BIOSENZORI NANOSTRUCTURATI DE UNICĂ FOLOSINȚĂ PE BAZĂ DE FIBRE METALICE ELECTROSPINATE PENTRU MONITORIZAREA IN TIMP REAL A SUPEROXIDULUI ÎN CULTURI CELULARE [SUPEROXCELL]


Project Director: Dr. Madalina Barsan

Cod proiect: PN-III-P1-1.1-TE-2019-0387
Nr Contract TE107

Data începerii contractului: 15/09/2020

Data încheierii contractului: 14/09/2022

Valoarea totală a Contractului: 431.900,00 RON

Abstract: Recente linii de cercetare vizează utilizarea de bio-dispozitive pentru monitorizarea stresului oxidativ la nivel celular, cu accent pe utilizarea biosenzorilor pentru detectarea speciilor reactive de oxigen (ROS), cum ar fi radicalii liberi de hidroxil, superoxid și peroxid de hidrogen. Radicalul superoxid (O2•-) este specia dominanta de ROS generată de stresul oxidativ în celulă, iar enzima superoxid dismutaza (SOD) are un rol important antioxidant prin lupta împotriva efectului său toxic asupra celulelor, catalizând reacția de dismutare a O2•- la H2O2 sau O2. În acest context, prezentul proiect își propune să dezvolte noi biosenzori enzimatici de unică folosință, pe substrat de plase metalice din fibre electrospinate, pentru detecția in vivo de O2•- eliberat din culturi de celule cultivate direct pe aceeași plasă. Plasa metalică va fi fabricată din fibre polimerice electrospinate acoperite cu un strat metalic de interes. Mai mult, diferite tipuri de materiale nanostructurate, de ex. nanostructurile de metal/oxizi metalici, nanomateriale de carbon și polimeri conductori vor fi încorporate în arhitectura biosenzorului cu scopul de a îmbunătăți performanța acestuia. Plasa metalică va avea cultura celulara pe o parte si enzima SOD imobilizată pe cealaltă parte a acesteia. În acest fel, O2•- eliberat din celule prin adăugarea unui agonist va putea să difuzeze liber prin porii fibrelor și să ajungă la enzimă, unde va avea loc reacția catalizată de enzimă și va fi monitorizată prin amperometrie la potențial fix. Scopul este monitorizarea dinamica in vivo a concentrației O2•-, astfel încât să se determine concentrația critică la care apare deteriorarea celulelor provocata de acesta.

Obiectivul principal: al proiectului este dezvoltarea de noi biosenzori amperometrici de unică folosință, bazați pe enzima superoxid dismutaza (SOD) imobilizata pe fibre electrospinate metalice, pentru a monitoriza schimbarea dinamică a concentrației de superoxid (O2•−) in vivo, astfel încât să se determine o concentrație critică la care apare deteriorarea celulelor. Al doilea obiectiv vizează optimizarea biosenzorului, prin utilizarea unor fibre metalice funcționalizate cu diverse materiale nanostructurate.

Livrabile: 

1.Plase metalice pe bază de fibre electrospinate pentru dezvoltarea de biosenzori SOD și culturi celulare
2.Identificarea metodei de imobilizare adecvată a SOD pe plasa metalică.
3.Biosenzor SOD optimizat bazat pe plase metalice.
4.Fibre metalice biocompatibile.
5.Fibre metalice funcționalizate cu materiale nanostructurate
6.Biosenzor SOD optimizat bazat pe fibre metalice funcționalizate cu materiale nanostructurate
7.Fibre metalice funcționalizate biocompatibile
8.Biosenzor SOD optimizat pentru monitorizarea in vivo a O2•− în culturile celulare. Documentație pentru o cerere de brevet
9.Diagrame cu niveluri de O2•− critice care provoacă leziuni / moarte celulara.

 

PLAN DE REALIZARE

Etapa 1 - Fabricarea fibrelor electrospinate acoperite cu metale pentru biosenzori SOD. (O1, O2).

Act 1.1 - Electrospinarea si metalizarea fibrelor. Se vor fabrica fibre polimerice submicronice prin electrospinarea unei soluții precursoare într-un set-up experimental predeterminat. Acoperirea fibrelor de polimer obținute cu Au urmată de depunerea altor straturi metalice (continuare in anul 2021).
Act 1.2 - Imobilizarea SOD pe plase metalice obținute în A 1.1. Se vor utiliza mai multe tehnici de imobilizare, cum ar fi: adsorbția fizică, legare covalentă (care poate necesita in prealabil o funcționalizare a metalului), reticularea cu glutaraldehidă, metoda sol-gel, includerea într-o matrice polimerică etc. (continare in anul 2021).

Etapa 2 - Fabricarea fibrelor electrospinate acoperite cu Au si functionalizarea acestora cu materiale nanostructurate pentru optimizarea biosenzorilor SOD. (O2, O3, O4).

Act 2.1 -  Evaluarea biosenzorului SOD/plasă metalică optimizat pentru detecția de O2•- in vitro.
Act 2.2 - Studii de biocompatibilitate pe plasele metalice obtinute in A1.1.
Act 2.3 -  Depunerea de materiale nanostructurate pe plase metalice și caracterizarea electrochimică și morfologică a plaselor metalice funcționalizate rezultate (continare in anul 2022).
Act 2.4 -  Obtinerea biosenzorilor SOD prin imobilizarea enzimei SOD pe plase metalice funcționalizate dezvoltate în A2.3 și evaluarea biosenzorilor rezultați pentru detectia de O2•- in vitro. Rezultatele vor fi comparate cu cele obținute în A2.1, pentru a alege arhitectura optima a biosenzorului pentru aplicatii ulterioare (continare in anul 2022).

Etapa 3 - Aplicarea biosenzorilor SOD pe baza de plase metalice functionalizate pentru cuantificarea de O2•- in culturi celulare - monitorizarea efectului O2•- asupra celulelor. (O4, O5).

Act 3.1 -  Cuantificarea in vivo a O2•- in culturi celulare cu biosenzorul SOD optimizat in A1-2.
Act 3.2 - Evaluarea efectului O2•- asupra celulelor prin analiza dinamicii celulare la diferite concentratii de O2•- prin tehncici de microscopie de fluorescență.

  1. Madalina Maria Barsan (U-1700-039A-2349)
    https://www.brainmap.ro/madalina-maria-barsan
    Director proiect CSII 50%
  2. Teodor Adrian Enache (U-1700-031U-5399)
    https://www.brainmap.ro/teodor-adrian-enache
    Membru-Cercetator sau Inginer CSII 15%
  3. Anca Aldea (U-1800-055N-8239)
    https://www.brainmap.ro/anca-aldea
    Membru-Doctorand 30%
  4. Ricardo Leote (U-1900-062Y-0853)
    https://www.brainmap.ro/ricardo-leote
    Membru-Doctorand 30%
  5. Post Vacant
    Membru-Masterand 75%
  6. Post Vacant
    Membru-Cercetător postdoctoral 75%

PROJECTS/ PROIECTE NATIONALE


Back to top

Copyright © 2021 National Institute of Materials Physics. All Rights Reserved