen.
Genom att noggrant modellera och analysera dessa interaktioner kan vi få värdefull information om hur våra material beter sig i kroppen. Den informationen kan vi sedan använda för att mer exakt förutsäga om ett utvecklat material kommer att uppnå sitt syfte, elimineras för tidigt, eller ge oönskade effekter.
Vår forskning fokuserar på två huvudområden: blodkärlsmodeller och läkemedelsleverans för ledsjukdomar så som artros. Vi försöker utveckla nya modeller av artificiella organ så som blodkärl, vilket gör att vi bättre kan förutsäga t.ex hur väl en nanopartikel (så som COVID vaccinen) kan leverera läkemedel i blodet. Inom området för läkemedelsleverans för ledsjukdomar vill vi förstå hur vi bättre kan leverera substanser till det påverkade området, minska att hela kroppen exponeras och maximera den lokala effekten.

Utrustning, Material och Instrument

Vi arbetar med många olika verktyg och instrument för att nå våra mål. Vänligen se den engelska sidan för mer utförlig lista.

Studentprojekt och lediga tjänster

Vi välkomnar intresserade studenter. Om du är vill bli amanuens, göra ett sommarprojekt, eller ditt examensarbete i vår grupp, kontakta Alexandra Stubelius
Vill du fortsätta din forskarkarriär som doktorand? Ett sätt är att ansöka om de årligt återkommande Excellence PhD student-tjänsterna inom styrkeområde Nano på Chalmers (eller att gå till lediga tjänster på Chalmers hemsida)
Är du intresserad av att gemensamt ansöka om anslag för Postdoc, vänligen kontakta Alexandra Stubelius