Raziskovalni projekti

VSEBINSKI OPIS PROJEKTA

UVOD: Med najbolj obetavnimi aplikacijami nanotehnologij v medicini so diagnostika, zdravljenje in preprečevanje Alzheimerjeve demence (AD), na drugi strani pa poročajo, da naj bi bili nanomateriali tudi povzročitelji nevrodegenerativnih bolezni. Brez dvoma bo prihodnost nanotehnologije temeljila na ravnovesju med njihovimi učinki.

Demenca in staranje prebivalstva se umeščata v globalne prednostne osi v raziskovalni in zdravstveni politiki. Vodilni partner predlaganega projekta, prof. dr. Damjana Drobne, koordinira steber "Aktivno in zdravo staranje" v okviru strateškega področja Zdravje-medicina SRIP, kjer je poudarek na  različnih vidikih nevrodegeneracije (http://www.sis-egiz.eu/en/activities/srip/).

Osnovni vzrok AD še ni popolnoma jasen in trenutno ne poznamo zdravila, ki bi lahko zaustavilo ali spremenilo potek nevrodegeneracije. Zaradi tega dejstva postajajo raziskave in vedenje na področju  preventive vse pomembnejše. Nanotehnologije ponujajo številne nove možnosti pri nevropreventivi, saj je nanomateriale mogoče uporabiti tako za prenašanje antioksidantov kot tudi blažilcev simptomov AD (inhibitorjev holinesteraz) ter v razvoj  biomarkerjev za zgodnjo diagnostiko nevrodegeneracije in pri razvoju novih pristopov zdravljenja.

CILJ: Cilj predlaganega projekta je pridobivanje novega znanje za varno uporabo nanomaterialov v nevropreventivi, za preprečevanje nevrotoksičnosti in pri zgodnji diagnostiki nevrodegeneracije.

Materiali in metode: Predlagani projekt je organiziran v tri med seboj povezane faze. Raziskali bomo interakcije med nanomateriali ter nevronskimi in endotelnimi celicami in vitro (Faza I) ter vpliv nanomaterialov na in vivo modelni sistem z zarodki zebrice (faza II). V fazi III bomo biomarkerje validirali na vzorcih krvi bolnikov z nevrodegenerativnimi motnjami. Ključni cilj projekta je izdelati proteinski prstni odtisi nanomaterialov (proteinsko korono)  inkubiranih v serumu zdravih in obolelih oseb, ki bi ga uporabili za zgodnje diagnosticiranje nevrodegeneracije.

Za potencialne biomarkerje nevrotoksičnosti smo izbrali:

• sestavo in številčnost eksosomov, veziklov, ki jih izločajo celice z namenom signaliziranja, ter
• spremembe v količini in tipu acetilholinesteraze, ključnem encimu pri prenosu živčnega signala in medceličnem komuniciranju  izven živčnega sistema. Novost naše raziskave je
• proučevanje oblikovanja proteinske korone na površini nanomaterialov (proteinski prstni odtis nanomataerialov).

Predpostavljamo, da se proteinska sestava seruma bolnikov z AD in zdravih posameznikov razlikuje, zato se bo razlikovala tudi proteinska korona.  Naše predhodne študije so pokazale, da serumska proteinska korona vsebuje tudi nekatere proteine značilne za nevrodegenerativna in vnetnostna stanja (Sopotnik et al., 2015). Ta pristop želimo dodelati in implementirati v zgodnjo diagnostiko nevrodegeneracije.

RAZPRAVA: Rezultati predlaganega projekta bodo ključnega pomena za prepoznavanje lastnosti nanomaterialov kot sta nevrotoksičnost in nevroprotektivnost. S pomočjo oblikovane serumske proteinske korone na nanomaterialih bomo naredili korak naprej pri uporabi proizvodov nanotehnologije pri obravnavi nevrodegenerativnih bolezni.

KONZORCIJ: Vodilni partner projekta je član konzorcija, ki je predložil COST projekt z naslovom Evropska mreža za Alzheimerjevo bolezen (EUNAD, OC-2017-1, referenca za predlog OC-2017-1-22432). COST konzorcij predpostavlja, da se AD začne kot kronična bolezen srca in ožilja in ne izvira iz centralnega živčnega sistema. Za potrebe tega projekta pa sodelujejo slovenski strokovnjaki z ekspertizami na področjih celične biologije in mikroskopije (UL MF), biofizike membran (UL FE), zdravstvenih ved (UL FHS), biokemije in molekularne biologije (IJS) ter analitične kemije in laserske spektroskopije (UNG). Vodilni partner izkazuje znanstveno odličnost na področjih  nanotoksikologije, bio-nano interakcij, holinesteraz ter razvoja biomarkerjev.

FAZE PROJEKTA IN NJIHOVA REALIZACIJA

Projekt je razdeljen na tri medsebojno povezane faze. Te so sestavljene iz naslednjih delovnih sklopov (slika 1).

Slika 1. Podrobni organizacijski načrt delovnih sklopov (WP) in izvedbe. Puščice ponazarjajo medsebojno povezavo med fazami in delovnimi sklopi.

Projekt bo razdeljen na delovne sklope (WP) (tabela 1)

Tabela 1. Časovni razpored projekta s fazami in delovnimi sklopi (WP).

• WP1: Študije modelov nevronskih celic in vitro: modeli celic: SH-SY5Y, NT2, PC 12 (UL BF, UL FE, UNG).
• WP2: Študije človeških endotelijskih celic v študijah in vitro (HUVECs) (UL BF, UL MF, IJS).
• WP3: In vivo nevrotoksičnost in škodljivi učinki na razvoj: modelni organizem D. rerio (UL BF, UNG).
• WP4: Ex vivo testiranje: človeška kri bolnikov z AD in zdravih posameznikov (UL BF, UL FHS).
• WP5: Implementacija testa za poenostavljeno oceno nevrotoksičnosti in vrednotenje snovi z nevroprotektivnim potencialom (vsi partnerji).

Projekt se bo začel s preizkusi in vitro (faza I) in se nadaljeval z raziskavami in vivo in ex vivo. Vse faze projekta imajo enega ali dva delovna sklopa in enega ali dva mejnika, ki jih je treba doseči pred začetkom naslednje faze (slika 2). V sliki 2 so opisani glavni mejniki, ki zajemajo identifikacijo biomarkerjev in vitro, rezultate testiranja različnih substanc in vitro, preverjanje učinkov substanc in vivo, rezultate validacije biomarekrjev ex vivo in kot zaključek izdelavo postopka za visoko zmogljivostno testiranje proteinskega prstnega odtisa nanomaterialov ob inkubaciji v različnih medijih.

  
Slika 2. Pregled dela z medsebojno povezanimi mejniki.

SICRIS povezava