Projekti / Programi
Načrtovanje, izdelava in vrednotenje biomimetičnih nanokompozitnih sistemov za učinkovito obnovo tkiv
| 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 |
regeneracija tkiv, nanokompoziti, elektrospining, biokompatibilnost, celični modeli
Raziskovalci (27)
Organizacije (6)
Povzetek
Predlagani projekt temelji na potrebi po prenosu bazičnih znanj v razvoj sodobnih izdelkov za regeneracijo tkiv s ciljem izboljšanja kakovosti bolnikovega življenja in zmanjševanjem stroškov zdravljenja. Originalnost predlaganega projekta je v sistematično zastavljeni izdelavi nanokompozitov s poudarkom na nanovlaknih izdelanih s sodobno metodo elektrospininga. Inovativnost predstavlja tudi sam pristop vrednotenja regeneracije z uporabo organotipskih kožnih nadomestkov. Integrirali bomo tudi nove strategije za učinkovitejše celjenje z vgradnjo celic kot vira citokinov v biomimetične nanokompozite.
Inovativna veriga projekta vključuje naslednje elemente
Shema: izbor polimera › izbor primerne tehnologije › vrednotenje disperzij polimerov › optimiranje tehnološkega postopka › načrtovanje in razvoj nanovlaken (brez in z učinkovino) › verifikacija › povratna optimizacija › biološko testiranje.
Znanstvena izhodišča in predstavitev problema
Kronične bolezni modernega sveta so pogosto povezane s poškodbami tkiv, njihovo zdravljenje pa posledično zahteva ustrezno regeneracijo. Za učinkovito regeneracijo je potrebno vzpostaviti normalno ravnotežje fizioloških dejavnikov celjenja z aktivnim poseganjem v ta proces, ki je možno le, če se velikost sistema približa velikosti celic. Glede na že opravljene raziskave veliko obeta izdelava nanokompozitov. To so kompleksni sistemi, ki vključujejo nanometrske strukturne elemente.
Pomanjkanje sistematičnih raziskav, ki bi dale celostno sliko in omogočale napovedljivost izvedbe od izhodnega materiala do izdelave nanokompozita nas je pripeljalo k pripravi tega projekta. Namen projekta je doprinesti k razumevanju povezave med lastnostmi polimerov v raztopinah in izkoriščanju le-teh pri izdelavi. Z raziskavami na biološkem materialu bomo doprinesli k razumevanju biokompatibilnosti in varnosti nanokompozitov in njihovi učinkovitosti pri regeneraciji. Poznavanje vseh teh lastnosti in njihove medsebojne soodvisnosti je pomembno za izboljšanje načrtovanja varnih in učinkovitih nanokompozitov za zdravljenje poškodovanega tkiva. Zato bodo cilji projekta sledeči:
1. Osnovne predformulacijske študije: od izbora materialov do nanokompozitov
Pregledali bomo nabor biokompatibilnih materialov in določili njihove fizikalne značilnosti per se in v disperziji ter jih korelirali s tehnologijo izdelave. Izhajali bomo iz same molekularne strukture polimerov. Izbira učinkovin za regeneracijo bo osnovana na zadnjih znanstvenih dognjanjih. Hkrati bomo razvili metodo za pripravo levkocitov in makrofagov kot vira rastnih dejavnikov.
2. Izdelava in fizikalno-kemijsko in tehnološko vrednotenje nanokompozitov
Izdelava nanokompozitov mora biti ponovljiva, zato bomo proučili vpliv tehnoloških parametrov na procesibilnost. Iz nabora poznanih parametrov bomo poiskali ključne dejavnike za zagotavljanje stabilne tehnologije izdelave. Natančneje, kot nanokompozit bomo razvijali nanovlakna z elektrospiningom, vanje vgradili učinkovino samo ali v nanodelcih, po drugi strani pa nanovlakna ali nanodelce vgradili v hidrogele in vse izdelane nanokompozitne sisteme primerjali z enostavnimi hidrogeli.
3. Biološko vrednotenje nanokompozitov
Za dosego tega cilja bomo izvedli osnovno biološko vrednotenje izdelanih nanokompozitnih sistemov in koncept v zadnji fazi projekta preverili z uporabo organotipskih kožnih nadomestkov.
Relevantnost projekta
Projekt bo izvedla interdisciplinarna skupina, kar zagotavlja visoko znanstveno relevantnost, učinkovito izmenjavo znanj in dostop do potrebne infrastrukture. Vizija predlagane študije ni le pridobitev novih bazičnih znanj in dognanj, ampak predvsem uporabnost izdelanega nanokompozitnega sistema za regeneracijo tkiv. Raziskava sledi najnovejšim spoznanjem na področju materialov, tehnologije izdelave in regeneracije tkiv ter odpira nove raziskovalne cilje na tem interdisciplinarnem področju znanosti.
Pomen za razvoj znanosti
Trenutna doktrina zdravljenja in številne mednarodno priznane objave kažejo, da danes razpoložljivi terapevtski pristopi ne zagotavljajo optimalnih pogojev za obnovo tkiv. Na drugi strani pa nanokompozitni sistemi predstavljajo velik izziv v različnih znanstvenih disciplinah, v vsaki s specifičnimi pogledi na lastnosti in prednosti nanomaterialov. Tako smo v okviru projekta povezali znanja različnih disciplin in jih ciljano usmeriti v razumevanje nanokompozitov in njihove vloge v procesu regeneracije tkiv. Projekt je bil zasnovan po principu modela naraščajoče kompleksnosti, kar pomeni od poznavanja in raziskav izhodnih snovi, preko predformulacijskih in formulacijskih študij vse do končnega izdelka in njegovega biološkega vrednotenja. Dokazali smo, da polimerna nanovlakna glede na trenutna dognanja izkazujejo velik potencial za učinkovitejše zdravljenje in regeneracijo tkiv. S tem, ko smo s sistematično raziskavo proučili nabor biokompatibilnih polimerov, povezali njihove lastnosti s procesibilnostjo in lastnostmi izdelanega nanokompozita smo postavili jasna izhodišča za hiter prenos v gospodarstvo. Pri tem pa so meritve interfacialne reologije, relativne vlažnosti in mehanskih lastnosti nanovlaken odkrile točke, ki lahko zmanjšajo tveganje pri razvoju novega nanozdravila na osnovi nanovlaken. Takšna korelacija še ni bila poznana, tako da v tem smislu naša raziskava postavlja smernice razvoja nanovlaken za učinkovito regeneracijo tkiv. Ugotovili smo, da je kljub poznavanju vpliva vrste različnih parametrov na proces elektrostatskega sukanja, napovedovanje procesa preko vrednotenja posameznih fizikalnih parametrov polimernih raztopin in nadzora procesnih spremenljivk ter spremenljivk okolja zelo zahtevno. Dokazali smo, da sta parametra, ki imata največjo napovedno moč interfacialna viskoznost polimerne raztopine in radij giracije ter da je relativna vlažnost okolja v katerem izvajamo elektrostatsko sukanje, kritičen parameter okolja, ki ga v doslej objavljenih raziskavah niso sistematično proučevali. Tako smo prispevali k razumevanju procesa elektrostatskega sukanja in k lažjemu načrtovanju priprave nanovlaken z želenimi lastnostmi. Z biološkim vrednotenjem na kulturah kožnih celic smo dokazali, da je odziv celic na nanovlakna odvisen od vrste celic in lastnosti nanovlaken. Elektrostatsko sukanje omogoča vgrajevanje tako nizkomolekularnih učinkovin kot biomakromolekul, kar smo dokazali z vgrajevanjem biogenih rastni dejavniki (trombocitni koncentrat), katerih biološka aktivnost je bila po elektrostatskem sukanju ohranjena. Dokazali smo tudi sinergistični učinek nanotopografije in vgrajenih rastnih dejavnikov na proliferacijo kožnih celic in vitro, kar nakazuje smiselnost načrtovanja predkliničnih in kliničnih raziskav uporabe tovrstnih nanovlaken pri regeneraciji tkiv in vivo.
Pomen za razvoj Slovenije
Farmacevtska industrija ima za vsako državo zelo velik družbeno-ekonomski pomen. Izdeluje kakovostna, varna in učinkovita zdravila ter medicinske pripomočke in s tem konkurira na domačem in svetovnem tržišču. Tudi naše raziskave so bile usmerjene h povečanju konkurenčnosti slovenskega gospodarstva. Nova znanja pridobljena v okviru projekta lahko implementiramo v razvoj nanokompozitov za zdravljenje in regeneracijo tkiv in širše, kar omogoča hitrejši razvoj sodobnih medicinskih pripomočkov in zdravil. S tem, ko smo s sistematično raziskavo proučili nabor biokompatibilnih polimerov, povezali njihove lastnosti s procesibilnostjo in lastnostmi izdelanega nanokompozita smo postavili jasna izhodišča za hiter potencialni prenos v gospodarstvo. Pri tem pa so meritve medfazne reologije, relativne vlažnosti in mehanskih lastnosti nanovlaken odkrile točke, ki lahko zmanjšajo tveganje pri razvoju novega nanozdravila na osnovi nanovlaken. V okviru projekta smo pridobili nova znanja in izkušnje, ki na široko odpirajo vrata za nadaljnji razvoj v smeri tržno zanimivih izdelkov in zaščite intelektualne lastnine. V okviru projekta so pridobivali znanje o elektrostatskem sukanju in analizah mladi perspektivni dodiplomski in podiplomski študenti (2 končana doktorata, 17 končanih diplomskih in magistrskih nalog). Z raziskovalnim delom in obdelavo in interpretacijo dobljenih rezultatov so pridobili prepotrebne izkušnje in laboratorijske veščine ter kritično miselnost. Poleg tega je projekt nudil okolje za kreativno in inovativno interdisciplinarno delo mladih kadrov. Projekt je prispeval tudi k uresničevanju enega od temeljnih ciljev strategije razvoja Slovenije - to je neposreden prenos znanja iz akademske sfere v gospodarstvo, saj se je doktorand J. Pelipenko po zaključenem podiplomskem študiju zaposlil v farmacevtski industriji (Lek d.d.). Po drugi strani rezultati projekta predstavljajo potencial za izboljšanje kakovosti življenja bolnikov katerih patologija je povezana s poškodbami tkiv, njihovo zdravljenje pa zahteva ustrezno regeneracijo. Število takšnih bolnikov se s staranjem prebivalstva in nezdravim načinom življenja povečuje (npr. debelost, sladkorna bolezen, srčno-žilne bolezni), s tem pa se povečujejo tudi potrebe po novih učinkovitejših materialih za obnovo tkiv. Izdelana polimerna nanovlakna so v izvedeni in vitro raziskavi pokazala velik potencial za aktivno regeneracijo tkiv, zato bodo nadaljnje raziskave omogočile njihov prehod v klinična testiranja in s tem postavile temelj učinkovitejšega zdravljenja, ob sočasno manjših stroških zdravljenja. Dosežke raziskovalnega projekta smo predstavili domači in mednarodni znanstveni srenji v obliki 24 znanstvenih prispevkov na konferencah in 12 člankov v odmevnih mednarodnih znanstvenih revijah, s čimer smo promovirali Slovenijo in slovensko znanost.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
