Projekti / Programi
Nanozdravila z antibiotiki in probiotiki za lokalno zdravljenje parodontalne bolezni
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.09.00 |
Naravoslovje |
Farmacija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B740 |
Biomedicinske vede |
Farmakološke vede, farmakognozija, farmacija, toksikologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 3.01 |
Medicinske in zdravstvene vede |
Temeljna medicina |
nanovlakna, dostava učinkovin, probiotiki, parodontalna bolzen, oralna mikrobiota
Raziskovalci (18)
Organizacije (3)
Povzetek
Parodontalno bolezen lahko opredelimo kot eno najpogostejših težav človeka, ki s svojimi lokalnimi in sistemskimi učinki znatno poslabša kakovost življenja. Parodontalna bolezen je kronično vnetje obzobnih tkiv, ki ga izzove obzobni biofilm. Patogeneza te bolezni je povezana z dvema ključnima dejavnikoma: (i) spremembo mikrobnega ravnotežja v ustni mikrobioti, ki ima za posledico zmanjšanje števila koristnih simbiontov in/ali povečanje števila parodontalnih patogenov in (ii) destruktivni imunski odziv gostitelja, ki vodi do razgradnje obzobnih tkiv. Dandanašnji pristopi zdravljenja vodijo le do začasnega izboljšanja bolezni ali do začasne ozdravitve, saj po zdravljenju parodontalno patogene bakterije pogosto rekolonizirajo oralne niše, vključno s parodontalnimi žepi in s tem sprožijo ponovni zagon bolezni.
Interdisciplinarni konzorcij partnerjev, ki vključuje strokovnjake s področij farmacevtske nanotehnologije (Univerza v Ljubljani Fakulteta za Farmacijo), mikrobiologije (Institut "Jozef Stefan") in dentalne medicine (Univerzitetni klinični center), v predlaganem projektu predstavlja predlog inovativnega koncepta zdravljenja parodontalne bolezni. Dostop do najsodobnejše raziskovalne opreme je dobro izhodišče za njegovo uspešno izvedbo. Naš cilj je razviti in ovrednotiti nova nanozdravila za celovito dvostopenjsko lokalno zdravljenje parodontalne bolezni. Za prvo stopnjo zdravljenja bomo razvili nanovlakna z dvojno aktivnostjo, tj. antibiotično in imunomodulatorno, ki bodo hkrati izkoreninila patogene ter uravnavala imunski odziv gostitelja. Na ta način bodo nastale oralne niše, katerih naseljevanje bomo v drugi stopnji zdravljenja usmerili z dostavo dokazano varnih avtohtonih sevov bakterij z izkazanim probiotičnim delovanjem.
Glavni cilji projekta so:
1. Razviti natančno ovrednotena polimerna nanovlakna z vgrajeno kombinacijo izbranega antibiotika in imunomodulatorne učinkovine.
2. Ovrednotiti nov probiotičen sev, izbran med našimi izolati iz avtohtone ustne mikrobiote, in izbrati varno kombinacijo dveh potencialnih probiotičnih sevov z najmočnejšo antibiotično aktivnostjo proti testiranim parodontalno patogenim bakterijskim sevom in vitro.
3. Razviti nanovlakna z vgrajeno kombinacijo probiotikov z lastnostmi, ki bodo omogočale obnovo normalne oralne mikrobiote.
4. Priprava bakterijskih “bio-mikrotovarn” na osnovi nanovlaken za lokalno dostavo antibakterijskih metabolitov kot alternativa uveljavljeni dostavi antibiotikov.
V projektu predlagani inovativni koncept zdravljenja predstavlja trenutno zelo aktualno področje raziskav in je pomemben korak naprej pri obravnavanju treh ključnih izzivov, povezanih z učinkovitostjo zdravljenja parodontalne bolezni. Le-ti so: omejena učinkovitost razpoložljivega antibiotičnega zdravljenja, slaba raziskanost področja avtohtonih probiotičnih sevov in le začasna ozdravitev bolezni. Rezultati predlaganega projekta bodo trden temelj za bolj učinkovit boj proti tej široko razširjeni bolezni.
Pomen za razvoj znanosti
Nova odkritja o patogenezi parodontalne bolezni predstavljajo pomembno izhodišče za razvoj novih terapevtskih pristopov. Tukaj predstavljeno dvotirno zdravljenje parodontalne bolezni bo vplivalo na vse tri glavne dejavnike, povezane s patogenezo te bolezni, in sicer prisotnost parodontalnopatogenih bakterij, neustrezen imunski odziv in porušeno ravnotežje v ustni mikrobioti, kar bo vodilo k bolj učinkovitemu zdravljenju in izboljšanju kakovosti bolnikovega življenja. Tak koncept zdravljenja je inovativen, saj vsi razpoložljivi terapevtski pristopi ciljajo predvsem enega od vpletenih dejavnikov. Predlagan projekt je osnovan na trenutno uveljavljeni strategiji zdravljenja in skuša reševati njene pomanjkljivosti ter tako pomeni korak naprej h končnemu cilju tj. dolgotrajni ozdravitvi bolezni. Projekt sledi zadnjim dognanjem in odkritjem na področju nanodostavnih sistemov, klinične farmakologije in metagenomike ter jih implementira na pomočje načrtovanja in razvoja nanovlaken z vgrajenima antibiotikom in imunomodulatorno učinkovino ali probiotiki. Tako bodo rezultat projekta nova znanja in odgovori na znanstvena vprašanja, kot npr:
- Ali je mogoče z vgradnjo v nanovlakna nadzirati sproščanje dveh različnih zdravilnih učinkovin, tj. antibiotika in imunomodulatorne učinkovine?
- Kako vplivajo polimerno ogrodje nanovlaken ter pogoji okolja na bakterijsko aktivacijo in izrast?
- Ali lahko probiotiki vgrajeni v vodi netopna nanovlakna predstavljajo “bio-mikrotovarne” za lokalno, podaljšano produkcijo protimikrobnih snovi?
- Ali so bakterijski sevi, ki so izolirani iz avtohtone oralne mikrobiote in kažejo značilno protimikrobno aktivnost proti parodontalnim patogenom in vitro, varni za in vivo aplikacijo?
- Kako se potencialni novi probiotični sevi odzivajo na interakcijo s parodontalnimi patogeni in ostalimi člani oralne mikrobiote?
- Ali ima vključitev dveh različnih probiotičnih sevov v nanovlakna prednost pred uporabo zgolj enega probiotičnega seva?
Ker je vsebina projekta izrazito intidisciplinarna, bo pričakovan prispevek na treh znanstvenih področjih: farmacevtski nanotehnologiji, mikrobiologiji in parodontologiji. Nove metode, ki posnemajo pogoje v parodontalnem žepu, in jih bomo razvili ter vadlidirali bodo uporabne ne le v razvoju nanozdravil za zdravljenje parodontalne bolezni, ampak v vseh primerih razvoja zdravil za uporabo v biološkem mikrookolju z majhnim volumnom medija (npr. rane). Projekt posredno rešuje tudi izzive povezane z bakterijsko odpornostjo na antibiotike, saj je z uporabo predlaganih nanozdravil in bakterijskih “bio-mikrotovarn” na osnovi nanovlaken pričakovana verjetnost pojava odpornosti manjša. Na podlagi vsega naštetega sledi, da bo znanstvena in praktična vrednost rezultatov predlaganega projekta velika.
Pomen za razvoj Slovenije
The new discoveries about the pathogenesis of periodontal disease present an important basis for development of novel therapeutic approaches. Here proposed the two-stage therapy of periodontal disease will influence on all three of the main factors associated with its pathogenesis; namely, the presence of periodontopathonic bacteria, the inadequate immune response, and the microbial dysbiosis, which will lead to more effective treatment and thus to improvement of the patient’s quality of life. This represents an entirely new concept, since all of the present treatment protocols target more or less only one factor involved. Our Project will be based on current treatment strategy and will try to solve some of its apparent shortcomings, with the aim being to progress towards a long-term cure. The latest findings and discoveries in the fields of nanodelivery systems, clinical pharmacology, and metagenomics will be implemented in the design and development of the nanofibers loaded with antimicrobial and immunomodulatory drugs or probiotics. Thus, new knowledge will be generated and scientific questions will be answered, such as following:
- Is it possible to control the release of two different drugs, namely an antibiotic and an immunomodulatory drug, when incorporated in electrospun nanofibers?
- How do the polymer matrix in nanofibers and the environmental conditions influence bacterial activation and outgrowth?
- Can probiotics in water-insoluble nanofibers represent a ‘bio-microfactory’ for local, prolonged production of antimicrobial agents?
- Are bacterial strains isolated from indigenous oral microbiota, which show significant antibacterial activities against periodontal pathogens in vitro, safe for in-vivo application?
- How do potential new probiotic strains respond to interactions with periodontal pathogens and other members of the oral microbiota?
- Is the incorporation of two different probiotic strains into nanofibers beneficial over a single probiotic strain?
As the topic that the Project is addressing is highly interdisciplinary, the expected contribution to science is going to be distributed among three main scientific areas: drug delivery, microbiology, and dental science. Furthermore, the new methods resembling periodontal pocket developed and validated in scope of the project will be applicable not only in the case of nanomedicenes for periodontal disease, but for all medicines for application in biological microenvironments with small volumes of medium (e.g. wounds). The project is indirectly solving also problems of bacterial resistance to antibiotics, since the risk of bacterial resistence is expected to be lower in case of antibiotic treatment with nanomedicines and local delivery. In addition, our in water-insoluble nanofibers presenting a ‘bio-microfactory’ of antimicrobial agents may present more powerful tool against bacterial resistance. Thus, scientific and practical value of the Project results are expected to be significant.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
