Projekti / Programi
Nanoteranostiki na osnovi magnetno odzivnih materialov
| 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 |
Nanoteranostiki, nanodostavni sistemi, zdravljenje raka, superparamagnetni nanodelci železovega oksida, anizotropne magnetne nanoverige
Raziskovalci (20)
Organizacije (3)
Povzetek
Dandanes predstavljajo rakava obolenja velik izziv v zdravstvu, saj vsako leto za to boleznijo v Evropi zboli 3 milijone ljudi. Razpoložljiva zdravila in terapevtski pristopi so le omejeno učinkoviti in pogosto povezani z resnimi neželenimi stranskimi učinki, ki so posledica nespecifičnega porazdeljevanja učinkovin, kar lahko preprečimo ali omejimo z njihovim vgrajevanjem v napredne dostavne sisteme. Poleg učinkovitega zdravljenja bolezni je dandanes vse večji poudarek na razvoju novih metod, ki bi omogočale zgodnje odkrivanje bolezenskih sprememb tj. razvoj učinkovite diagnostike. Tako so na področju zdravljenja raka danes zelo aktualne raziskave teranostikov. To so sistemi, ki so sestavljeni iz diagnostične (npr. nanodelci železovega oksida) in terapevtske komponente (zdravilna učinkovina) ter omogočajo sočasno zdravljenje (terapijo) in diagnosticiranje oz. spremljanje bolezni. Običajno razvoj takšnih sistemov zahteva uporabo sodobnih nanotehnoloških pristopov. V literaturi najdemo številne primere nanoteranostikov, kjer je dostavni sistem za učinkovino polimerne narave, znani pa so tudi nanoteranostiki na osnovi anorganskih materialov, kot so porozne strukture amorfnega silicijevega dioksida (silike). Takšni sistemi so kemijsko in termično stabilni, biokompatibilni in omogočajo nadzorovano sproščanje vgrajenih učinkovin, zato so zelo zanimivi na področju dostave učinkovin.
Osnovni cilj predlaganega projekta je s sintezo specifičnih znanj in dognanj s področja materialov in farmacevtske nanotehnologije razviti platformo za pripravo naprednih nanoteranostikov za uporabo v terapiji rakavih obolenj. Izhajali bomo iz superparamagnetnih nanodelcev železovega oksida. Ker pa so le-ti v gradientu magnetnega polja praktično neodzivni, bomo pripravili skupke superparamagnetnih nanodelcev (SSN), ki so zaradi večjega volumna magnetne faze magnetno odzivni ter v optimalnih magnetnih poljih tvorijo različne nanostrukture, ki imajo velik potencial za pripravo inovativnih magnetno odzivnih nanomaterialov. SSN omogočajo poleg magnetne vodljivosti tudi vizualizacijo sistema z magnetnim resonančnim slikanjem, saj so superparamagnetni nanodelci dobro kontrastno sredstvo. SSN bomo v prisotnosti magnetnega polja uredili v verigam podobne strukture in jih fiksirali v ogrodje iz silike ter tako pripravili inovativen multifunkcionalen nanomaterial – magnetne nanoverige (MNV). Velik izziv bo predstavljal razvoj metode za pripravo ločenega prostora oziroma rezervoarja znotraj MNV, ki bo namenjen vgrajevanju zdravilne učinkovine. Priprava podobnih votlih MNV kot dostavnih sistemov za učinkovine do danes še ni bila opisana v znanstveni literaturi. Prav tako bo inovativno vgrajevanje modelne učinkovine in modifikacija površine z modelno učinkovino napolnjenih MNV s ciljem doseči nadzorovano sproščanje. Razvoj nanoteranostika na osnovi magnetno odzivnih nanomaterialov bo temeljil na naslednjih delovnih sklopih (DS):
DS1. Razvoj postopka izdelave MNV
DS2. Priprava nanoteranostika na osnovi MNV
DS3. Fizikalno-kemijsko in tehnološko vrednotenje MNV
DS4. Biološko vrednotenje MNV in vitro
Rezultat projekta bodo nova znanja s področja sinteze in vrednotenja novih magnetno odzivnih nanostruktur ter poznavanja in načrtovanja njihovih lastnosti za uporabo v biomedicini. Hkrati pa bo pomemben rezultat projekta tudi razumevanje interakcij med MNV in celicami ter celični odziv nanje, kar je pomembno z vidika zagotavljanja varnosti nanometerialov. Pričakujemo, da bo predstavljen koncept izhodišče za nadaljnji razvoj nanoteranostikov na osnovi MNV, ki bodo pomenili pomemben klinični in znanstveni preboj na področju terapije in diagnostike rakavih obolenj.
Pomen za razvoj znanosti
Nanomateriali predstavljajo velik izziv v različnih znanstvenih disciplinah; vsaka s specifičnimi pogledi na njihove lastnosti in prednosti. Z našim pristopom bomo skušali povezati znanja različnih disciplin in jih ciljano usmeriti v razvoj platforme za pripravo naprednih nanoteranostikov za uporabo v terapiji rakavih obolenj. Čeprav je dandanes poznana že vrsta različnih nanoteranostikov, njihove lastnosti še zdaleč niso povsem raziskane in izkoriščene, zato je njihov nadaljnji razvoj zelo aktualen. Tako predlagana raziskava sledi najnovejšim spoznanjem in odkritjem na področju raziskav nanomaterialov, ki jih skuša implementirati v procesu načrtovanja in razvoja nanoteranostika s protirakavo učinkovino. Obetavna nanomateriala za uporabo v biomedicini predstavljajo superparamagnetni nanodelci železovega oksida in nanodelci silike, ki v predlaganem projektu predstavljajo izhodna nanomateriala za izdelavo inovativnega nanoteranostika. V okviru predlaganega raziskovalnega projekta bodo raziskave usmerjene v razvoj novih magnetno-odzivnih hierarhičnih struktur na osnovi skupkov superparamagnetnih nanodelcev tj. MNV. Čeprav je bila priprava MNV že objavljena, bomo za njihovo pripravo uporabili izviren pristop; prav tako pa je tudi njihov razvoj za uporabo na področju biomedicine inovativni prispevek predlaganega projekta. Nanoteranostik na osnovi MNV bo predstavljal novost na področju zdravljenja rakavih obolenj in bo omogočal sočasno diagnostiko (MRI) in kontrolirano dostavo protirakave učinkovine.
Naše raziskave na področju priprave magnetno odzivnih nanoteranostikov so pomembne za razumevanje vpliva nanomaterialov na žive sisteme in s tem za razvoj nanobiomedicine na eni strani in nanotoksikologije na drugi. Predstavljen projekt bo tako pomembno vplival na večjo povezanost raziskovalcev iz različnih znanstvenih disciplin kot so farmacija, materiali, biologija in medicina. Interdisciplinarnost projektne skupine pa bo vodila v nove smeri raziskav in v nove znanstvene preboje.
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 trgu. Tudi naše raziskave so usmerjene h konkurenčnosti slovenskega gospodarstva. Z znanjem in izkušnjami, ki bodo plod projekta, bomo lahko nadaljevali tesno sodelovanje s podjetjem Lek Pharmaceuticals (Sandoz company), ki temelji na skupnem razvoju novih zdravil na osnovi magnetnih nanodelcev (sodelovanje z Institutom Jožef Stefan, Odsekom za sintezo materialov). Čeprav so predlagane raziskave predvsem temeljne, dejanska uporaba pa precej oddaljena, je lahko pridobljeno znanje praktično pomembno v sodelovanju s slovenskimi farmacevtskimi podjetji. Nova znanja pridobljena v okviru projekta lahko implementiramo v razvoj nanoteranostikov za zdravljenje rakavih bolezni in širše, kar bo omogočilo hitrejši razvoj sodobnih zdravil. Glede na inovativnost zastavljenega projekta pričakujemo patentno zaščito intelektualne lastnine, kar vodi v možnost trženja znanja in izdelkov že uveljavljenim podjetjem ali ustanovitev novih »spin-off« podjetij. Izkušnje, ki bodo plod raziskav predlaganega projekta, bodo osnova novim izdelkom, ki jih bo »spin-off« podjetje Instituta Jožef Stefan Nanos Scientificae d.o.o. (www.nanos-sci.com) lahko neposredno ponudilo na mednarodnem trgu. Naš projekt torej uresničuje enega od temeljnih ciljev strategije razvoja Slovenije - to je neposreden prenos znanja iz akademske sfere v gospodarstvo.
Po drugi strani se moramo zavedati, da se s staranjem prebivalstva incidenca rakavih obolenj povečuje, za njihovo zdravljenje pa posledično potrebujemo učinkovite nove pristope zdravljenja in inovativna zdravila. Z izdelanimi nanoteranostiki na osnovi magnetnih nanoverig lahko dosežemo dostavo učinkovin na tarčno mesto v organizmu in spremljanje zdravljenja (MRI), zato bo zdravljenje bolj učinkovito, stroški pa manjši. Poleg tega lahko z uporabo naprednih nanoteranostikov povečamo komplianco zdravljenja in prispevamo k izboljšanju kakovosti bolnikovega življenja.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
