Bioddeunyddiau

Diffinnir biomaterial fel: “deunydd a ddyluniwyd i fod ar ffurf a all gyfarwyddo, trwy ryngweithio â systemau byw, gwrs unrhyw weithdrefn therapiwtig neu ddiagnostig”.

Mae enghreifftiau o bioddeunyddiau yn cynnwys mewnblaniadau, fesiglau allgellog a systemau cyflenwi cyffuriau.

Mae gwyddoniaeth bioddeunyddiau yn astudiaeth ryngddisgyblaethol sy'n cwmpasu datblygiad bioddeunyddiau newydd at ddibenion triniaeth neu ddiagnostig; deall sut mae'r corff yn rhyngweithio â bioddeunyddiau; a nodweddu neu ddyblygu strwythurau biolegol sy'n deillio'n naturiol.

Amcanion

Gyda phoblogaeth sy'n heneiddio a phwysau cynyddol ar wasanaethau gofal iechyd, mae angen technolegau bioddeunyddiau i helpu i frwydro yn erbyn afiechydon dynol a gwella iechyd. Drwy gyfuno gwybodaeth fiolegol a chlinigol â dulliau peirianneg, nod y Grŵp Ymchwil Bioddeunyddiau yw:

1. gwella ein dealltwriaeth o systemau a chlefydau biolegol;
2. defnyddio'r ddealltwriaeth hon i ddatblygu bioddeunyddiau sy'n helpu i drin a diagnosio clefydau;
3. trosi ein hymchwil yn glinigol er budd cleifion

Prosiectau

Arwynebau mewnblaniad gwydr metelaidd swmp gwead-laser gwrthficrobaidd ac atgynhyrchiol

Mae gwydrau metelaidd swmp (BMGau) yn aloion sydd â strwythur atomig anhrefnus ac yn cael eu cynhyrchu trwy oeri metelau tawdd yn gyflym i atal crisialu.

Oherwydd eu strwythur unigryw, maent yn arddangos cryfder uchel, ffurfadwyedd tebyg i bolymer a gwell ymwrthedd blinder/cyrydiad. Mae hyn wedi gwneud BMGau yn ddeniadol ar gyfer dyfeisiau meddygol (e.e. gosod cymalau newydd), gydag ymchwil gychwynnol yn dangos biogydnawsedd ffafriol. O'u cyfuno â thechnolegau sy'n dod i'r amlwg, megis nanotopograffeg peirianyddol, sy'n gwneud arwynebau gwrthficrobaidd/osteogenig, mae potensial ar gyfer newid sylweddol ym maes dyfeisiau meddygol.

Ychydig a wyddys, fodd bynnag, sut mae BMGau nanobatrymau sy'n defnyddio abladiad laser, yn dylanwadu ar ei strwythur, ei briodweddau a'i ymatebion biolegol. Bydd yr efrydiaeth PhD hon yn nodweddu sut mae abladiad laser yn dylanwadu ar strwythur a phriodweddau BMG; a gwneud y gorau o dopograffeg arwynebau i atal cytrefiad bacteriol tra'n annog adfywiad esgyrn.

Datblygu offeryn delweddu sbectrosgopeg nanoraddfa, bron is-goch ar gyfer dadansoddiad cyflym a di-label o fesiglau allgellog sengl

Fesiglau lipid sy'n deillio o gelloedd yw fesiglau allgellog (EVau) sy'n cynnwys cargo cymhleth o broteinau, asidau niwclëig a metabolion sy'n gweithredu fel cyfrwng cyfathrebu lleol neu bell rhwng celloedd. Maent yn chwarae rhan hanfodol mewn iechyd ac afiechyd ac maent hefyd wedi dangos potensial therapiwtig sylweddol.

Mae cyfyngiadau ar gynnydd ym maes ymchwil EV yn gysylltiedig â chyfyngiadau technegau dadansoddol presennol ac yn bwysig iawn eu hanallu i astudio heterogenedd. Mae technegau presennol yn llafurus iawn ac yn cymryd llawer o amser, ac yn aml mae angen hyfforddiant arbenigol a ffocws ar ddadansoddi samplau swmp oherwydd prinder a graddfa nanometr y EVs. Mae anallu EVau i gynnal eu strwythur mewn cyflyrau dadhydradedig hefyd yn ychwanegu heriau pellach ac yn aml yn arwain at arteffactau.

Gan ddefnyddio system microsgopeg grym ffoto-ysgogedig gyntaf y DU (PiFM, rhan o grant Offer Strategol EPSRC gwerth £1M) ynghyd â dulliau newydd wedi’u gwella ac algorithmau dysgu peirianyddol, bydd signalau bron isgoch (IR) a delweddau topograffig o EVau unigol yn cael eu dadansoddi ar raddfa nano. Bydd y prosiect hwn yn darparu sylfaen arbrofol ddamcaniaethol a sylfaenol i danategu cenhedlaeth newydd o offer annistrywiol, trwybwn uchel, nano-cydraniad, ymchwil gwyddor bywyd ac offer diagnostig.

Harneisio firwledd bacteriol i sbarduno rhyddhad gwrthficrobaidd o fewnblaniadau orthopedig

Gyda nifer yr heintiau mewnblaniadau orthopedig ar gynnydd ynghyd â'r bygythiad o ymwrthedd gwrthficrobaidd ar y gorwel, mae angen technolegau cotio mewnblaniadau clyfar sy'n darparu cyffuriau gwrthficrobaidd yn fwy effeithiol.

Nod y prosiect hwn yw cyflawni hyn trwy ddatblygu gorchudd mewnblaniad clyfar newydd sydd ond yn rhyddhau gwrthficrobaidd ym mhresenoldeb bacteria. Mae'r cysyniad yn ecsbloetio'r ffaith bod Staphylococcus aureus, bacteriwm sy'n achosi heintiau cyfnewid cymalau, yn rhyddhau protein siâp mandwll a elwir yn alffa-haemolysin. Mae'r protein hwn yn mewnosod ei hun mewn cellbilenni gan achosi gollyngiad a marwolaeth celloedd. Mae'r gorchudd mewnblaniad yn cynnwys yr un moleciwlau â philenni cell ond mae'n cynnwys cronfa o wrthficrobaidd ynddo. Pan fydd y bacteria yn rhyddhau alffa-haemolysin, mae hyn yn creu mandyllau o fewn y gorchudd mewnblaniad, gan ryddhau'r gwrthficrobaidd a dileu'r haint yn lleol, heb y risg o ymwrthedd gwrthficrobaidd posibl.

Dylanwad arwynebau titaniwm wedi'u haddasu ar brosesau atgyweirio esgyrn

Trwy astudiaethau manwl sy'n cynnwys cyfres o fiobrofion safonol ar gelloedd a meinweoedd, rydym wedi ymchwilio i sut y gall addasiadau diffiniedig a chynnil i arwynebeddau bioddeunyddiau titaniwm a ddefnyddir ar gyfer mewnblaniadau, ddylanwadu ar wahaniaethu o ran osteoblast (sef cell sy’n secretu sylwedd asgwrn).  Mae'r astudiaethau hyn hefyd yn astudio gweithgarwch celloedd sy'n cefnogi angiogenesis a swyddogaeth macroffag priodol, y ddau yn cael eu cydnabod yn brosesau angenrheidiol dechreuol ar gyfer gwella esgyrn yn llwyddiannus.

Harneisio potensial Fesiglau Allgelloll i wella’r broses o atgyweirio meinweoedd

Mae fesiglau allgelloll (EVs) yn cynrychioli strwythurau wedi'u hamgylchynu gan bilen, sy’n cael eu rhyddhau o'r rhan fwyaf o gelloedd, lle mae gofyn iddynt weithredu yn fodd o gario paracrin ac awtocrin, yn gynyddol felly, yn ymwneud â ffactorau troffig.

Maent felly'n cyflwyno eu hunain yn ddewis arall dibynadwy ar gyfer gwella therapïau adfywio meinweoedd, yn fwyaf arbennig oherwydd nad yw EVs yn newid eu ffenoteip biolegol wrth gael eu trawsblannu ar safle atgyweirio meinwe. Ar ben hynny, mae EVs o gelloedd bywyn cenedlyddol deintyddol yn cynrychioli endid bioactif cynaeafadwy y gellir ei ddefnyddio i adfer amgylchedd signalau â nam, lle nad yw iacháu esgyrn yn digwydd fel y dylai, megis yr un a welir gyda chyflyrau sy'n gysylltiedig ag oedran, megis osteoporosis a diabetes math 2.

Fodd bynnag, cydnabyddir y gall ffenoteip celloedd ddylanwadu'n fawr ar y cargo a geir mewn EVs a gynhyrchir gan gelloedd o'r fath yn ystod y broses o feithrin meinweoedd.  Mae ein gwaith yn ymchwilio i'r cargo sy’n ymwneud â’r ffactor twf, a secretwyd gan EVs o is-boblogaethau mesencymaidd wedi'u hynysu o fywyn deintyddol a sut y gall hyn wahaniaethu mewn perthynas â'u gweithgarwch ymledol a'u statws gwahaniaethu, y gall protocolau meithrin, wedyn, effeithio arnynt.

Dilysu model cartilag sy’n deillio o fôn-gelloedd ar gyfer ymchwil i osteoarthritis a sgrinio cyffuriau

Mae Osteoarthritis (OA) yn anhwylder cronig sy’n effeithio’r cymalau, ac mae’n anhwylder sy’n gwaethygu dros amser. Mae 8 miliwn o bobl yn dioddef o’r anhwylder yn y DU yn unig. Er gwaethaf yr angen llethol, ychydig iawn rydyn ni'n ei ddeall am sut mae'r clefyd yn datblygu ac yn gwaethygu, does dim profion ar gyfer diagnosis cynnar, a dim triniaethau y tu hwnt i leddfu poen a chael llawdriniaeth i gael cymalau newydd.

Yn y gorffennol mae ymchwil wedi dibynnu'n helaeth ar fodelau sy’n anifeiliaid; mae hyn yn aneffeithlon, ac wedi cynhyrchu cyffuriau sy'n methu mewn treialon clinigol oherwydd anallu i ragweld sut mae’r clefyd dynol yn gweithio. Nod y prosiect hwn yw mynd i'r afael â'r her hon drwy ddatblygu model o feinwe dynol in vitro y gellir ei roi ar raddfa, gan ddefnyddio bôn-gelloedd (celloedd condrosyt epiliol, dynol, sylfaenol). Bydd dulliau o gynhyrchu meinwe-3D sy’r un fath â chartilag articaidd yn cael eu hoptimeiddio, a'r cartilag a gynhyrchwyd yn cael ei ddilysu ar gyfer ymchwil ym maes osteoarthritis.

Llwyddiannau a Cydweithrediadau

Llwyddiannau

Mae cyflawniadau allweddol ein grŵp ymchwil hyd yn hyn yn cynnwys:

• patentu system cyflwyno cyffuriau liposomaidd ar gyfer sment asgwrn orthopedig
• cefnogi'r cais llwyddiannus ar gyfer system Microsgopeg yr Heddlu (PiFM) gyntaf y DU a Ffoto-anwythir
• datblygu system gyflenwi wrthficrobaidd ar gyfer mewnblaniadau metel sy'n cael ei sbarduno gan ffactorau firwsedd bacteriol
• optimeiddio dulliau ar gyfer canfod erydiad enamel gan ddefnyddio proffilometreg digyswllt
• creu modelau dannedd dynol naturiol in vitro newydd ar gyfer clefydau deintyddol cyffredin (erydiad dannedd a phydredd deintyddol)
• egluro potensial osteogenig matrics dentin wedi’i ddadfwyneiddio
• sefydlu sut mae trin topograffi wyneb celloedd niwtroffil yn effeithio ar ffagocytosis a thaenu celloedd ar arwynebau

Cydweithrediadau

Rydym yn falch o fod wedi cydweithio â sefydliadau ledled Cymru, y DU a thu hwnt, gan gynnwys:

• Renishaw, Swydd Gaerloyw, y DU
• IK-4 Tekniker, Gipuzkoa, Sbaen
• Philips, Amsterdam, Yr Iseldiroedd
• Zimmer-Biomet, Pen-y-Bont ar Ogwr, y DU
• Technovent, Pen-y-bont ar Ogwr, y DU
• Unilever, Llundain, y DU
• Technolegau Taicaan, Southampton, y DU