Semmelweis Kutatóegyetem Technológia Modul június 14.

1.SE Nanokémiai Központ 2.SE Nanomedicina Oktatási és Kutatási Központ 3.SE Gyógyszerkutatási és Gyógyszerbiztonsági Centrum 4.SE Orális Radiológiai Részleg 5.SE Molekuláris Orális Biológiai Kutatócsoport (MOLOR) a. SE FOK Orálbiológia, Mágneses Jelenségek Kutatócsoport 6.SE TF Egészségtudományi és Sportorvosi Tanszék/Szentágothai János Tudásközpont TECHNOLÓGIA MODUL Bioanyagok – nanotechnológiától a mesterséges szövetekig Résztvevők:

1. NANOKÉMIAI KÖZPONT BIOANYAGOK ÉS BIOMIMETIKUS ANYAGOK KUTATÁSI ÉS OKTATÁSI KÖZPONT Célok: 1.Biokompatibilis és/vagy biodegradábilis tulajdonságokkal rendelkező polimer implantátumok 2.Nano mérettertományba eső „tissue engineering”-hez használható mátrixok 3.Szabályozott- és célba juttatott hatóanyag-leadáshoz használható hordozók 4.Molekuláris felismerésre (molecularly imprinting) alkalmas biomimetikus receptorokat tartalmazó polimergélek 5.Tervezhetően lebomló biodegradábilis polimerek 6.Önszerveződő (self assembly) strukturák 7.Mesterséges izmok kifejlesztése. Bioanyagok: az élővilágot alkotó, az élő szervezetek által előállított, vagy befogadott (szintetikus) anyagok pH-változással vezérelhető hatóanyagleadás Mesterséges izom Lokális kontrakció Változatos alakú és méretű (nm- cm), biodegradábilis polimer Hatóanyag molekulák Polimérbe zárt hatóanyag

NaOH p NH O O OH NH O O OH polimer r β-Aspα –Asp Poliszukcinimid (PSI) Poliaszparaginsav (PASP) Biokompatibilis és biodegradábilis poliaminosav-géleket állítottunk elő. Az optimális mechanikai és duzzadási tulajdonság elérése érdekében a hálóláncok különböző oldalcsoportokkal funkcionalizáltuk. PSI Polimer szintézise Elektrospinninggel előállított rostok AFM képe

PSI gélgömb fázisátalakulása Tanulmányoztuk a biokompatibilis gélek pH és só érzékenységét, valamint a duzzadási folyamat mechanizmusát és kinetikáját. Elektro-spinning technikával nano- és mikrométer vastagságú gélszálakat állítottunk elő. Jól definiált, ugrásszerű változás a duzzadásfokban a környezeti paraméterek változ(tat)ására: pH Hőmérséklet Fémion- koncentráció Redoxpotenciál

Magnetit nanorészecskék előállítása és stabilizálása FeCl 2, FeCl 3 lúgos hidrolízis Fe 3 O 4 Adszorpció magnetit felületén Előállítás n Citrát (CA) Na-oleát (NaOA) Poliakrilát (PAA) A stabilizált magnetit nanorészecskék nagy negatív felületi töltéssel rendelkeznek és egységesen karboxil csoporttal borított a részecskék felülete. Stabil mágneses folyadékokat állítottunk elő. Primer részecskeméret: ~10 nm Hidrodinamikai átmérő: ~ 100nm

2. NANOMEDICINA OKTATÁSI ÉS KUTATÁSI KÖZPONT HARMADIK GENERÁCIÓS LIPOSZÓMÁK FEJLESZTÉSE Liposzómák: a célzott terápia eszközei Fejlesztésnél gyorsabb elfogadás – jóval kevesebb fejlesztési költség (30 év helyett 8 év) Csak a tumor területére kerül citosztatikum (lásd ábra), ezért nem lesznek mellékhatások (hányás, hasmenés, hajkihullás stb.) 30%-kal kisebb a gyógyítási költség a mellékhatások csökkenése miatt PEG védőréteg Kristályos vegyület a vizes fázisban Lipid- oldékony vegyület Ellenanyag Lipid kettős réteg Célkitűzés: intelligens liposzómák fejesztése Liposzómák EM felvételen Liposzóma funkcionalizálás Szabad és liposzómába zárt gyógyszer eloszlásának összehasonlítása

Ellenanyagok, fehérjék Sejten belüli célzás (pl. mitokondiumok) Internalizáció: raftok, caveolák degítségével + siRNA Neurodegeneratív betegségek korrekciója ? A multidrog transzportereket kikerüli, (nagy hatékonyság) Harmadik generációs liposzómák: sejten belüli célbajuttatást tesznek lehetővé 2. NANOMEDICINA OKTATÁSI ÉS KUTATÁSI KÖZPONT HARMADIK GENERÁCIÓS LIPOSZÓMÁK FEJLESZTÉSE DE: Liposzómába csomagolt doxorubicin (Doxil) hatására bizonyos esetelben CARPA: Complement Activation Related Pseudo Allergy A CARPA reakció röviden: 1.Complement aktiválódás 2.Tüdőkeringés összeomlása 3.Szívelégtelenség 4.Fatális végkimenet

Lehetséges megoldás: Complement gátló fehérje alkalmazása Complement Receptor 1 (CR1) –VVS felszínen sok van Géntechnikával előállított solubilis sCR1 –Liposzómához nem kötődik –Lipid oldékony “farok” hozzádása – kötődést tesztelni kell –hipotézis – a kötéssel a complement gátló hatás nő (kompetens fehérje konformáció membránhoz kötve alakul ki) 200 ug/ml sCR1 magában nem gátolt sCR1 liposzómával nem gátolt fCR1 magában nem gátolt fCR1 liposzómával gátlás

5. MOLEKULÁRIS ORÁLIS BIOLÓGIAI KUTATÓCSOPORT (MOLOR) Regeneráció Alveoláris csont Periodontális ligamentum Cement, Dentin, Pulpa, Zománc Kollagén, fibronektin, fibrin, proteoglikán Habok és rostok Gélek és membránok Nanostruktúrák Nanoszerkezet TGFß / BMP, FGF, WNT, Hedgehog, VEGF Szignálok Felnőtt, embrionális csontvelői foggyökérhártya őssejt, fogbél őssejt Sejtek Háttér: A regeneratív fogászat triádja - őssejtek, nanoegységekből felépülő szerkezeti elemek és bioaktív szignálok Célkitűzés: őssejt alapú, nanostrukturákra épülő szöveti regenerációs technológiák fejlesztése

Metodika: Foggyökérhártya alapú őssejtekre épülő szöveti regenerációs technológiák fejlesztése 5. MOLEKULÁRIS ORÁLIS BIOLÓGIAI KUTATÓCSOPORT (MOLOR) RÉSZLEGES VAGY TELJES FOG-REGENERÁCIÓ Őssejtek tenyésztése Őssejtek kinyerése Differenciáltatás epitheliális- mesenchymális komplexummá nanoszerkezeti elemekkel A fogbél eredetű őssejtek neurogén irányba is differenciálódhatnak! Nap Hideglézió Beültetés Gazdaállat Feldolgozás Neurológiai tesztek IDEGRENDSZERI REGENERÁCIÓ

Az elődifferenciált DPSC eredetű sejtek jelentős számban beépülnek a patkány agy progenitor zónáiba Király et al., 2011

Az elődifferenciált, Vybrant DiD-del festett DPSC eredetű sejtek jelentős számban mutatják neuronális fehérjék expresszióját a beültetést követő négy hét elteltével Király et al., 2011

Konklúzió In vivo eredményeink szerint a beültetett, neuronálisan elődifferenciáltatott DPSC eredetű sejtek morfológiai és funkcionális integráción mennek át patkány agyba ültetve. Immunhisztokémiai és elektrofiziológiai adataink bizonyítják, hogy a Vybrant DiD-del jelzett DPSC sejtek jól követhetők, és jó modellül szolgálhatnak a neuro- és gliogenesis in vivo vizsgálatára. Hidegléziós agysértést követően ezek a sejtek mind neuron- specifikus markereikben, mind elektrofiziológiai tulajdonságaikban progressziót mutatnak, s hasonlóan viselkednek, mint az agy progenitor zónáiban, az SVZ, SGZ and SCZ zónákban található endogén progenitor sejtek.