Projekti / Programi
RAZVOJ FUNKCIONALNO-GRADIENTNIH, VEČSLOJNIH, BIPOLIMERNIH MEMBRAN ZA VODENO PARODONTALNO REGENERACIJO
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 7.00.00 |
Interdisciplinarne raziskave |
|
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T150 |
Tehnološke vede |
Tehnologija materialov |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
parodontitis; večslojne GTR membrane; barierna funkcija; gradientna sttuktura; simultana regeneracija; protimikrobni peptidi; biokompatibilnost
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
32136 |
dr. Selestina Gorgieva |
Materiali |
Vodja |
2016 - 2018 |
195 |
Organizacije (1)
Povzetek
Parodontitis je kronična vnetna bolezen, ki trenutno prizadeva ~750M ljudi po svetu ter šteje kot četrta bolezen z največjimi stroški, ki zajemajo do 10% sredstev zdravstvenega zavarovanja. Slovenska populacija starejša od 35 let je zelo prizadeta s to boleznijo (98%) ter njeno progresivno obliko (25%), ki uničuje obzobna tkiva in s tem vodi do izgube zob. Poleg tega, medicinska statistika kaže na povezavo med parodontalno in nekaterimi sistemskimi boleznimi: sladkorna, srčno- žilne in cerebrovaskularne, bolezni dihal, osteoporozo ipd. Svetovno najbolj obetavna terapija parodontalnih poškodb je vodena tkivna regeneracija (GTR), ki uporablja barierno membrano za zatiranje invazije epitelijskih celic znotraj kostnih defektov, s hkratnim zagotavljanjem migracije osteoprogenitornih celic ter proces regeneracije. Zaradi številnih pomanjkljivosti primarnih, biološko ne-razgradljivih membran (t.j. dodatni kirurški poseg in poškodba tkiva, prezgodnje izpostavljenosti in vnetja), biološko razgradljive ter bioaktivne membrane so bile naknadno razvite. Kljub izboljšavam, membranska uporaba še vedno ne zagotavlja konsistentne in predvidljive rezultate ter pogosto zahteva združevanje z drugimi tehnikami, zaradi česar je postopek daljši, bolj zapleten in drag, ter onemogoča nadzorovano dodajanje in sproščanje antibiotikov. Torej, sistematičen pristop pri inženiring-u bariernih membran, ki bi bili sposobni spodbujati hkratno obnovo obzobnih tkiv ter istočasno zagotavljati kontrolo nad bakterijskimi okužbami še vedno ne obstaja.
V tem kontekstu, CILJ predlaganega projekta je razviti novo generacijo membran GTR s pomočjo sistematičnega inženiringa bioloških, funkcionalno gradientnih, večslojnih kompozitov. Vodilna ideja je specifično uvajanje strukturno- morfološke, kemične in mehanske sprožilce znotraj enega materiala, ki bi lahko izpolnil zahteve kompleksnega obzobnega tkiva (cement, parodontalni ligament, alveolarno kost in dlesen) pri procesu samoobnavljanja. Takšne membrane bi predvidoma zagotavljale izboljšano funkcionalnost v primerjavi z že obstoječimi membranami ter njihovimi osnovnimi bariernimi funkcijami pa vse do a)funkcije hkratne regeneracije zaradi uporabe večslojnih biopolimernih premazov s sloj-specifično sestavo (vključujoč hidroksiapatit, specifični rastni faktorji) in mikro-strukturiranje (poroznost) ter b)protimikrobne funkcije zaradi vgrajenih protimikrobnih peptidov, ki bodo aktivni proti patogenim bakterijam. Večslojna integracija, stabilizacija ter strukturiranje na različni dimenzijski skali, ki se pričakuje da bo ustrezala zahtevam biostabilnosti in degradacije, bo predvidoma dosežena s proof -of- koncept tehnologijo, ki jo je vlagateljica tega projekta razvila v času doktorskega študija.
Predstavljeni koncept bo prvič uporabljen pri izdelavi bariernih membran, in bi lahko v prihodnosti služil kot platforma za razvoj celičnih nosilcev za regeneracijo različnih med-tkivnih površin, dokler pridobljena znanja glede različnih postopkov modifikacije in stabilizacije biopolimerov, kot tudi njihovo gradientno 3D strukturiranje bi se lahko izkoriščalo v aplikacijah kot so sistemi za filtracijo, separacijo, senzoriko, kontrolirano dostavo/sproščanje zdravil ipd. Rezultati razširjeni prek vsaj dva znanstvena članka z visokim vplivom, ene inovacije ali patenta in predstavitve na svetovno priznanih, mednarodnih konferencah se pričakuje da prispevajo v prepoznavnost inštitucije ter k ustvarjanja mednarodnih sodelovanj. S tem, da bo ciljal h koristi zdravja, bo predstavljeni impakt tega projekta usklajen z eno od prioritet EU programa Obzorje 2020: zdravje, demografske spremembe in dobro počutje, kot tudi z konceptom Slovenske Pametne Specijalizacije v obdobju 2014-2020. Potencialno industrijsko izkoriščanje predlagane tehnologije za pripravo visokotehnoloških biomedicinskih materialov bo neposredno ustvaril socialno- ekonomske koristi ter prispeval h gospodarski rasti in konkurenčnost Slovenije.
Pomen za razvoj znanosti
Spodbujeni z dojemanjem interdisciplinarnih raziskav, kot bolj uspešnih pri doseganju znanstvenih in tehnoloških prebojev (Hollingsworth, J. R. 2006), od predlaganega projekta pričakujemo, da preseže meje disciplinarnega raziskovanja in istočasno zagotovi svoj doprinos:
· k znanosti o materialih z uvajanjem novih in sistematičnih, inženirskih metodologij za razvoj bioloških, funkcionalno gradualnih, večslojnih membran ter
· medicini (stomatologiji) z upoštevanjem novo oblikovanih kompozitov, kot novo generacijo membran GTR, ki se bodo uporabljale pri zdravljenju parodontalne okvare, ali pa bodo služile kot platforma za razvoj celičnih nosilcev za regeneracijo različnih tkiv in tkivno-mejnih površin.
V teku izvajanja oz. ob zaključku projekta pričakujemo, da bomo dosegli naslednje znanstvene rezultate:
novo-razvite metodologije za in situ integracijo membranskih slojev in njihovo različno (nano-do-makro) strukturiranje;
ugotovljene korelacije med stopnjo stabilizacije (zamreženja) in stopnjo razgradnje (življenjska doba večslojne membrane) v (in vitro) modelnem fiziološkem stanju;
nova dognanja o (sinergističnem) učinku naravnih protimikrobnih zdravil proti izbranim obzobnim patogenom;
nova dognanja o interakciji celica- membrana GTR.
Pridobljena temeljna znanja bodo prispevala odgovore na vprašanja o potrebah kreiranja barierne membrane GTR, ki utira pot v smeri možne popolne regeneracije obzobnih tkiv.
Nove znanstvene ugotovite in pridobljene spretnosti bomo objavili v najmanj dveh znanstvenih člankih v mednarodno odmevnih revijah s faktorjem vpliva ter v eni inovaciji ali patentu. Rezultate projekta bomo predstavili tudi na več svetovno priznanih, mednarodnih konferencah s področja biomaterialov, ki jih organizira Evropsko društvo za biomateriale (ESB in TERMIS) ali v okviru COST akcije (MP130 - Nove generacije biomimetičnih in prilagojenih vsadkov za kostni inženiring).
Od predlaganih poti razširjanja znanja pričakujemo, da bodo prinesle tudi povratne rezultate; istočasno pa predstavljajo ˝cevovod˝ za pretok novih idej in spremljanje (raziskovalnih) trendov na področju (bio) materialov ter njihove vloge v medicini.
Pomen za razvoj Slovenije
Pri obravnavi uničujoče statistike, ki se nanaša na parodontalne bolezni (~ 750M ljudi po vsem svetu in izjemno visoki 98% obolevnosti slovenske populacije starejše od 35 let), skupaj s povezanostjo le te z drugimi sistematičnimi boleznimi in izjemno visokimi stroški (na četrtem mestu po stroških, ki zajemajo do 10% sredstev zdravstvenega zavarovanja), lahko prepoznamo, kako pomembno je izboljšati postopke za njeno oskrbo. Tako bo nadaljnji razvoj konvencionalnih membran GTR izjemno pomemben za zdravstveni sektor s poudarkom na enostavnosti, večfunkcionalnosti ter stroškovno ugodni ceni izdelave, kot je predlagano v raziskovalnem projektu. Iz pregleda dosedanjih raziskav in relevantne literature na tem področju smo ugotovili, da je vgrajevanje membran GTR zelo uporabna metoda v številnih dentalnih postopkih kot so: vsaditev na mestu ekstrakcije zoba in sinusa, povečanje čeljustnega grebena, itd. Z usmeritvijo h koristi zdravja, je predlagani projekt v skladu z eno od glavnih prioritet evropskega programa OBZORJA 2020 in sicer zdravje, demografske spremembe in dobro počutje, kot družbenimi izzivi s katerimi se sooča EU, kot tudi s Slovensko strategijo ˝pametnih specializacij˝ za obdobje 2014-2020.
Na drugi strani predvidevamo, da bodo tako pridobljeno znanje, kot tudi raziskovalne ekspertize v okviru predlaganega projekta dodatno podprte s pol-pilotno demonstracijo postopka predelave. To bo izvedljivo s pomočjo konceptualno in eksperimentalno že vzpostavljene metodologije za oblikovanje medicinskih (celičnih) nosilcev, kar je bilo del mojega raziskovalnega dela v času doktorskega študija. Ideja predlaganega projekta spada tudi v strategijo raziskovalne skupine (katere članica sem), ki predvideva ustanovitev scale-up proizvodne tehnologije za procesiranje celičnih nosilcev in nadaljnjo komercializacija preko novo ustanovljenega spin-off podjetja znotraj Univerze v Mariboru.
Sektor medicinskih pripomočkov (večslojne membrane GTR spadajo med aktivne vsadke) je visoko inovativen predvsem v Evropi. Po nedavni informaciji s strani Evropske komisije (2015) je njegova tržna vrednost ocenjena na ~ 95 billionov €, zaradi česa je predlagana tema še bolj privlačna za realizacijo. Čeprav predstavlja dolgoročni cilj, bi lahko učinkovit prenos znanja v produkte za klinično uporabo doživel pospešeno validacijo preko vzpostavljenega sodelovanja raziskovalne skupine z raziskovalci iz svetovno priznanih evropskih ustanov, kot so Gent University (Belgija), University Collage of Dublin (Irska), University of Minho (Portugalska), Polytechnico di Torino (Italija), itd. Poleg tega lahko potencialno industrijsko izkoriščanje predlagane tehnologije za obdelavo visokotehnoloških biomedicinskih materialov, kot tudi drugih potencialnih aplikacij (tj. filtracija, ločevanje, senzorika, kontrolirano sproščanje zdravil) z uporabo iste tehnološke platforme, prinese neposredne socialno-ekonomske koristi ter prispeva k Slovenski gospodarski rasti in konkurenčnosti.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo
