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

Die 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 von Mechanobiologie und Zell-Matrix-Interaktionen;
• entwickelten Arzneimittelabgabesystemen.

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

Projekt Hintergrund: Viskoelastizität – die Fähigkeit, Stress über die Zeit abzubauen – ist ein entscheidendes 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 aufstrebende Klasse von Polymernetzwerken, die die Anpassungsfähigkeit reversibler kovalenter Bindungen mit der Robustheit permanenter Netzwerke einzigartig 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 von Gelenkknorpel und der Migration von Krebszellen.

Im ersten Teil des Projekts wird der Doktorand PEG- und hyaluronsäurebasierte DCHs synthetisieren, 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. Der Student wird diese Materialien unter Verwendung von Rheologie und Nanoindentation herstellen und charakterisieren, geleitet von molekularen Design-Einblicken aus dem breiteren Projektteam. Im zweiten Teil wird der Student diese anpassbaren DCH-Gerüste anwenden, um zentrale Fragen der Mechanobiologie zu adressieren. Diese Studien werden mechanistische Einblicke geben, wie die Matrixviskoelastizität wichtige gewebliche biologische Prozesse antreibt.

Der Doktorand wird eng mit einem interdisziplinären Team von Doktoranden und Postdocs zusammenarbeiten, die an verwandten Themen arbeiten, darunter Dr. Céline Labouesse, eine Senior Scientist im Labor, und Dr. Philipp Fisch, beide Experten für Zellmechanobiologie. Neben der Forschung wird vom PhD-Kandidaten erwartet, dass er zu Laboraufgaben und Lehre beiträgt, einschließlich der Betreuung von Studierenden, Unterstützung bei Vorlesungen und praktischen Kursen im Labor.

Profil: 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. Darüber hinaus muss der Kandidat 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. Kenntnisse in der Polymersynthese und der Herstellung von Hydrogelen sind erforderlich. Praktische Erfahrungen in einem oder mehreren der folgenden Bereiche wären von Vorteil: 3D-Zellkultur und Standardbiologische Assays (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 und 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.

Wir bieten: Die Position ist im Departement für Maschinenbau und Verfahrenstechnik (D-MAVT) der ETH Zürich im Zentrum Campus in Zürich, Schweiz, angesiedelt. D-MAVT ist ein interdisziplinäres Departement mit Schwerpunkten in Prozess-/Chemie-, Maschinenbau- und Biomedizintechnik sowie Robotik und Steuerung. Die ETH Zürich ist ein weltweit führendes Institut 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, anderen europäischen Städten sowie einer reichen und hervorragenden wissenschaftlichen Gemeinschaft.

Arbeiten, Lehren und Forschen an der ETH Zürich: Wir schätzen Vielfalt und Nachhaltigkeit. Im Einklang 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 Würde aller Mitarbeiter und Studierenden respektiert werden. Besuchen Sie unsere Website für Chancengleichheit und Vielfalt, um zu erfahren, wie wir ein faires und offenes Umfeld gewährleisten, das es jedem ermöglicht, zu wachsen und zu gedeihen. Nachhaltigkeit ist ein Kernwert für uns – wir arbeiten konsequent auf eine klimaneutrale Zukunft hin.

Über die ETH Zürich: Die ETH Zürich ist eine der weltweit führenden Universitäten, die sich auf Wissenschaft und Technologie spezialisiert hat. Wir sind bekannt für unsere hervorragende Ausbildung, bahnbrechende Grundlagenforschung und den direkten Transfer neuen Wissens in die Gesellschaft. Über 30.000 Menschen aus mehr als 120 Ländern finden unsere Universität als einen Ort, der unabhängiges Denken fördert und ein Umfeld schafft, das Exzellenz inspiriert. Im Herzen Europas gelegen, aber Verbindungen in die ganze Welt pflegend, arbeiten wir gemeinsam daran, Lösungen für die globalen Herausforderungen von heute und morgen zu entwickeln.