Popularyzatorski charakter projektu: Nanotechnologia jest

Nr wniosku: 186249, nr raportu: 9197. Kierownik (z rap.): mgr Katarzyna Niemirowicz
Popularyzatorski charakter projektu:
Nanotechnologia jest interdyscyplinarną dziedziną nauki, łączącą w sobie elementy fizyki ciała stałego,
chemii i materiałoznawstwa, a jej duże możliwości aplikacyjne wynikające z możliwości połączenia
metod diagnostyki i terapii (ternostyka) powoduje dynamiczny rozwój technologii biomedycznych i
nanobiomedycyny. Nanobiomedycyna otwiera wiele nowych możliwości terapeutycznych miedzy
innymi poprzez użycie systemów kontrolowanego dostarczania leków (DDS – drug delivery systems)
oraz terapię celowaną (TT – target therapy) oraz nowoczesnych metod diagnostycznych (MRI –
magnetic rezonase imagining oraz NIR – Near-infrared spectroscopy). Nanotechnologia umożliwiła
optymalizacje (lepsza rozdzielczość obrazowania, obniżanie toksyczności poprzez specyficzne
nakierowanie, zmniejszenie efektów ubocznych terapii, zwiększona czułość i specyficzność) znanych
wcześniej metod terapeutycznych: takich jak terapia spersonalizowana, hipertermia oraz terapia
fotodynamiczna, a także diagnostycznych: obrazowanie MRI, analizy molekularne.
W ramach projektu zsyntetyzowane zostały nanocząstki magnetyczne na bazie tlenku żelaza, z powłoką
aminosilanową. Tak zsyntetyzowane nanocząstki zostały wykorzystywane jako nośniki proste bądź też
jako rdzeń w strukturach złożonych typu core-shell. Celem uzyskania nanostruktur mających
potencjalne znaczenie w terapii spersonalizowanej nanocząstki z powłoką aminosilanową zostały
poddane reakcji funkcjonalizacji za pomocą cząsteczek ligandów naprowadzających (kwasu foliowego
oraz peptydu RGD) tj. molekuł mających punkt uchwytu poprzez oddziaływanie z receptorami na
powierzchni komórek nowotworowych. Ponieważ, właściwości chemiczne jak i biologiczne
nanocząstek zależą od ich wielkości, rozproszenia, morfologii oraz struktury krystalicznej, w pierwszym
etapie prowadzonych badań wykonywana została analiza właściwości fizykochemicznych
zsyntetyzowanych nanomateriałów. Obejmowała ona: ocenę cech morfologicznych takich jak średnica
i kształt (badanie DLS, badania mikroskopowe TEM), struktury chemicznej (spektroskopia w
podczerwieni FT-IR, kalorymetria różnicowa DSC), wydajność funkcjonalizacji określająca procent
masy czynnika przyłączonego do ich powierzchni (badanie termograwimetryczne – TGA). Badania
aktywności biologicznej nanostruktur obejmowały ocenę: biozgodności z komórkami gospodarza,
właściwości przeciwdrobnoustrojowych, przeżywalności komórek nowotworowych, parametrów
farmakokinetycznych w modelach doświadczalnych w warunkach in vitro oraz in vivo.
Biokompatybilność w stosunku do komórek
gospodarza jest podstawowym kryterium w
rozpatrywaniu nanocząstek jako systemów
kontrolowanego dostarczania leków i w ramach
projektu
dokonano
oceny
aktywności
nanocząstek w stosunku do komórek krwinek
czerwonych, która wykazała ich znikomą (<10%)
aktywność hemolityczną. Dodatkowo, przy
współpracy z Zakładem Mikrobiologii UwB
wykazano iż nanocząstki w sposób selektywny
oddziaływują z komórkami drobnoustrojów, a ich Ryc. 1. Aktywność in vitro i in vivo nanoczastek
magnetycznych w stosunku do komórek gruczolakoraka
efektywność bójcza zależy od rodzaju powłoki, jelita grubego DLD-1. Zmniejszenie przeżywalności
badanego drobnoustroju oraz otaczającego komórek DLD-1 i zwiększona internalizacja nanocząstek
środowiska.
W ramach grantu badawczego sfunkcjonalizowanych kwasem foliowym (MNP@FA) do
komórek (panel A). Retencja nanocząstek MNP@FA w
przeprowadzono
analizę
właściwości jąder
guzie po 24 h i 28 dniach (panel B).
farmakokinetycznych
nanocząstek
aminosilanowych oraz sfunkcjonalizowanych powierzchniowo kwasem foliowym i peptydem RGD u
zwierząt zdrowych oraz z wyindukowanym w modelu kserograficznym nowotworze jelita grubego.
Badania wykazały, iż immobilizacja ligandów naprowadzających na powierzchni nanostruktury
przyśpiesza proces eliminacji nanocząstek z organizmu zwierząt zdrowych. Natomiast w przypadku
myszy z wyindukowanym nowotworem obecność kwasu foliowego na powierzchni nanocząstek
skutkuje zwiększonym powinowactwem nośnika w stosunku do komórek nowotworowych, co
potwierdzono poprzez zwiększoną internalizację nanocząstek w warunkach in vitro oraz wydłużony
czas retencji w wyindukowanym nowotworze jelita grubego (Ryc. 1). Otrzymane wyniki zbliżają coraz
bardziej syntetyzowane nanostruktury do ich praktycznych zastosowań we współczesnej medycynie
poprzez aplikacyjność na poziomie diagnostycznym w detekcji i obrazowaniu komórek
nowotworowych oraz w terapii celowanej, której podstawowym założeniem jest zmniejszenie ilości
podawanego leku z precyzyjnym ukierunkowaniem go do docelowej tkanki lub struktury.