Projekti / Programi
Nano strukturirani vlaknasti materiali za ciljno depozicijo zdravilnih učinkovin, izdelani z electrospinningom
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.05.02 |
Tehnika |
Mehanika |
Eksperimentalna mehanika |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T000 |
Tehnološke vede |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.03 |
Tehniške in tehnološke vede |
Mehanika |
elektrospining, dostava zdravil, bimodalni poliamid 6, polimer, porazdelitev velikosti por
Raziskovalci (16)
Organizacije (4)
Povzetek
Projekt obravnava vzpostavitev postopka electrospininga z uporabo brezigelne tehnologije za izdelavo kontejnejrjev iz bimodalnega poliamida 6, ki bodo uporabljeni za dostavo zdravil v človeškem telesu. Ta pristop uporablja polimerna nano-vlakna narejena s postopkom elektrospininga, ki predstavlja nosilni material za zdravilne učinkovine in jih je mogoče uporabiti za ciljno kemoterapijo lokaliziranih tumorjev in za podaljšano sproščanje zdravil v primeru kroničnih bolezni. Možnost nadzora hitrosti sproščanja zdravila je ključni dejavnik predlaganega pristopa, ki ga je mogoče doseči s pomočjo spreminjanja porazdelitve velikosti por membran in hitrostjo razgradnje polimera.
Hitrost biorazgradljivosti in njen vpliv na porazdelitev velikosti por (PSD) sta odvisni od kemične sestave polimera in njegove strukture. Patentiran biokompatibilni multimodalni poliamid 6 je bil izbran za namen tega projekta zaradi njegove izjemne kompatibilnosti, oz. izjemno visoke občutljivosti na hitrost deformacije, spremembo temperature in tlaka med procesom izdelave. Te lastnosti omogočajo formiranje gradientne strukture trdnega materiala s pomočjo procesa brizganja, kot tudi gradientnih nano-vlaken, proizvedenih z elektrospinnig postopkom. V tem primeru bo hitrost vlečenja polimerne raztopine v elektrostatičnem polju vplivala na strukturo vlaken, ki posledično neposredno vpliva na stopnjo biorazgradljivosti.
Porazdelitev velikosti por (PSD) je odvisna samo od tehnološkega procesa elektrospininga, katerega vzpostavitev predstavlja cilj predlaganega projekta. PSD je odvisna od premera vlaken, debeline membrane in njene gostote, ki posledično določajo parametre proizvodnega procesa (sestava raztopine, pogoji zraka,…).
V skladu s tem je cilj predlaganega projekta ugotoviti korelacijo med premerom vlaken in debelino membrane, ki vplivata na velikost por in distribucijo velikosti por, obenem pa na procesne parametre postopka elektrospinninga na primeru multimodalnega poliamida 6. V sklopu projekta bo raziskana sestava raztopine, njene viskoznosti, električne prevodnosti in površinske napetosti, vpliv elektrostatičnega polja na elektrospinning proces, ter kakovost in premer izdelanih vlaken. Izdelani bodo materiali z različno porazdelitvijo velikosti por, premerom vlaken, ter debelino membran, učinkovitost vseh pa bo potrjena s pomočjo testov difuzije na modelnih zdravilih.
Pomen za razvoj znanosti
Cilj predlaganega projekta je razumeti proces formiranja nano-vlaken pri postopku elektrospininga. To znanje bo uporabljeno za vzpostavitev ponovljive proizvodnje nano-poroznih membran potrebnih za razvoj novega inovativnega sistema dostave zdravil v človeško telo z možnostjo kontrolirage načina sproščanja zdravilnih učinkovin.
Klasična tehnologija šobnega elektrospininga je relativno dobro razumljena, na drugi strani pa je zelo malo znanega o novem postopku brezigelnega elektrospininga prostih površin. Predvsem ni razvitega znanja o obnašanju bio-kompatibilnih multimodalnih poliamidov, ki lahko odpirajo popolnoma novo poglavje pri zdravljenju rakavih obolenj.
V skladu s tem bo projekt prispeval k:
i) Razumevanju fizike brezigelnega procesa elektrospininga. V primerjavi s klasičnim procesom šobnega elektrospininga, kjer se ob električnem polju na površini kaplice tvori ''Taylorjev stožec'', se pri brezigelni inženerski rešitvi ta formira na tetivi navlaženi s polimerno raztopino, tako se parametri površinske napetosti in električne prevodnosti, potrebne za stabilen process, pri isti polimerni raztopini lahko razlikujejo. Pridobljena relacija bo osnova za smernice procesa tehnologije brezigelnega elektrospininga. Glavna prednost tega postopka je, da izključuje elemente, ki se med procesom lahko zamašijo in zato zahtevajo pozornost poleg tega pa omogoča proizvodnjo na industrijski ravni.
ii) Razumevanju obnašanja multimodalnega poliamida 6 v tako zapletenem procesu kot je elektrospining. Iz literature je znano, da molekulska masa uporabjenega polimera, bistveno vpliva na proces elektrospininga, predvsem zaradi neposrednega vpliva na viskoznost raztopine. Multimodalni poliamid 6 je že izkazal izjemne lastnosti v zvezi s formiranjem različnih struktur glede na robne pogoje kot sta temperatura in tlak. Projekt bo pokazal vpliv hitrosti vlečenja na oblikovanje strukture vlaken. Ti podatki se lahko uporabijo za pripravo membran z različnimi absorbcijskimi lastnostmi in različnimi stopnjami biorazgradljivosti.
iii) Znanje o formiranju porazdelitev velikosti por nano-vlaknatih materialov, pripravljenih s postopkom elektrospininga. Predvsem nas zanima vpliv premera vlaken in debeline membrane na povprečno velikost por in porazdelitev velikosti por.
Razvita znanja bodo objavljena v uglednih revijah in, najpomembnejše, uporabljena za razvoj sistema dostave zdravil, ki bo v trdnem stanju in bo namenjen za zdravljenje rakavih obolenj. Razvita tehnologija bo zaščitena z mednarodnimi patenti.
Pomen za razvoj Slovenije
Predlagani projekt ima velik potencial za razvoj prebojnih aplikacij v medicini in ostalih industrijah. Projekt predstavlja osnovo za razvoj in produkcijo samostojnih aplikacij (npr. antibakterijski filtri za filtracijo zraka), kot tudi kompleksnih rešitev, kot je napr. končni cilj tega raziskovalnega podoročja – kontejnerji za dostavo zdravil.
Vrsta različnih možnosti razvoja rešitev, ki izhajajo iz te nove tehnologije, ponuja priložnost za mnoga podjetja različnih velikosti, tako v Sloveniji, kot tudi na globalnem trgu. Eno izmed takšnih podjetij je so-financer projekta Fresenius Kabi (FK), ki je globalno podjetje s področja medicine in se specializira za medicinske pripomočke in tehnologije za infuzijo, transfuzijo in klinično nutristiko.
Nadaljnji razvoj in ustanovitev spin-off podjetij
S tem projektom bo FK pridobil možnost za načrtovanje in razvoj (ob pomoči projektnih partnerjev) nove generacije medicinskih sistemov – že prej omenjenih kontejnerjev za dostavo zdravil. Ostale prebojne aplikacije, kot so na primer interopeativne mrežice, bodo razvite preko, v ta nemen ustanovljenih spin-off podjetij po koncu projekta.
So-financiranje
V luči tega razvojnega potenciala bo FK so-financiral 25% vrednosti projekta, medtem, ko bodo ostali partnerji, ki bodo še naprej sodelovali v obdobju po projektu, skozi spin-off svoj vložek prispevali v drugačni obliki – CEM in ISIT bosta zagotovila uporabo patentiranega znanja o vplivu temperature in tlaka med procesom predelave poliamida 6, Saratov State University bo zagotovila strokovno znanje in izkušnje na podorčju elektrospininga z uporabo ‘Nanospider’ tehnologije. BASF bo zagotovila eksluziven in patentiran material. Vrednost teh prispevkov se ujema z velikostjo obsega so-financiranja FK.
Neposredni družbeni vpliv
Na podlagi rezultatov projekta bo mogoče izboljšati obstoječe tehnike zdravljenja raka in izboljšati zanesljivost oskrbe bolnikov z zdravilnimi učinkovinami. Prav tako pa bodo rezultati omogočili razvoj novih terapevtskih sistemov, ki temeljijo na naprednih medicinskih naparavah.
Uporaba takšnih sistemov bo povečala učinkovitost številnih medicinskih terapij in bo hkrati zmanjšala čas zdravljenja in stroške. Ta vpliv se bo neposredno prevedel v nižje stroške zdravstvenega varstva, krajšemu okrevanju preko izboljšanja učinkovitosti zdravljenja raka in kroničnih bolezni, hkrati pa se bo bistveno izboljšalo tudi udobje pacientov.
Neposredni širši vpliv na industrijo
Nanospider electrospining in bimodalni poliamid 6 sta že dokazani tehnologiji, ki omogočata razvoj in proizvodnjo izdelkov z visoko dodano vrednostjo v številnih panogah. Poleg možnosti uporabe v medicini, ostale aplikacije obsegajo filtracijske materiale, tekstil, materiale s posebnimi lastnostmi (UV odpornost, bakterijska odpornost, toplotna odpornost, itd.) Drug vidik obeh uporabljenih tehnologij je dejstvo, da sta enostavno prilagodljivi (možnost industrijske proizvodnje), po tem, ko je njihova specifična parametrizacija znana.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
