Semmelweis KutatóegyetemTechnológia Modul

2011. június 14.

1. SE Nanokémiai Központ2. SE Nanomedicina Oktatási és Kutatási Központ3. SE Gyógyszerkutatási és Gyógyszerbiztonsági Centrum4. SE Orális Radiológiai Részleg5. SE Molekuláris Orális Biológiai Kutatócsoport (MOLOR)

a. SE FOK Orálbiológia, Mágneses Jelenségek Kutatócsoport6. SE TF Egészségtudományi és Sportorvosi Tanszék/Szentágothai

János Tudásközpont

TECHNOLÓGIA MODUL

Bioanyagok – nanotechnológiától a mesterséges szövetekig

Résztvevők:

1. NANOKÉMIAI KÖZPONTBIOANYAGOK ÉS BIOMIMETIKUS ANYAGOK KUTATÁSI ÉS OKTATÁSI KÖZPONT

Célok:1.Biokompatibilis és/vagy biodegradábilis tulajdonságokkal rendelkező polimer implantátumok2.Nano mérettertományba eső „tissue engineering”-hez használható mátrixok3.Szabályozott- és célba juttatott hatóanyag-leadáshoz használható hordozók4.Molekuláris felismerésre (molecularly imprinting) alkalmas biomimetikus receptorokat tartalmazó polimergélek5.Tervezhetően lebomló biodegradábilis polimerek6.Önszerveződő (self assembly) strukturák7.Mesterséges izmok kifejlesztése.

Bioanyagok: az élővilágot alkotó, az élő szervezetek által előállított, vagy befogadott (szintetikus) anyagok

pH-változással vezérelhető hatóanyagleadás Mesterséges izom

Lokális kontrakció

Változatos alakú és méretű (nm-cm), biodegradábilis polimer

Hatóanyag molekulák

Polimérbe zárt

hatóanyag

N

O

O

polimer

polimern

NaOH

p

NH

O

O

OH

NH

OO

OH

polimerpolimer

rβ-Asp α –AspPoliszukcinimid

(PSI)Poliaszparaginsav (PASP)

n

m p

t

s

r

N

O

N

O

O

RNH

O

O

NH

O

NH

S

S

N

O

O

N

O

O

R

NH

O

O

NH

NH

O

N

O

O

O

NH

R

NHN

O

O

R

OO

NH2NH2

NH2

SS

NH2

Biokompatibilis és biodegradábilis poliaminosav-géleket állítottunk elő. Az optimális mechanikai és duzzadási tulajdonság elérése érdekében a hálóláncok különböző oldalcsoportokkal funkcionalizáltuk.

PSI Polimer szintézise

Elektrospinninggel előállított rostok

AFM képe

PSI gélgömb fázisátalakulása

Tanulmányoztuk a biokompatibilis gélek pH és só érzékenységét, valamint a duzzadási folyamat mechanizmusát és kinetikáját. Elektro-spinning technikával nano- és mikrométer vastagságú gélszálakat állítottunk elő.

Jól definiált, ugrásszerű változás a duzzadásfokban a környezeti paraméterek változ(tat)ására:pHHőmérsékletFémion-koncentrációRedoxpotenciál

Magnetit nanorészecskék előállítása és stabilizálása

FeCl2, FeCl3

lúgos hidrolízis

Fe3O4

Adszorpció magnetit felületénElőállítás

n

Citrát(CA)

Na-oleát(NaOA)

Poliakrilát(PAA)

•A stabilizált magnetit nanorészecskék nagy negatív felületi töltéssel rendelkeznek és egységesen karboxil csoporttal borított a részecskék felülete.

•Stabil mágneses folyadékokat állítottunk elő.

Primer részecskeméret: ~10 nmHidrodinamikai átmérő: ~ 100nm

2. NANOMEDICINA OKTATÁSI ÉS KUTATÁSI KÖZPONTHARMADIK GENERÁCIÓS LIPOSZÓMÁK FEJLESZTÉSE

Liposzómák: a célzott terápia eszközei

• Fejlesztésnél gyorsabb elfogadás – jóval kevesebb fejlesztési költség (30 év helyett 8 év)• Csak a tumor területére kerül citosztatikum (lásd ábra), ezért nem lesznek mellékhatások

(hányás, hasmenés, hajkihullás stb.)• 30%-kal kisebb a gyógyítási költség a mellékhatások csökkenése miatt

PEG védőréteg

Kristályosvegyület a vizes fázisban

Lipid-oldékony vegyület

Ellenanyag

Lipid kettős réteg

Célkitűzés: intelligens liposzómák fejesztése

Liposzómák EM felvételen Liposzóma funkcionalizálás Szabad és liposzómába zárt gyógyszer eloszlásának összehasonlítása

Ellenanyagok, fehérjék Sejten belüli célzás (pl. mitokondiumok)

Internalizáció: raftok, caveolák degítségével

+ siRNANeurodegeneratív

betegségek korrekciója ?A multidrog transzportereket kikerüli, (nagy hatékonyság)

Harmadik generációs liposzómák: sejten belüli célbajuttatást tesznek lehetővé

2. NANOMEDICINA OKTATÁSI ÉS KUTATÁSI KÖZPONTHARMADIK GENERÁCIÓS LIPOSZÓMÁK FEJLESZTÉSE

DE:Liposzómába csomagolt doxorubicin (Doxil) hatására bizonyos esetelben CARPA:Complement Activation Related Pseudo Allergy

A CARPA reakció röviden:1.Complement aktiválódás2.Tüdőkeringés összeomlása3.Szívelégtelenség4.Fatális végkimenet

Lehetséges megoldás:Complement gátló fehérje alkalmazása

• Complement Receptor 1 (CR1)– VVS felszínen sok van

• Géntechnikával előállított solubilis sCR1

– Liposzómához nem kötődik– Lipid oldékony “farok” hozzádása

– kötődést tesztelni kell – hipotézis – a kötéssel a

complement gátló hatás nő (kompetens fehérje konformáció membránhoz kötve alakul ki) -20

0

20

40

60

80

100

120

140

*

*

ControlLipo

Negativecontrol

Saline+serum+contr.lipo

"B"solute200 µg/ml+serum+contr.lipo

"A"solute200 µg/ml+serum+contr.lipo

Zym+"B"Lipo200 µg/ml+serum

Zym+"A"Lipo200 µg/ml+serum

Zym+"B"solute200 µg/ml+serum

SC

5b

-9 c

on

cen

tra

tion

(n

g/m

L)

Zym+ saline+serum

Saline+ serum

Zym+"A"solute200 µg/ml +serum

Positivecontrol

*

p< 0.05, Paired Student t-test, compared to the positive control

200 ug/ml

sCR1 magában nem gátoltsCR1 liposzómával nem gátolt

fCR1 magában nem gátoltfCR1 liposzómával gátlás

5. MOLEKULÁRIS ORÁLIS BIOLÓGIAI KUTATÓCSOPORT (MOLOR)

RegenerációAlveoláris csont

Periodontális ligamentum

Cement, Dentin, Pulpa, Zománc

Kollagén, fibronektin, fibrin,

proteoglikán

Habok és rostok

Gélek és membránok

Nanostruktúrák

Nanoszerkezet

TGFß / BMP, FGF, WNT, Hedgehog, VEGF

Szignálok

Felnőtt, embrionális csontvelői

foggyökérhártya őssejt, fogbél őssejt

Sejtek

Háttér: A regeneratív fogászat triádja - őssejtek, nanoegységekből felépülő szerkezeti elemek és bioaktív szignálok

Célkitűzés: őssejt alapú, nanostrukturákra épülő szöveti regenerációs technológiák fejlesztése

Metodika: Foggyökérhártya alapú őssejtekre épülő szöveti regenerációs technológiák fejlesztése

5. MOLEKULÁRIS ORÁLIS BIOLÓGIAI KUTATÓCSOPORT (MOLOR)

RÉSZLEGES VAGY TELJES FOG-REGENERÁCIÓ

Őssejtektenyésztése

Őssejtekkinyerése

Differenciáltatásepitheliális-mesenchymális komplexummánanoszerkezeti elemekkel

A fogbél eredetű őssejtek neurogén irányba is differenciálódhatnak!

Nap

Hideglézió Beültetés

Gazdaállat

Feldolgozás

Neurológiai tesztek

IDEGRENDSZERI REGENERÁCIÓ

Az elődifferenciált DPSC eredetű sejtek jelentős számban beépülnek a patkány agy progenitor zónáiba

Király et al., 2011

Az elődifferenciált, Vybrant DiD-del festett DPSC eredetű sejtek jelentős számban mutatják neuronális fehérjék expresszióját a

beültetést követő négy hét elteltével

Király et al., 2011

Konklúzió• In vivo eredményeink szerint a beültetett, neuronálisan

elődifferenciáltatott DPSC eredetű sejtek morfológiai és funkcionális integráción mennek át patkány agyba ültetve.

• Immunhisztokémiai és elektrofiziológiai adataink bizonyítják, hogy a Vybrant DiD-del jelzett DPSC sejtek jól követhetők, és jó modellül szolgálhatnak a neuro- és gliogenesis in vivo vizsgálatára.

• Hidegléziós agysértést követően ezek a sejtek mind neuron-specifikus markereikben, mind elektrofiziológiai tulajdonságaikban progressziót mutatnak, s hasonlóan viselkednek, mint az agy progenitor zónáiban, az SVZ, SGZ and SCZ zónákban található endogén progenitor sejtek.