Doctoral Position on viscoelastic hydrogels for 3D mechanobiology and tissue repair

Das Macromolecular Engineering Laboratory (Prof. Mark W. Tibbitt) innerhalb des Departements für Maschinenbau und Verfahrenstechnik (D-MAVT) an der ETH Zürich in Zürich, Schweiz, entwickelt und wendet fortschrittliche polymerbasierte Materialien für eine Vielzahl von biomedizinischen und industriellen Anwendungen an. Der aktuelle Fokus der Gruppe umfasst die Entwicklung von:

• rationalem Design dynamischer Polymernetzwerke;
• (Bio)Materialverarbeitung;
• Organperfusion und -regeneration;
• Werkzeugen zur Untersuchung der Mechanobiologie und Zell-Matrix-Interaktionen;
• entwickelten Arzneimittelabgabesystemen.

Das Labor besteht aus einem hochinterdisziplinären und internationalen Team motivierter Forscher. Um unsere Fähigkeit zur Entwicklung viskoelastischer Biomaterialien zu erweitern und diese als anpassbare 3D-Zellkulturplattformen für Mechanobiologie und Gewebereparatur einzusetzen, suchen wir einen Vollzeit (100%) Doktoranden mit einem angestrebten Startdatum am oder nach dem 01. Oktober 2026.

Hintergrund des Projekts: Viskoelastizität – die Fähigkeit, Stress über die Zeit abzubauen – ist ein definierendes mechanisches Merkmal der meisten natürlichen Weichgewebe und wird zunehmend als kritischer Regulator des Zellverhaltens, einschließlich Proliferation, Differenzierung und Migration, anerkannt. Dynamische kovalente Hydrogels (DCHs) sind eine aufkommende Klasse von Polymernetzwerken, die einzigartig die Anpassungsfähigkeit reversibler kovalenter Bindungen mit der Robustheit permanenter Netzwerke kombinieren, was eine unabhängige Kontrolle über Steifigkeit, Relaxationszeiten und Injektierbarkeit ermöglicht. Dieses Projekt zielt darauf ab, diese Anpassungsfähigkeit zu nutzen, um eine umfassende Bibliothek von DCHs als Designer-Extrazellulärmatrix (ECM)-Nachbildungen zu entwickeln und sie anzuwenden, um die mechanistischen Rollen der Matrixviskoelastizität in biologischen Kontexten zu entschlüsseln, beispielsweise bei der Reifung des Gelenkknorpels und der Migration von Krebszellen.

Hauptverantwortlichkeiten:

• Synthese von PEG- und hyaluronsäurebasierten DCHs, die über dynamische kovalente Chemien (Boratester, Hydrazon, Imine und Disulfidbindungen) vernetzt sind und ein breites Spektrum an Moduli (0,1–100 kPa) und Relaxationszeiten (10–1000 s) abdecken, um die mechanischen Eigenschaften von natürlichen und krebsassoziierten dermalen und knorpeligen Geweben nachzuahmen.
• Herstellung und Charakterisierung dieser Materialien unter Verwendung von Rheologie und Nanoindentation, geleitet von molekularen Designansätzen des breiteren Projektteams.
• Anwendung der anpassbaren DCH-Gerüste zur Beantwortung wichtiger mechanobiologischer Fragen und Bereitstellung mechanistischer Einblicke, wie die Matrixviskoelastizität wichtige gewebliche biologische Prozesse antreibt.
• Enge Zusammenarbeit mit und Unterstützung durch ein interdisziplinäres Team von Doktoranden und Postdocs, die an verwandten Themen arbeiten, einschließlich Dr. Céline Labouesse und Dr. Philipp Fisch.
• Beitrag zu Laboraufgaben und Lehre, einschließlich der Betreuung von Studierenden, Unterstützung von Vorlesungen und praktischen Kursen im Labor.

Profil und Qualifikationen:

Wir suchen eine neugierige, motivierte und selbstgesteuerte Person, die sich wohlfühlt, an hochinterdisziplinären Projekten an der Schnittstelle von Polymerchemie, Bioengineering und Zellbiologie zu arbeiten. Akademische Exzellenz, eine professionelle Arbeitseinstellung sowie eine proaktive und selbstgesteuerte Arbeitsweise werden erwartet. Der Kandidat muss in der Lage sein, fließend in Englisch (mündlich und schriftlich) zu kommunizieren und bereit sein, in einem hochinteraktiven, internationalen Team zu arbeiten.

Bewerber müssen einen MSc-Abschluss in Bioengineering, Biomedizintechnik, Maschinenbau, Molekularen Gesundheitswissenschaften, Materialwissenschaften, Chemie oder verwandten Bereichen haben. Ein fundiertes Wissen über die Synthese von Polymeren und die Herstellung von Hydrogelen ist erforderlich. Praktische Erfahrung in einem oder mehreren der folgenden Bereiche wäre von Vorteil: 3D-Zellkultur und standardisierte biologische Tests (Zellviabilität, Immunfärbung, Gen-/Proteinexpression); mechanische Charakterisierung weicher Materialien (Rheologie, Druckprüfung); oder Live-Cell-Imaging und Bildanalyse.

Die Doktorandenstelle ist für 4 Jahre bei 100% Beschäftigung vorgesehen, wird von Prof. Dr. Mark Tibbitt betreut, mit täglicher Unterstützung von Dr. Céline Labouesse und Zusammenarbeit mit Dr. Philipp Fisch. Die Stelle wird von der Schweizerischen Nationalfonds gefördert und ist abhängig von der Zulassung zum Doktorandenprogramm an der ETH Zürich.

Vorteile und Arbeitsbedingungen:

Die Stelle ist im Departement für Maschinenbau und Verfahrenstechnik (D-MAVT) der ETH Zürich im Zentrum Campus in Zürich, Schweiz, angesiedelt. Die ETH Zürich ist ein weltweit führendes Unternehmen in Wissenschaft und Technik und gehört konstant zu den besten Universitäten der Welt. Zürich ist eine internationale Stadt mit breitem Zugang zu Freizeitaktivitäten, Kunst und Kultur sowie einer reichen wissenschaftlichen Gemeinschaft.

Chancengleichheit und Vielfalt:

Wir schätzen Vielfalt und Nachhaltigkeit. In Übereinstimmung mit unseren Werten fördert die ETH Zürich eine inklusive Kultur. Wir setzen uns für Chancengleichheit ein, schätzen Vielfalt und pflegen ein Arbeits- und Lernumfeld, in dem die Rechte und die Würde aller Mitarbeiter und Studierenden respektiert werden. Nachhaltigkeit ist ein Kernwert für uns – wir arbeiten konsequent auf eine klimaneutrale Zukunft hin.