Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Analiza možnih škodljivih učinkov nanodelcev in spremljajočih mehanizmov - od fizikalno-kemijske ter in vitro karakterizacije do aktivacije prirojenega imunskega sistema

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
7.00.00  Interdisciplinarne raziskave     

Koda Veda Področje
B000  Biomedicinske vede   

Koda Veda Področje
2.10  Tehniške in tehnološke vede  Nanotehnologija 
Ključne besede
nanodelci, imunotoksičnost, prirojeni imunski sistem, proteinska korona, fizikalno-kemijska karakterizacija
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (23)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  36454  dr. Maruša Bizjak  Biokemija in molekularna biologija  Mladi raziskovalec  2016 - 2018  31 
2.  37546  dr. Janja Božič  Medicina  Raziskovalec  2018  30 
3.  19411  dr. Vladimir Boštjan Bregar  Materiali  Vodja  2016 - 2018  105 
4.  28476  dr. Nataša Drnovšek  Materiali  Raziskovalec  2016 - 2018  87 
5.  52538  Jan Gregorec  Biotehnologija  Raziskovalec  2018 
6.  06628  dr. Roman Jerala  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2016 - 2018  1.194 
7.  18619  dr. Maša Kandušer  Farmacija  Raziskovalec  2018  162 
8.  00412  dr. Igor Križaj  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2016 - 2018  730 
9.  18802  dr. Adrijana Leonardi  Biokemija in molekularna biologija  Raziskovalec  2016 - 2018  157 
10.  34385  dr. Jasna Lojk  Metabolne in hormonske motnje  Raziskovalec  2016 - 2017  68 
11.  34138  dr. Martina Lorenzetti  Materiali  Raziskovalec  2016  54 
12.  39583  Petra Malavašič  Biokemija in molekularna biologija  Tehnični sodelavec  2016 - 2017  32 
13.  21426  dr. Mateja Manček Keber  Farmacija  Raziskovalec  2016 - 2018  159 
14.  04292  dr. Saša Novak Krmpotič  Materiali  Raziskovalec  2016 - 2018  669 
15.  26163  dr. Gabriela Panter  Biotehnologija  Raziskovalec  2016  45 
16.  19225  dr. Mojca Pavlin  Sistemi in kibernetika  Raziskovalec  2016 - 2018  264 
17.  37589  dr. Tina Tinkara Peternelj  Mikrobiologija in imunologija  Raziskovalec  2016  40 
18.  30710  dr. Sonja Prpar Mihevc  Nevrobiologija  Raziskovalec začetnik  2016 - 2017  108 
19.  15813  dr. Boris Rogelj  Nevrobiologija  Raziskovalec  2016 - 2018  412 
20.  37508  dr. Klemen Strojan  Biotehnologija  Raziskovalec  2016 - 2018  25 
21.  38850  dr. Nives Škorja Milić  Nevrobiologija  Tehnični sodelavec  2016  18 
22.  10974  dr. Irena Zajc  Biokemija in molekularna biologija  Tehnični sodelavec  2017  134 
23.  51691  Ažbe Žnidaršič    Tehnični sodelavec  2018 
Organizacije (3)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0104  Kemijski inštitut  Ljubljana  5051592000  21.100 
2.  0106  Institut "Jožef Stefan"  Ljubljana  5051606000  91.408 
3.  1538  Univerza v Ljubljani, Fakulteta za elektrotehniko  Ljubljana  1626965  27.861 
Povzetek
Kljub vse širši uporabi in izpostavljenosti nanodelcem (ND), ostajajo odprta mnoga vprašanja, ki zadevajo varnost le teh. Nedavno sta se pojavili dve novi temi v zvezi z različnimi tipi ND, imunogenost in imunotoksičnost. Vprašanji sta še posebej aktualni za različne industrijsko pridobljene ND in tveganja za enkrat še niso dobro poznana oziroma raziskana. Interakcije med ND in imunskim sistemom (IS) so slabo poznane tudi zaradi zapletenosti in znotraj vrstne variabilnosti IS ter velikega nabora poznanih ND. Številne študije so pokazale pomembnost natančne karakterizacije ND v fiziološko pomembnih medijih in pomembnost razumevanja proteinske korone za razumevanje toksičnosti ND. Novejše študije poudarjajo tudi pomen razumevanja vpliva ND na IS, še posebej omejeno je razumevanje povezave med fizikalno-kemijsko karakterizacijo in IS; samo nekaj študij je povezalo analizo proteinske korone z aktivacijo IS. V sklopu tega projekta bomo izvedli temeljito fizikalno-kemijsko karakterizacijo lastnih biomedicinskih ND (oplaščenih s PAA in PEI) in izbranih industrijsko uporabljanih ND (TiO2, SiO2, Ag). Pred in vitro testiranji, bomo ND testirali na prisotnost nečistot in endotoksinov, ki bi lahko aktivirali IS neodvisno od ND. Nadaljevali bomo z analizo proteinske korone, ki nastane na površini ND pri različnih fiziološko pomembnih pogojih (različne koncentracije govejega seruma, primerjava govejega in človeškega seruma). Posebej se bomo usmerili v analizo proteinov, ki so povezani z IS, kot so na primer komponente sistema komplementa in različni imunoglobulini (npr. protitelesa). Preverili bomo, če so izbrani ND sposobni aktivirati sistem komplementa, kar je do sedaj dobro definirano samo za nekaj biomedicinskih ND. Adsorpcija molekul na površino ND kritično določa kako bodo ND vplivali na celice IS in sprožali le tega. Interakcijo ND s celicami prirojenega IS (celične linije makrofagov in nevtrofilcev, primarni humani makrofagi) bomo opazovali na morfološkem nivoju (privzem, znotraj celična pot) in na fiziološkem nivoju (aktivacija in zorenje celic, izločanje citokinov, aktivacija izbranih prepisovalnih dejavnikov). Preučili bomo tudi vpliv ND na funkcionalnost celic IS po izpostavitvi ND. Sodelovanje med vodilnimi slovenskimi skupinami iz vsakega izmed področij nam bo omogočilo povezati rezultate v obširno analizo interakcij med ND in prirojenim IS: od natančne fizikalno-kemijske karakterizacije in sestave proteinske korone do interakcij med ND in prirojenim IS in njihovih posledic. Pridobljeno znanje bo nam in drugim omogočilo oceno morebitnih škodljivih učinkov ND na celice prirojenega IS, prav tako bo znanje doprineslo k izvajanju načela »safer by design« pri sintezi novih ND.
Pomen za razvoj znanosti
V tem projektnem predlogu želimo uveljaviti interdisciplinarni pristop, ki bi vključeval fizikalno-kemijsko karakterizacijo, in vitro teste toksičnosti, napredno kemijsko analizo materialov, biokemijsko karakterizacijo proteinske korone in analizo aktivacije prirojenega IS. Področje je kot zanimivo prepoznala tudi Evropska komisija, ki spodbuja raziskovanje imunogenosti in imunotoksičnosti ND. Študij, ki bi raziskovale efekt ND na IS ni veliko, tudi mehanizmi preko katerih ND vplivajo na ID so slabo poznani. Interakcija ND s fiziološko pomembnimi mediji vpliva na njihovo stabilnost (velikost) in zeta potencial (naboj) ter posledično na njihovo toksičnost in imunogenost. Karakterizacija v fizioloških medijih je torej ključna. Zelo pomembna je tudi analiza proteinske korone, saj lahko interakcija ND s proteini privede do konformacijskih sprememb le teh, kar lahko posledično vodi v aktivacijo receptorjev IS. Aktivacija sistema komplementa, ključnega dela prirojenega IS, bo analizirana v povezavi z DS2 in DS3. ND lahko spremenijo delovanje celic IS oziroma na njih delujejo toksično, zato bomo izvedli nabor eksperimentov, ki bodo ocenili morfološke spremembe, viabilnost, proliferacijo in sproščanje citokinov pri različnih celicah IS. Obstaja veliko študij, ki so preučevale fizikalno-kemijsko karakterizacijo, in vitro toksičnost, kemijsko analizo, biokemijsko karakterizacijo proteinske korone ali aktivacijo IS, študij, ki bi povezale fizikalno-kemijsko karakterizacijo, analizo proteinske korone in aktivacijo IS pa je izredno malo. Naš cilj je povezati vsa ta področja znotraj ene študije za vsako posamezno vrsto ND. To nam bo omogočilo boljše razumevanje mehanizmov, ki so odgovorni za imunotoksičnost ND. Da bi se izognili artefaktom, morajo biti vsi testirani ND brez nečistot in endotoksinov. Z določanjem le teh, bomo poudarili pomen takšnih raziskav pred določanjem imunotoksičnosti ND. Izpeljava tega projekta nam bo omogočila da: i) prispevamo k oceni potencialnih škodljivih učinkov ND in s tem povezano aktivacijo IS, ii) povežemo fizikalno-kemijsko karakterizacijo, teste toksičnosti, kemijsko analizo, biokemijsko karakterizacijo proteinske korone in analizo aktivacije prirojenega IS v smiselno celoto, iii) analiziramo mehanizme aktivacije prirojenega IS s strani ND in iv) uporabimo princip »safer by design« pri pripravi novih formulacij ND.
Pomen za razvoj Slovenije
Tekom tega projekta bomo pridobili nova znanja o interakcijah med nanodelci in različnimi celicami prirojenega imunskega sistema z vidika fizikalno-kemijskih lastnosti nanodelcev ter sestave proteinske korone. Analizirali bomo povezavo med lastnostmi površine nanodelcev in sestave na tej površini nastale proteinske korone, kar nam bo pomagalo boljše razumeti stabilnost in proces destabilizacije nanodelcev v različnih fizioloških medijih, kot so rastni mediji za celične kulture ali kri. Poznavanje destabilizacije v fizioloških razmerah je ključno, s, vse to pa vpliva tudi na njihovo toksičnost. Poleg tega bomo rezultate, pridobljene na trajnih celičnih linijah, primerjali z odzivi primarnih človeških celic, ter vpliv prisotnosti humanega ali telečjega seruma, kar nam bo omogočilo ovrednotiti relevanco rezultatov pridobljenih v standardnih in vitro razmerah za prenos v in vivo. Znanje, pridobljeno v tem projektu, je uporabno za razvoj novih, varnejših nanodelcev, nanonosilcev in drugih nano-materialov, ki ne aktivirajo imunskega sistema oz ga aktivirajo na željen in kontroliran način. To znanje lahko v praksi uporabijo predvsem biotehnološka in farmacevtska podjetja, pa tudi industrija, ki uporablja nanodelce v industrijskih izdelkih.   V sodelovanju s skupinami iz komplementarnih raziskovalnih področij (nanotehnolgija, imunologija, celična biologija, kemija, biotehnologija) bomo razvili nabor protokolov za celovito analizo in testiranje nanodelcev: od fizikalno-kemijske karakterizacije, analize nečistot, analize proteinske korone in analize interakcij med nanodelci in celicami. Takšna celovita analiza do sedaj v Sloveniji ni bila izvedena in mi, kot tudi druge zainteresirane raziskovalne skupine in industrija, bodo lahko to znanje in protokole koristile za analizo novih formulacij nanodelcev. Takšne temeljite analize, testiranja nanotoksičnosti in še posebej imunotoksičnosti so nujne pri uvedbi katerihkoli novih formulacij nanodelcev in na nanodelcih osnovanih aplikacij in so lahko pomembne smernice za testiranja v industriji. Boljše razumevanje mehanizmov v kombinaciji s tehnikami in protokoli bo izboljšalo analizo novih nanomaterialov v industrijskih aplikacijah že v razvojni fazi in povečalo varnost industrijskih nanomaterialov še preden pridejo na tržišče.   Evropska komisija je toksičnost nanodelcev in z njimi povezana tveganja prepoznala kot problem in spodbuja testiranja imunotoksičnosti in imunogenosti nanodelcev. Ta projekt predstavlja močno osnovo za morebitni evropski projekt, saj bomo pridobili potrebno znanje in razvili protokole za temeljito testiranje odziva celic prirojene imunosti na prisotnost nanodelcev. To znanje se lahko uporabi za testiranje novih formulacij nanodelcev preden pridejo na tržišče ali v okolje, s čimer bomo vplivali tako na boljše javno zdravje kot tudi na zaščito okolja. Novo znanje bo tudi omogočilo razvoj protokolov za hitrejše testiranje imunotoksičnosti in imunogenosti nanodelcev.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Vmesno poročilo, zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Vmesno poročilo, zaključno poročilo
Zgodovina ogledov
Priljubljeno