Denumirea proiectului Cercetare interdisciplinar privind particule hibride multifuncionale

Denumirea proiectului: "Cercetare interdisciplinară privind particule hibride multi-funcţionale pentru bio-cerinţe” acronim: INTERBIORES Contract nr. 211/2012 Cod proiect: PN-II-PT-PCCA 2011 -3. 2 -0428 – Program PN II – Parteneriate in Domeniile Prioritare – Proiecte Colaborative de Cercetare Aplicativa – Tip 2

Autoritatea contractanta: Unitatea Executivă pentru Finanţarea Învăţământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării şi Inovării (UEFISCDI) Contractor: Institutul de chimie macromoleculara "Petru Poni", Iasi l l l Durata proiect: 02. 07. 2012 – 02. 07. 2015 Valoarea totală a contractului 3. 323. 334 lei Din care pe surse de finanţare: Sursa 1 – de la bugetul de stat 2. 950. 000 lei Sursa 2 – din alte surse atrase 373. 334 lei Director Proiect: CS I Dr. Aurica P. Chiriac

Membri in consortiu: Institutul de Chimie Macromoleculara “Petru Poni” - Coordonator de proiect Director de proiect: Dr. Chiriac P. Aurica l Universitatea de Medicina si Farmacie “Gr. T. Popa” Iasi - Partener 1 Responsabil proiect: Dr. Verestiuc Liliana l Institutul Naţional de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizică Tehnică Iaşi - Partener 2 l Responsabil proiect: Dr. Chiriac Horia l SC REZISTOTERM SRL Partener 3 Responsabil proiect: Dr. Chiriac Mihai

Rezumatul proiectului: l l Proiectul cu caracter multidisciplinar are ca obiectiv principal analiza si rezolvarea din punct de vedere fizic, chimic si biochimic design-ul si tehnologia pentru obtinerea de stenturi care sa includa compozite magnetice tip miez-coaja incarcate cu enzime antioxidante, si care se incadreaza in tematica prioritara de cercetare din domeniul ”Sisteme si echipamente pentru protectia, imbunatatirea securitatii si a riscurilor personale, incluzand mijloace de diagnoza si tratament. Desi stenturile coronariene au fost comercializate sub diverse forme de-a lungul timpului, dezvoltarea de noi stenturi este o problema de actualitate deoarece noi technologii si noi materiale apar pe piata. Unul din aspectele inovative ale proiectului este reprezentat de utilizarea particulelor magnetice functionalizate cu biomolecule antioxidante depozitate pe suprafata stenturilor. În același timp, particulele magnetice vor reprezenta un mijloc adecvat bazat pe capacitatea lor de a fi funcționalizate, ghidate și/sau îndepărtate cu ajutorul unui câmp magnetic iar prezenta biomoleculelor cu rol antioxidant va aduce un beneficiu suplimentar. De obicei, stenturile au structura tip scafold, cu forma cilindrica sau tubulara a caror functie este de a deschide fizic un vas de sange sau de a extinde peretii acestuia. Stenturile pot fi compresate astfel incat sa fie inserate prin cavitati mici prin intermediul cateterelor iar cand ajung la locul dorit acestea se extind. Desi stenturile reprezinta inovatii semnificative in tratamentul vaselor ocluzate, administrarea de terapeutice in acea zona ramane o provocare. Administrarea sistemica a medicamentelor duce la aparitia efectelor adverse sau toxice in timp ce administrarea locala asigura o doza mica de medicament concentrata doar intr-o zona, poate induce mai putine efecte adverse si rezultate mult mai eficiente. In acest context, noi formulari pe baza de polimeri biocompatibili vor fi dezvoltate si aplicate pentru a crea o familie de particule magnetice cu proprietati antioxidante utilizate pentru a acoperi stenturile si a dezvolta o platforma utilizata pentru tintire magnetica si eliberare de terapeutice. Polimerii utilizati vor fi modificati prin procese fizice (formarea de complexe interpolimerice prin interactiuni fizice) si chimice (functionalizare, derivatizare, reticulare) pentru a obtine sisteme multifunctionale stabile. Aspecte importante ale noului sistem de eliberare tintita vor fi investigate, incluzand aici, activitatea in vitro a compusilor bioactivi, capacitatea de protectie a antioxidantului de proteoliza precum si capacitatea de ghidare magnetica. Proiectul include si aspecte legate de toxicologia, biocompatibilitatea nanodispozitivelor, eficacitatea si biodistributia sistemului. Mai mult, design-ul nanoparticulelor va include optimizarea monodispersitatii, a stabilitatii coloidale si a functionalitatii. De asemenea, functionalizarea particulelor magnetice si formularea lor ca sisteme hibride pentru eliberare tintita va permite imbunatatirea bioselectivitatii si a bioeficientei.

Concept si obiective: l l l l l Proiectul cu caracter multidisciplinar are ca obiectiv principal analiza si rezolvarea din punct de vedere fizic, chimic si biochimic design-ul si tehnologia pentru obtinerea de stenturi cu posibilitatea de eliberare de substante active, si care sa includa nanocompozite antioxidante magnetice tip « core-shell » depuse pe suprafata stent-urilor. In acest context ca obiective si activitati conexe mentionam : Preparare de compozite magnetice cu dezvoltare experimentala pentru realizarea si integrarea de noi materiale hibride ca si compozite magnetice cu caracteristici de sistem cu eliberare tintita Explorarea si identificarea metodelor de realizare la scara laborator a nanoparticulelor (NPs) magnetice. Obtinere de NPs magnetice cu capacitate de legare si transport a unor substante bioactive specifice (enzime antioxidante). Dezvoltare experimentala pentru modificarea suprafetei NPs magnetice si obtinere de bio-structuri adaptate molecular, ca baza pentru noi materiale hibride Caracterizarea si elucidarea proprietatilor de suprafata ale particulelor, asociate cu reactii de cuplare de enzime antioxidante si interpretarea rezultatelor pentru studii ulterioare de eliberare tintita. Evaluarea enzimelor antioxidante de interes pentru structuri biologice Biofunctionalizarea NPs magnetice cu structuri biologice pentru controlul proceselor biologice si biochimice pana la nivel nanometric Dezvoltare experimentala pentru obtinerea de NPS magnetice bio-functionalizate. Determinarea mecanismelor de initiere a reactiei de autoasamblare a materialelor hibride Design-ul conceptual si proiectarea sistemului de cuplare dintre compozitul magnetic antioxidand si stent Evaluarea bio-chimica a noilor NPs prin metode de evaluare toxicologica specifice pentru furnizarea cunostintelor fundamentale privind design-ul si testarea acestora ca sisteme de eliberare tintita Testarea materialelor hibride biomagnetice autoasamblate cu caracteristici antioxidante Metode si protocoale de lucru pentru noi strategii terapeutice, aplicatii si tehnici de testare a sistemelor hibride obtinute. Diversificarea procedurilor utilizate pentru obtinerea si caracterizarea de stenturi hibride functionalizate Integrarea sistemului bio-magnetic Elaborarea tehnologiei de laborator pentru integrarea de noi materiale hibride ca si compozite biomagnetice cu caracteristici antioxidante Testarea si evaluarea sistemelor hibride Corelarea si optimizarea functiilor interdependente pentru elaborarea conditiilor optime pentru realizarea structurilor hibride magnetice antioxidante/stent

Etapa I/2012 – rezultate obtinute: l l l În conformitate cu planul de realizare al proiectului "Cercetare interdisciplinară privind particule hibride multi-funcţionale pentru biocerinţe”, etapa I/2012 a avut drept obiective (I) prepararea de compozite magnetice si (II) evaluarea fizico-chimica a acestora, si care au fost indeplinite prin activitati specifice intre care: - obtinerea de nanoparticule (NPs) magnetice cu capacitate de legare si transport de enzime antioxidante; - modificarea suprafetei NPs magnetice cu structuri polimere, ca baza pentru materiale hibride antioxidante; - caracterizarea compozitelor magnetice pentru asociere cu enzime antioxidante si determinarea conditiilor fizico-chimice experimentale şi teoretice necesare realizarii acestora, si - diseminarea rezultatelor prin comunicari la simpozioane nationale si internationale, publicatii in reviste cotate ISI sau indexate in baze de date internationale. Studiile desfăşurate s-au concretizat în: (I) sinteza si caracterizarea mai multor matrici polimerice respectiv: (1) copolimer ternar poli(2 -hidroxietil metacrilat-co-3, 9 -divinil 2, 4, 8, 10 -tetra-oxaspiro[5. 5]undecan-co-glicidil metacrilat) (sintetizat prin copolimerizare radicalica in dispersie apoasa); (2) copolimer ternar poli(dimetilacrilamida-co-3, 9 -divinil-2, 4, 8, 10 -tetra-oxaspiro[5. 5]undecan-co-acid itaconic) (sintetizat prin copolimerizare radicalica in solutie de dimetilacetamida); (3) copolimer ternar poli(2 -hidroxietil metacrilat-co-3, 9 -divinil-2, 4, 8, 10 -tetraoxaspiro[5. 5]undecan-co-acrilamida) (sintetizat prin copolime-rizare radicalica in solutie de dimetilacetamida); (4) 6 variante de copolimeri tip bloc pe baza de poli(succinimida)-b-poli(etilenglicol)(PEG)(sintetizati prin copolicondensare in dimetilformamida in prezenta de catalizator Mn(CH 3 COO)2. 2 H 2 O) si in care PEG a fost selectat cu diferite mase moleculare si anume: 2000, 3000, 4000, 10000, 20000 si 35000); (5) o structura polimera grefata pe baza de carboximetil amidon –g– poli(acid lactic); (II) prepararea de structuri hibride cu caracteristici magnetice utilizand matricile polimere realizate; (III) activitati de testare a matricilor polimerice cat si a structurile hibride pentru cuplarea de enzime antioxidante care sunt si in curs de desfasurare. In contextul activitatii de diseminare a rezultatelor prin comunicari la simpozioane nationale si internationale, respectiv publicatii in reviste cotate ISI sau indexate in baze de date internationale, s-au prezentat (a) trei comunicari la a 5 -a Conferinţă Internaţională ’’Biomateriale, Inginerie tisulară şi dispozitive medicale’’, Biom. Med. D’ 2012, Constanta, 29 August – 1 Septembrie 2012, respectiv: - Streptavidin-Biofunctionalized Magnetic Particles for Blood Contacting Applications; V. Bălan, M. I. Popa, A. P. Chiriac, I. Neamtu, L. E. Nita, M. T. Nistor, M. Butnaru, L. Verestiuc, - Bioactive Hybrid Scaffolds in Regenerative Medicine and Tissue Engineering; M. T. Nistor, C. Zgardan, C. Vasile, L. E. Nita, A. Chiriac, - Assembly Design and Characterization of an Innovative Modulated Drug Delivery System; L. Nita, M. Nistor, N. Tudorachi, I. Neamtu, A. Chiriac, (b) o comunicare: „Determination of the kinetic parameters and analysis of gases released by thermal decomposition of CMS-g-PLA copolymer” prezentata la a XXXII Conferinta nationala de chimie Rm Valcea, oct. 2012, si (c) si o lucrare “Thermal degradation of carboxymethyl starch-g-poly(lactic acid) copolymer by TG-FTIR-MS analysis”, autori Nita Tudorachi, Rodica Lipsa, Fanica Mustata, a fost acceptata spre publicare in Industrial & Engineering Chemistry Research (IF = 2. 237).

Etapa II/2013 l - Conform planului de realizare al proiectului "Cercetare interdisciplinară privind particule hibride multifuncţionale pentru bio-cerinţe”, etapa II/2013 a avut drept obiective (I) Prepararea de compozite magnetice si (II) Evaluarea fizico-chimică continuarea etapei din 2012. Obiectivele au fost îndeplinite prin activităti specifice, si anume: obtinerea de nanoparticule (NPs) magnetice cu capacitate de legare si transport de enzime antioxidante; dezvoltare experimentala pentru modificarea suprafetei NPs magnetice pentru obtinerea de biostructuri adaptate molecular, ca baza pentru noi materiale hibride; evaluarea enzimelor antioxidante de interes pentru structuri biologice; biofunctionalizarea NPs magnetice cu structuri biologice pentru controlul proceselor biologice si biochimice pana la nivel nanometric; dezvoltare experimentala pentru obtinerea de NPS magnetice bio-functionalizate; caracterizarea compozitelor magnetice in asociere cu enzime antioxidante pentru determinarea conditiilor fizico-chimice experimentale şi teoretice necesare realizarii acestora; elucidarea si caracterizarea proprietatilor de suprafata ale particulelor, asociate cu reactii de cuplare de enzime antioxidante si interpretarea rezultatelor pentru studii ulterioare de eliberare tintita; diseminarea rezultatelor prin comunicari la simpozioane nationale si internationale, si respectiv publicatii in reviste cotate ISI sau indexate in baze de date internationale.

Diseminarea rezultatelor: l l - - Diseminarea rezultatelor prin comunicari la simpozioane nationale si internationale, publicatii in reviste cotate ISI sau indexate in baze de date internationale s-a concretizat dupa cum urmeaza in: Lucrari publicate: Characterization of the semi-interpenetrated network based on collagen and poly(N-isopropyl acrylamide-codiethylene glycoldiacrylate). Autori: MT Nistor, A. P. Chiriac, LE Nita, C Vasile. Int J Pharmaceutics 452 (2013) 92– 101; IF-3. 458. Multilayered structure based on poly(N, N-dimethyl-acrylamide-co-3, 9 -divinyl-2, 4, 8, 10 -tetraoxaspiro (5. 5) undecane) prepared in a multiphase gelation process. Autori: AP Chiriac, LE Nita, MT Nistor, L Tartau. Int J Pharmaceutics 456 (2013) 21– 30; IF-3. 458. Obtaining of new magnetic nanocomposites based on modified polysaccharide. Autori: NTudorachi, AP Chiriac, Carbohydrate Polymers 98 (2013) 451– 459; IF=3. 479. Upon the Delivery Properties of a Polymeric System Based on Poly(2 -Hydroxyethyl Methacrylate) Prepared with Protective Colloids. Autori: LE Nita, AP Chiriac, M Nistor, TBudtova. J Biom Nanobiotechnol 4(2013), 357364; ISSN Online: 2158 -7043. Upon the Developments of Drug-Eluting Stents in the Treatment of Coronary Lesions. Autori: A. Diaconu, V Balan, AP Chiriac. Recent Patents on Materials Science 6(2013) 229 -237; ISSN: 1874 -4648. Semi-interpenetrated Network with Improved Sensitivity Based on Poly(N-Isopropylacrylamide) and Poly(aspartic acid). Autori: MT Nistor, AP Chiriac, LE Nita, INeamtu, CVasile. Polym Eng Sci 53(2013) 23452352; IF=1. 243.

Diseminarea rezultatelor: - - l - - Poly(N, N-dimethylacrylamide-co-3, 9 -divinyl-2, 4, 8, 10 -tetraoxaspiro(5. 5)undecane) synthesis as matrix ensuring intramolecular strategies for further coupling applications. Autori: AP Chiriac, MT Nistor, LE Nita, I Neamtu. Rev. Roum. Chim. 58(2013)(2 -3), 129 -136; IF-0. 331. Hydrogel based on poly(N, N-dimethylacrylamide-co-3, 9 -divinyl-2, 4, 8, 10 -tetraoxaspiro(5. 5)undecane) with dual sensitive behavior. Synthesis and characterization. Autori: LE Nita, AP Chiriac, MT Nistor, I Neamtu. Rev. Roum. Chim. , 2013, 58(2 -3), 137 -143; IF-0. 331. Poly(acrylic acid)/ poly(ethylene glycol) nanoparticles designed for ophthalmic drug delivery. Autori: A. M. Vasi, M. I. Popa, E. C. Tanase, M. Butnaru, L. Verestiuc, acceptata la publicare in J. Pharm. Sci. ; IF=3. 13. Capitole carte : Chapter 3. Hybrid Sensitive Hydrogels for Medical Applications. MT Nistor, C Vasile, AP Chiriac, A Rusu, C Zgardan, LE Nita, I Neamtu. In: Polymer materials with smart properties. Ed. M Bercea. Nova Science Publ. New York 2013, 67 – 89. Chapter 8. Sol-Gel Technique Implemented for Biomedical Applications. LENita, AP Chiriac, I Neamtu. 189 -204. In: Polymer materials with smart properties. Ed. M Bercea. Nova Science Publ. New York 2013, 189 – 204.

Diseminarea rezultatelor: l - - Lucrari publicate in volum: Functionalized superparamagnetic nanoparticles as versatile carriers for targeted antioxidant enzyme therapy. V. Balan, M. Butnaru, O. Bredetean, L. Profire, G. Lupascu, A. P. Chiriac, L. E. Nita¸ I. Neamtu, L. Verestiuc Proceedings of the 4 th ed. of E-Health and Bioengineering Conference-EHB 2013, Iasi, Romania. Biomimetic composites based on calcium phosphates and chitosan - hyaluronic acid with potential application in bone tissue engineering. Autori: F. D. Ivan, A. Marian, C. E. Tanase, M. Butnaru, L. Vereştiuc, Bioceramics 25, Key Engineering Materials, 587, 191 -196. Comunicari la manifestari stiintifice: Functionalized superparamagnetic nanoparticles as versatile carriers for targeted antioxidant enzyme therapy. V. Balan, M. Butnaru, O. Bredetean, L. Profire, G. Lupascu, A. P. Chiriac, L. E. Nita¸ I. Neamtu, L. Verestiuc, 4 th IEEE International Conference on E-Health And Bioengineering - EHB 2013, Iaşi, Romania, November 21 st-23 rd, 2013. Biomimetic composites based on calcium phosphates and chitosan - hyaluronic acid with potential application in bone tissue engineering. 25 th Symposium and Annual Meeting of the International Society for Ceramics in Medicine; Bucharest, Romania November 07 -10 th 2013; Autori: F. D. Ivan, A. Marian, C. E. Tanase, M. Butnaru, L. Vereştiuc, Bioceramics 25, Key Engineering Materials, 587, 191 -196.

Diseminarea rezultatelor: l Postere la manifestari stiintifice: - Process for magnetic composites synthesis. Autori: AP Chiriac, LE Nita, INeamtu, MT Nistor. The 17 th International Salon of Research, Innovation and Technological Transfer “Inventica 2013” 19 – 21 st June 2013 Iasi – Romania. - Structuri hibride pentru bioaplicatii. Autori: AP Chiriac, LE Nita, INeamtu, MT Nistor. Salonul National de Inventica CHIM-INVENT, 3 – 5 iulie 2013, Iasi Romania. l Cerere brevet de inventie: Procedeu de sinteza a unui compozit magnetic. Autori : AP Chiriac, LE Nita, I Neamtu, N Tudorachi, A Diaconu, V Balan, C Munteanu. Dosar nr. A 00833/13. 11. 2013. -