Projekti / Programi
Razvoj polimerov z molekularnimi odtisi in njihova uporaba na področju okoljske in bio-analitike
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.08.00 |
Naravoslovje |
Varstvo okolja |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| P305 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kemija okolja |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.05 |
Naravoslovne vede |
Zemlja in okolje |
polimeri z molekularnimi odtisi; zdravila; produkti razgradnje; metaboliti; okolje; biološki vzorci; ekstrakcija na trdnem nosilcu;
Raziskovalci (18)
Organizacije (4)
Povzetek
Tema predlaganega projekta je preučevanje prisotnosti in kroženja ostankov zdravilnih učinkovin, ki vključujejo izhodne ali starševske zdravilne učinkovine, njihove metabolite in razgradne produkte (angl. Transformation Products: TPs), v vodnem okolju. V nasprotju z izhodnimi zdravilnimi učinkovinami in njihovimi metaboliti, so TP-ji, ki nastajajo med čiščenjem vod ali z razgradnjo v okolju, pretežno nepoznane spojine, z neraziskano usodo in učinki na okoljske organizme in ljudi. Vendar, kvantitativna analiza zdravilnih učinkovin v kompleksnih matricah je omejena na vnaprej izbrano skupino tarčnih analitov, zato takšna analiza ne vključuje nepoznanih spojin, kot so TP-ji. Le-ti se v okolju ponavadi nahajajo v sledovih, zato je tudi občutljivost uporabljene analizne metode največkrat nezadostna, da bi TP-je lahko zaznali.
Predlagani projekt bo premagal te ovire z uporabo izjemno selektivnih sorbentov na osnovi polimerov z molekularnimi odtisi (MISPE sorbenti; angl. Molecularly Imprinted Solid Phase Extraction sorbents) in na ta način prinesel bistveni napredek pri določanju ostankov onesnaževal v sledovih v kompleksnih okoljskih vzorcih. Ideja predlaganega projekta izhaja iz navzkrižne selektivnosti MISPE polimerov, to je lastnost, ki omogoča hkratno ekstrakcijo strukturno sorodnih spojin, v našem primeru izbranih zdravilnih učinkovin in metabolitov, ter njihovih kemijsko sorodnih TP-jev.
V predlaganem projektu se bomo osredotočili na dve skupini ostankov zdravilnih učinkovin, za katere smo tekom preteklih raziskav dokazali, da so to pomembna okoljska onesnaževala; to so benzodiazepinska pomirjevala (npr. diazepam, oksazepam in bromazepam) ter kapecitabin. Benzodiazepinska pomirjevala predstavljajo grožnjo za okolje predvsem zaradi njihove pogoste terapevtske uporabe, obstojnosti v okolju in dokazanih toksičnih učinkov na vodne organizme. Kapecitabin pa je aktivna spojina v peroralnih protirakavih zdravilih, ki se z metabolizmom v telesu pretvori v citotoksičen, genotoksičen in mutagen fluorouracil ter v številne druge TP-je, ki v vodnem okolju potencialno izkazujejo podobne neželene učinke. Pri razvoju MISPE sorbentov z dobro prepoznavnostjo za ostanke benzodiazepinov in kapecitabina v vodnih matricah, pa naših raziskav ne bomo omejili le na analizo okoljskih vzorcev (odpadne in površinske vode), pač pa bomo rezultate razvoja prenesli tudi v bioanalitiko. Za ta namen bomo v vzorcih plazme, blata in tumorjev (v primeru kapecitabina) ter jeter in možganov (v primeru benzodiazepinov) testnih živali, ki so bile izpostavljene izbrani zdravilni učinkovini, določali prisotnost izhodnih zdravilnih učinkovin ter njihovih metabolitov. Da bi razširili vpliv rezultatov in pokazali interdisciplinarno naravo projekta, bomo uporabnost razvitih MISPE sorbentov preizkusili za sledeče namene: (i) ocena prisotnosti ostankov zdravilnih učinkovin v okolju, (ii) mikroekstrakcija na trdnem nosilcu in (iii) pasivno vzorčenje. S temi revolucionarnimi dosežki bomo odprli nove vidike pri razumevanju in oceni tveganja, ki ga ti ostanki zdravilnih učinkovin predstavljajo za okolje in zdravje ljudi. Pokazali bomo tudi, da se lahko MISPE sorbenti, razen v okoljski analitiki, uporabljajo še v druge namene, kot npr. v okoljskih tehnologijah, forenziki, farmacevtski in prehrambni industriji.
Pomen za razvoj znanosti
Projekt je osnovan na dejstvu, da je dandanes veliko pozornosti posvečeno razvoju novih selektivnih in občutljivih analiznih metod, ki omogočajo ekstrakcijo, izolacijo, čiščenje in koncentriranje spojin v sledovih iz kompleksnih matric. Kot možnost za povečanje selektivnosti in občutljivosti metod smo razvili MIP, ki imajo potencialno uporabo v kromatografiji, katalizi, kemijski senzoriki; ekstrakcija na trdnem nosilcu z uporabo MIP tehnologije (ang. Molecularly Imprinted Solid Phase Extraction, MISPE) pa velja za eno izmed najbolj obetavnih aplikacij MIP, bodisi na področjih analize okoljskih, bioloških ali prehranskih vzorcev. MISPE so med raziskovalci, in celo na tržišču, že uveljavljeni sorbenti, vendar, v okviru projekta smo testirali njihovo aplikacijo, za katero doslej po naših podatkih še niso bili uporabljeni. Namreč, zdravilne učinkovine se tekom metabolizma pretvorijo v metabolite, po vstopu v okolju pa tudi v produkte transformacije (TP-je), ki so, v nasprotju z izhodnimi zdravilnimi učinkovinami in njihovimi metaboliti, pretežno nepoznane spojine, z neraziskano usodo in učinki na okoljske organizme in ljudi. Nepoznani in neraziskani so zato, ker je kvantitativna analiza zdravilnih učinkovin v kompleksnih matricah omejena na vnaprej izbrano skupino tarčnih analitov, torej ne vključuje TP-jev. Tega področja se v določeni meri loteva »netarčna analiza«, ki je state-of-the-art pristop, in se za zdaj vpeljuje in tudi že izvaja samo v najbolje opremljenih evropskih laboratorijih za organsko analizo. Pri tej vrsti analize je sestava vzorca nepoznana, množica analitov je iz vidika njihovega števila in izvora neomejena, dodatno pa jo otežuje tudi kompleksnost matriksa vzorca. Naš cilj je bil, da bi z uporabo MISPE sorbentov omejili teoretično neomejeno množico analitov, ki jih obravnava »netarčna analiza«. Ideja je, da bi aktualne analite, v tem primeru ostanke zdravilnih učinkovin s poudarkom na metabolitih in nepoznanih TP-jih, iz kompleksnega vzorca izolirali in koncentrirali v fazi priprave vzorca, nato pa bi jih analizirali z uporabo metodološki pristopov, ki se uporabljajo v netarčni analizi. Rezultat projekta je potrditev temeljne raziskovalne hipoteze: Lastnost MISPE sorbentov, da selektivno vežejo, ne le tarčni analit, pač pa tudi njegove strukturne analoge, lahko izkoristimo za hkratno izolacijo izhodne zdravilne učinkovine, njenih metabolitov in TPjev. Navajamo nekaj primerov, kjer je projekt bistveno doprinesel k razvoju znanosti: - Razvoj in vpeljava netarčne analize kot temeljnega orodja za prepoznavanje, spremljanje in identifikacijo ključnih parametrov tveganja na področjih hrane, zdravja in okolja; - Pridobitev novih znanstvenih spoznanj, na katerih je osnovan nadaljnji razvoj na področju uporabe MIP tehnologije; - Aplikacija polimerov na večih področjih, kot so okoljske tehnologije, kemija okolja, medicina, forenzika, idr., ki je bistveno povečala uporabnost MIP-ov in razširila vpliv rezultatov.
Pomen za razvoj Slovenije
Najvidnejši cilj projekta je zaščita okolja in posledično zdravja ter izboljšanje kakovosti človekovega bivanja. Raziskovalni projekt je interdisciplinarno naravnan, saj združuje različna raziskovalna področja, vključno z analizno kemijo okolja, organsko kemijo in kemijo polimerov ter bioanalitiko. Zaradi interdisciplinarnosti lahko v prihodnjih letih pričakujemo vpliv rezultatov na številnih področjih, med katerimi so najvidnejša okolje in zdravstvo ter forenzika. Pomen projekta za razvoj Slovenije se kaže v: A) Izboljšana kontrola kakovosti okolja Z razvojem novih orodij za oceno kakovosti okolja smo pridobili celostno sliko onesnaženosti slovenskega okolja z ostanki izbranih zdravilnih učinkovin. Dokazali smo tudi vpliv odpadnih vod na kvaliteto površinskih vod. S planiranim nadaljnjim razvojem MIP-ov, s katerim vstopamo na področje senzorike, pa bomo kontrolo kakovosti okolja nadgradili tudi v ekonomskem in časovnem smislu. B) Uporaba MIP-ov pri recikliranju odpadne vode Predlagali smo potencialno uporabnost razvitih polimerov pri ponovni uporabi odpadne vode, kar pomeni doprinos h krožnemu gospodarstvu, ki je eden izmed strateških ciljev razvoja Slovenije. C) Vpliv na EU zakonodajo S poznavanjem identitete, prisotnosti in kroženja izhodnih zdravilnih učinkovin, njihovih metabolitov in TP-jev v slovenskem vodnem okolju, je postavljena osnova za toksikološko karakterizacijo teh zmesi in oceno tveganja, ki ga ostanki zdravilnih učinkovin predstavljajo za okolje. Še posebej pomembni so rezultati raziskav celokupne izpostavljenosti zmesem, saj omogočajo celostno oceno njihovega vpliva na okolje in zdravje človeka. S širjenjem rezultatov projekta pričakujemo, da bomo doprinesli k izboljšanju trenutne EU zakonodaje na področju kontrole in varstva okolja ter prispevali k izdelavi strategij za zmanjšanje tveganja. D) Javno dostopni podatki za pripravo ocene tveganja za okolje Smernice, ki jih določa EMEA (Odbor za uporabo zdravil v humani medicini, Smernice o oceni tveganja za okolje za zdravila za uporabo v humani medicine, 2006) zahtevajo oceno tveganja za okolje za vsa zdravila, ki so na tržišču od leta 2006. Izsledki naše raziskave o prisotnosti metabolitov in TP-jev v okolju so dostopni javnosti in bodo s tem omogočili pripravo ocene tveganja, ki ga za okolje predstavljajo ostanki zdravil v okolju. E) Izboljšanje farmakoterapije pri onkoloških pacientih Analizna metoda za določanje bleomicina v vzorcih seruma in tumorjev, ki smo jo razvili v okviru projekta, je omogočila študijo farmakokinetike in na ta način pridobitev podatkov o terapevtskem oknu, hitrosti eliminacije in razpolovnem času te učinkovine. S temi podatki smo predlagali izboljšave pri zdravljenju raka glave in vratu z elektrokemoterapijo s ciljem izboljšati učinek zdravljenja in kvaliteto življenja pri onkoloških pacientih.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2014,
2015,
zaključno poročilo
