OPUS-17 - Nowatorskie nanonośniki polimerowe jako transportery radioizotopów do teranostyki onkologicznej

Ostatnie dekady przyniosły nam znaczny rozwój wiedzy i technologii w dziedzinie systemów celowanego i kontrolowanego dostarczania do organizmu człowieka leków i innych substancji biologicznie czynnych. Wśród takich systemów na szczególną uwagę zasługują preparaty oparte na nanocząstkach – umożliwiają one poprawę rozpuszczalności i stabilności leków, wydłużają ich czas przebywania w krwioobiegu oraz pomagają zmniejszać efekty uboczne terapii. Do dziś dnia, mimo znacznych nakładów pracy i środków, jakie są przeznaczane na badania nad takimi układami, postęp w tej dziedzinie daleki jest od oczekiwań: znaczna część prac opisanych w literaturze skupia się na samym wytwarzaniu nowych nanomateriałów. W związku z powyższym, chcemy patrzeć na temat szerzej poprzez wykorzystanie naszego doświadczenia i wiedzy o nanocząstkach do opracowania swoistej platformy, w ramach której nośniki oparte na analogicznych metodach syntezy oraz o podobnych właściwościach będą mogły być stosunkowo łatwo dostosowywane do różnych zastosowań medycznych. Takie podejście pozwoli również na zmniejszenie kosztów opracowania finalnych postaci leków.
Główne zastosowanie nanocząstek w medycynie

Głównym celem naszego projektu będzie pokazanie możliwości skutecznego wykorzystania opisanej powyżej strategii. Przeprowadzimy kompleksowe badania nad modelowym nośnikiem izotopów promieniotwórczych przeznaczonych do jednoczesnej diagnostyki i terapii onkologicznej (tzw. teranostyki onkologicznej). W projekcie wytworzone zostaną nanocząstki z biozgodnych polimerów uzbrojonych w odpowiednie ugrupowania chemiczne, które umożliwią przyłączenie do cząstek dodatkowych składników, nadających im specjalną aktywność biologiczną: wybiórcze gromadzenie się cząstek w chorych narządach oraz transportowanie tam teranostycznych izotopów promieniotwórczych. Tak zaprojektowane i przygotowane nanomateriały dokładnie przebadamy pod względem właściwości fizykochemicznych np. rozmiar, stabilność) oraz biologicznych – ich zdolność do wiązania się z komórkami nowotworowymi oraz ich niszczenia wykażemy w testach in vitro oraz in vivo.

Przebieg planowanych zadań w projekcie. Od lewej: otrzymywanie nanocząstek polimerowych z wykorzystaniem wiązki elektronów, przyłączenie składników nadających aktywność biologiczną, badania in vitro na hodowlach komórkowych, przyłączenie jonów izotopów promieniotwórczych, niszczenie komórek nowotworowych w badaniach in vivo
Nasze nanocząstki wytwarzane są z wykorzystaniem wiązki przyspieszonych elektronów – taka metoda jest wyjątkowo czysta i prosta, wręcz idealna na potrzeby wytwarzania materiałów przeznaczonych dla medycyny. Nie potrzeba tu żadnych rozpuszczalników organicznych, inicjatorów reakcji czy innych potencjalnie szkodliwych dodatków, w związku z czym nie ma również problemu pozbywania się ich po reakcji. Dodatkowo, dzięki wykorzystaniu wiązki elektronów o odpowiedniej energii możemy jednocześnie wysterylizować nasz materiał.
Schemat ilustrujący funkcjonalizację nanocząstek, ich znakowanie radioizotopami oraz selektywne wiązanie kompletnych nanokonstruktów z tkanką nowotworową
Wyniki projektu przyczynią się do poszerzenia wiedzy na temat wytwarzania nanomateriałów polimerowych dla medycyny, jak i zależności ich skuteczności od struktury, kompozycji oraz innych właściwości fizykochemicznych. Badania te będą również pomocne w głębszym zrozumieniu oddziaływań pomiędzy tymi nanomateriałami a żywymi organizmami i ich modelami. Rezultatem projektu będzie opracowanie podwalin zaawansowanej platformy bioaktywnych nanostruktur polimerowych, umożliwiającej wytwarzanie różnorodnych nowatorskich materiałów funkcjonalnych do wielu zastosowań medycznych. Poprawa skuteczności istniejących terapii i narzędzi diagnostycznych wymaga ciągłego rozwoju takich materiałów. Dzięki nim w przyszłości leczenie wielu chorób może być bardziej skuteczne niż dziś.
Aby osiągnąć cele tego ambitnego, interdyscyplinarnego projektu, konieczne jest połączenie wiedzy, doświadczenia i umiejętności chemików, ekspertów w dziedzinie biologii komórki oraz specjalistów z dziedziny radiofarmaceutyków. Dlatego projekt realizowany jest przez konsorcjum trzech doświadczonych zespołów.
Institute of Applied Radiation Chemistry (IARC) at the Lodz University of Technology has over 30 years of experience in basic and applied research on creating innovative polymer-based biomaterials, mainly hydrogels. Most of these activities are based on application of radiation technique (electron beam, gamma rays) and sonochemistry. IARC has over 20 Polish and international patents in this field. Hydrogel wound dressings based on the original IARC technology are now manufactured on large scale in Poland and abroad. Development of these technologies and products is supported by high-level fundamental research on the kinetics and mechanisms of the underlying free-radical relations and physicochemical processes, an activity that also includes development of new methods for studying fast reactions in polymer systems. IARC has been one of the pioneering labs in basic research on nanogels since 1990’. The original method of nanogels synthesis by pulsed electron beam, eliminating the need of using initiators, monomers and crosslinking agents, developed at IARC, is now used by many labs abroad. Experienced members of the IARC team serve as experts in radiation technologies for the International Atomic Energy Agency and for the UE. IARC is very well equipped to conduct basic and applied research on new polymer-based nanomaterials for medicine (electron accelerator, gamma chamber, polymer characterization lab, biomaterials lab).

Radioisotope Centre POLATOM is the leading in the region manufacturer of radiopharmaceuticals. The POLATOM’s R&D team is involved in number of development studies in wide EU cooperation. POLATOM possess its own Laboratory for Preclinical Studies (National Centre for Nuclear Research, Otwock, Poland), which is a leading and the most modern laboratory for preclinical studies of radiopharmaceuticals in Poland, specializing e.g. in modeling of human cancers in animals of reduced immunity and in vivo multifunctional imaging of physiological distribution of radiopharmaceuticals on experimental animals.

Medical University of Lodz possesses a great experience in conducting research grants. At this moment 104 research grants are carried out at Medical University of Lodz. Laboratory of Cell Cultures and Genomic Analysis as a part of the Department of Comparative Endocrinology has a documented experience in prostate cancer research since 2008 and now is carrying out 3 research grants focused on the mechanism and pathogenesis of prostate cancer.

Termin realizacji projektu:

2020.02.27 – 2024.03.26
97%

Źródło dofinansowania:

Projekt finansowany przez Narodowe Centrum Nauki  w Krakowie w ramach programu OPUS 17

Kwota dotacji:

1 403 520,00 PLN

Kwota dotacji dla OR POLATOM (NCBJ):

278 800,00 PLN

Rola OR POLATOM (NCBJ) w projekcie:

Projekt realizowany przez konsorcjum, w skład którego wchodzą następujące jednostki:
  • Koordynator (Lider) – Politechnika Łódzka, Łódź
  • Partner – Uniwersytet Medyczny w Łodzi, Łódź
  • Partner – Narodowe Centrum Badań Jądrowych, Ośrodek Radioizotopów POLATOM, Otwock

Lider projektu:

dr hab. inż. Piotr Krzysztof Ulański

Kierownik projektu OR POLATOM:

dr inż. Urszula Karczmarczyk