Scopul acestui proiect de cercetare este de a contribui / stimula activitățile de CDI în domenii de interes social general, de a crește capacitatea sectorului public de cercetare și de a răspunde provocărilor globale care afectează economia română / UE prin implementarea cercetării științifice în domenii de chimie analitică, asistență medicală, biofizică și biochimie prin explorarea biomarkerilor specifici bolii Alzheimer. Proiectul se adreseaza dezvoltării (i) de noi biomaterialelor funcționale bazate pe funcționalizarea materialelor nanostructurate cu peptide Amiloid beta și (ii) a un biosenzor electrochimic pentru evaluarea activitatii enzimatice a peptidei Metionina sulfoxid reductază, enzimă legată de detectarea timpurie a bolii Alzheimer. Mai multe materiale nanostructurate vor fi fabricate și suprafețele lor vor fi modificate cu peptida Amiloid beta, în special secvențele a 40 sau 42 de aminoacizi. Aceste noi suprafețe vor fi testate, in vederea evaluarii proprietăților bioactive, folosind celule neuronale. Biosenzorul electrochimic pentru monitorizare, cuantificare și evaluare a activității enzimatice a Metionina sulfoxid reductază va fi dezvoltat pe suprafetele modificate ale electrozilor de carbon de unica folosinta. Implementarea cu succes a proiectului va genera metodologii pentru noi biomateriale avansate și va sprijini dezvoltarea unei noi generații de biomateriale funcționale și biosenzori ce ar putea fi transpuse la scară industrială

Dr. Adrian Enache
Dr. Madalina Maria Barsan
Dr. Victor Diculescu
Dr. Monica Enculescu
Dr. Alexandru Evangelidis
Dr. Mihaela Bacalum
Drd. Ricardo Leote
Drd. Melania Onea

Articole publicate:

1. Melania Onea, Mihaela Bacalum, Andreea Luminita Radulescu, Mina Raileanu, Liviu Craciun, Tiberiu Relu Esanu, Teodor Adrian Enache, Electrochemical evaluation of proton beam radiation effect on the B16 cell culture, Sci Rep 12, 2261 (2022).
2. Oprea D, Sanz CG, Barsan MM, Enache TA. PC-12 Cell Line as a Neuronal Cell Model for Biosensing Applications. Biosensors.; 12(7) 500 (2022).
3. Bunea, M.-C.; Diculescu, V.-C.; Enculescu, M.; Oprea, D.; Enache, T.A. Influence of the Photodegradation of Azathioprine on DNA and Cells. J. Mol. Sci. 23, 14438 (2022)
4. Sanz, C; Aldea, A; Oprea, D; Onea, M; Enache, A.T; Barsan, M.M.; Novel cells integrated biosensor based on superoxide dismutase on electrospun fiber scaffolds for the electrochemical screening of cellular stress, Biosens Bioelectron 220 114858 (2023)

Cereri de brevete depuse:

1. Teodor Adrian Enache, Daniela Bratu Oprea, Mihaela Cristina Bunea, Mihaela Beregoi, Procedeu de detecție a melaninei produsă de culturile celulare B16, A/2022/00283
2. Teodor Adrian Enache, Daniela Bratu Oprea, Mihaela Cristina Bunea, Mihaela Beregoi, Monica Enculescu Substrat nanostructurat pentru creșterea și transplantarea culturilor celulare si procedeul de fabricare. A/2022/00284.

Conferințe:

1. A. Enache, M.L. Onea, M. Bacalum, Cells Under Irradiation – Electrochemical Evaluation, XXVIth International Symposium on Bioelectrochemistry and Bioenergetics of the Bioelectrochemical Society, 10.05.21 – 15.05.21, Cluj, Romania
2. Leote, C. Sanz, A. Aldea, M.M. Barsan, V.C. Diculescu, Flexible Bio(sensors) for Point-of-Care Biomedical Applications, 72^nd Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry, 29.08.21 – 03.09.21, Jeju, Coreea de Sud
3. L. Onea, T.A. Enache, E. Matei, M. Enculescu, M.I. Enculescu, Bio-Sensing properties of Single ZnO nanowire Field Effect Transistor, 72^nd Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry, 29.08.21 – 03.09.21, Jeju, Coreea de Sud
4. Leote, C. Sanz, V. C. Diculescu, In-situ Evaluation of Shikonin Interaction with ds-DNA Electrochemical (poster),  Biosensors73^rd Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry (Online)  12-16 September 2022
5. Leote, C. Sanz, M.M. Barsan, V.C. Diculescu, Bienzymatic Biosensor for Pyruvate Kinase Inhibitors Screening for Cancer Treatment (oral), Biosystems in Toxicology and Pharmacology, Online, 8-9 September 2022
6. Leote, C. Sanz, M.M. Barsan, A. Enache, V.C. Diculescu, Flexible Biosensors for Continuous Monitoring of Uric Acid in Sweat (oral), International Society of Electrochemistry Regional Meeting, Prague, Czech Republic 15-19 August 2022
7. Leote, C. Sanz, M. M. Barsan, V. C. Diculescu, Bienzymatic biosensors for detection of pharmaceutical compounds (oral) 18th International Conference on Electroanalysis, ESEAC Vilnius, Lithuania 5-9 June 2022
8. C. Diculescu, New Electrode Architectures Based on Electrospun Polymeric Fibers For (Bio)Sensing Applications (oral), 18th International Conference on Electroanalysis - ESEAC 2022, 5 - 9 Iunie 2022, Vilnius, Lituania
9. Madalina Barsan, Caroline Sanz, Melania Onea, Victor Diculescu, Electrochemical investigations into protein degradation and inhibition (oral), The 6th edition of International Conference on Analytical and Nanoanalytical Methods for Biomedical and Environmental Sciences- IC-ANMBES 2022, 8 – 10 Iunie 2022, Brasov, Romania
10. C. Diculescu, Catalytic degradation of proteins. Electrochemical biosensors for 20S proteasome activity and inhibition, The 13th International Symposium of the Romanian Catalysis Society, 22 – 24 iunie, Govora, Romania

Raport Stiintific Etapa 1

In cadrul acestei etape, conform planului de lucru, au fost desfășurate cinci activități de cercetare având ca obiective (i) fabricarea si caracterizarea de materiale nanostructurate pentru dezvoltarea de suprafețe modificate cu peptide amiloide, (ii) dezvoltarea de protocoale pentru prepararea de soluții de amiloide in diverse stadii de agregare, (iii) funcționalizarea suprafețelor nanostructurate cu peptide amiloide in vederea creșterii de celule neuronale pe aceste suprafețe, (iv) evaluarea electrochimica a elementului de sensing in vederea dezvoltării unui biosenzor pentru determinarea activității reductazei sulfoxidului de metionina (MsrA) si (v) Fabricarea de nanostructurilor catalitice necesare dezvoltării transductorului pentru biosenzorul dedicat determinării activității MsrA. Astfel, membrane comerciale polimerice au fost caracterizate, metalizate si testate in culturi celulare. De asemenea, au fost dezvoltate protocoale pentru prepararea de soluții de amiloida Abeta40 in diverse stadii de agregare si au fost evaluate din punct de vedere morfologic suprafețe modificate cu aceste peptide. Totodată, au fost caracterizate din punct de vedere electrochimic peptide sintetice conținând metionina si au fost fabricate fibre polimerice electrofilate metalizate si nanostructuri de oxid de zinc in vederea dezvoltării unui biosenzor pentru determinarea activității enzimei MsrA.
Toate obiectivele propuse au fost realizate iar rezultatele obținute au fost diseminate in cadrul a trei conferințe internaționale si un articol științific a fost trimis spre publicare in jurnalul Scientific Reports.

Raport Stiintific Etapa 2

In cadrul acestei etape, conform planului de lucru, au fost desfășurate sase activități de cercetare având ca obiective:

• fabricarea si caracterizarea de materiale nanostructurate;
• funcționalizarea suprafețelor nanostructurate cu peptide amiloid;
• testarea in vitro a suprafețelor modificate cu Abeta;
• fabricarea nanostructurilor catalitice necesare dezvoltării biosenzorului pentru MsrA;
• strategii pentru modificarea suprafeței electrodului și imobilizarea elementului senzitiv;
• evaluarea modificărilor chimice care apar la suprafața biosenzorilor.

Astfel, membrane comerciale polimerice au fost modificate cu rețele de fibre nanometrice biocompatibile, prin electrofilare, si testate folosind cultura de celule de melanom B16. De asemenea, au fost dezvoltate protocoale pentru modificarea de suprafețe cu fibrile Abeta dar si cu alte structuri proteice/peptidice cum ar fi colagen si polilisina iar biocompatibilitatea acestor suprafețe a fost verificată folosind linia celulara L929. Totodată, au fost fabricate si caracterizate din punct de vedere electrochimic si morfologic nanostructuri de oxid in vederea dezvoltării unui biosenzor pentru determinarea activității enzimei MsrA prin imobilizare la suprafața structurilor de oxid de zinc a unei peptide substrat pentru MsrA si evaluarea electrochimica a modificărilor de suprafața.

Toate obiectivele propuse au fost realizate iar rezultatele obținute au fost diseminate prin 7 prezentări in cadrul conferințelor internaționale si 4 articol științifice ce au fost publicate in reviste indexate ISI, in cuadrlile Q1 si Q2. De asemenea, rezultatele obținute in aceasta etapa au condus la elaborarea documentației pentru doua cereri de brevete naționale care au fost depuse la OSIM.