Rezultaty Projektu

Podsumowanie

Celem Projektu było opracowanie i wytworzenie biokompozytu wykazującego aktywność biologiczną, pełniącego rolę materiału wypełniającego ubytek kostny i stanowiącego matrycę dla komórek, a jednocześnie wspomagającego regenerację uszkodzonej tkanki. Prace projektowe zrealizował interdyscyplinarny zespół badawczy z Łukasiewicz-Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych, Uniwersytetu Gdańskiego, Politechniki Wrocławskiej, Instytutu Biotechnologii i Medycyny Molekularnej i spółki SensDx.

W części badawczej osiągnięto cel główny Projektu, a mianowicie wytworzono dwie serie prototypowych biokompozytów trójskładnikowych opartych na chitozanie, bioszkle i peptydach oraz serię prototypową biokompozytów trójskładnikowych opartych na poliadypinianie glicerolu, bioszkle i aktywnym peptydzie. Wszystkie biokompozyty zostały scharakteryzowane pod względem właściwości fizykochemicznych, mikrostruktury porowatej, a także właściwości biologicznych w badaniach in vitro i in vivo.

Zrealizowano także wszystkie zakładane cele cząstkowe Projektu:

1. Otrzymano 10 bioaktywnych szkieł nie wykazujących działania cytotoksycznego w kontakcie z komórkami hFOB 1.19 (linia ludzkich osteoblastów) oraz nie wykazujących genotoksyczności, natomiast wykazujących działanie bakteriobójcze w stosunku do dwóch szczepów bakterii Pseudomonas aeruginosa i Staphylococcus aureus. Wybrane bioszkła zostały zastosowane do przygotowania serii prototypowej biokompozytów.
2. Przeprowadzono syntezy chemiczne i oczyszczanie 26 zaprojektowanych, aktywnych peptydów. Zsyntezowano i oczyszczono 7 peptydów tworzących włókna oraz przebadano formowania włókien. Przeprowadzono modyfikacje chemiczne chitozanu poprzez przyłączenie aktywnych biologicznie peptydów. Wybrane peptydy i fibryle peptydowe zastosowano do przygotowania serii prototypowej biokompozytów trójskładnikowych.
3. Przeprowadzono syntezy biokompozytów trójskładnikowych (chitozan, bioszkło, peptyd) z różnym udziałem wagowym poszczególnych składników. Wytworzono i scharakteryzowano pod kątem fizykochemicznym 34 kompozyty trójskładnikowe, z których 26 nie wykazało działania cytotoksycznego (test LDH), a proliferację na poziomie >90% wykazało 27 kompozytów (Test WST-1). Wybrano 8 kompozytów o mikroporowatości z zakresu 50-400 µm, i poddano badaniom genotoksyczności. Wytypowano 3 kompozyty nie wykazujące działania cytotoksycznego, ani genotoksycznego do wykonania serii prototypowych biokompozytów trójskładnikowych.
4. Otrzymano poli(adypinian glicerolu) (PGA) metodą polimeryzacji enzymatycznej i przeprowadzono funkcjonalizację PGA aminokwasem egzogennym. Przeprowadzono modyfikację powierzchniową cząstek bioszkła przy pomocy L-lizyny. Wytworzono serię kompozytów z modyfikowanego L-lizyną PGA oraz modyfikowanego L-lizyną bioszkła, które nie wykazywały działania cytotoksycznego.
5. Wytworzono trzy serie prototypowych biokompozytów opartych na chitozanie, bioszkle i peptydzie, które zostały następnie poddane ocenie pod względem właściwości fizykochemicznych, mikrostruktury porowatej oraz właściwości biologicznych. Dwa z wytworzonych kompozytów z serii prototypowej zostały przekazane na badania implantacyjne. Opracowano dokumentację badawczo-technologiczną w formie procedur, raportów z badań oraz zgłoszeń patentowych.
6. Wytworzono serię prototypową biokompozytów trójskładnikowych z modyfikowanego L-lizyną PGA, modyfikowanego L-lizyną bioszkła oraz aktywnych biologicznie peptydów. Jeden z wytworzonych kompozytów został przekazany na badania implantacyjne.
7. Na podstawie przeprowadzonych badań biologicznych in vitro – wykonanych metodą pośrednią, wykazano iż biokompozyty nie wykazują cytotoksyczności i wzmagają proliferację komórek. Na podstawie uzyskanych wyników wytypowano 3 biokompozyty trójskładnikowe o najlepszych właściwościach i przekazano do badań biologicznych in vivo.
8. Przeprowadzono biologiczną ocenę trzech serii prototypowych biodegradowalnych biokompozytów w oparciu o normy: PN-EN ISO 10993-6: „Miejscowa reakcja po implantacji” oraz PN-EN ISO 10993-11: „Badania toksyczności układowej”.
9. Jako podsumowanie części badawczej projektu, przygotowano zintegrowaną dokumentację badawczo-technologiczna i przekazana do realizacji fazy przygotowania do komercjalizacji.
10. W ramach fazy przygotowania do wdrożenia oceniono komercyjną wartość finalnej technologii z punktu widzenia medycyny i potencjalnych przyszłych inwestorów, poprzez przygotowanie strategii komercjalizacji. Strategia komercjalizacji obejmuje plan wdrożenia, model biznesowy, analizę rynku, strategię marketingową, ocenę i analizę ryzyk, plan finansowy wraz z wyceną własności intelektualnej. Dzięki opracowaniu pełnej strategii, będącej rozszerzoną formą biznesplanu, zostanie wybrany najbardziej efektywny kierunek rozwoju dla opracowanej technologii na podstawie najbardziej optymalnego modelu biznesowego, rynków oraz rentowności. Strategia komercjalizacji stanowi dokument, na podstawie którego potencjalni inwestorzy zadecydują o inwestycji w technologię opracowaną w niniejszym projekcie.

Opublikowano 9 artykułów naukowych, w tym 7 w czasopismach z IF, złożono do druku 2 kolejne, a kilka publikacji jest w przygotowaniu:

1. Jurczak Przemysław, Witkowska Julia, Rodziewicz-Motowidło Sylwia, Lach Sławomir: “Proteins, peptides and peptidomimetics as active agents in implant surface functionalization”, Advances in Colloid and Interface Science, 276, 102083 (2020), IF(8.243)
2. Sławomir Lach, Przemysław Jurczak, Natalia Karska, Agnieszka Kubiś, Aneta Szymańska, Sylwia Rodziewicz-Motowidło: “Spectroscopic Methods Used in Implant Material Studies, Molecules, 25(3), 579 (2020), IF(3.060)
3. Monika Biernat, Lidia Ciołek, Maria Dzierżyńska, Artur Oziębło, Justyna Sawicka, Milena Deptuła, Marta Bauer, Wojciech Kamysz, Michał Pikuła, Zbigniew Jaegermann, Sylwia Rodziewicz‐Motowidło, “Porous chitosan/ZnO‐doped bioglass composites as carriers of bioactive peptides”, Applied Ceramic Technology, 17(6), 2807-2816 (2020), IF(1,78)
4. Milena Chraniuk, Mirosława Panasiuk, Lilit Hovhannisyan, Sabina Żołędowska, Dawid Nidzworski, Lidia Ciołek, Anna Woźniak, Agnieszka Kubiś, Natalia Karska, Zbigniew Jaegermann, Sylwia Rodziewicz-Motowidło, Monika Biernat, Beata Gromadzka: “Assessment of the toxicity of biocompatible materials supporting bone regeneration; Impact of the type of assay and used controls”, Toxics. 2021,10, 20. IF( 3.79)
5. Lidia Ciołek, Monika Biernat, Piotr Szterner, Paulina Tymowicz-Grzyb, Joanna Pagacz, Milena Chraniuk, Piotr Bollin, Beata Gromadzka, Mirosława Panasiuk, Dawid Nidzworski, Zbigniew Jaegermann: „In vitro biological activity of zinc-doped bioglass for multifunctional chitosan composites”, Engineering of Biomaterials, 2021, 163, 56
6. Irena Bylińska, Maria Dzierżyńska, Małgorzata Giżyńska, Katarzyna Guzow, Elżbieta Jankowska, Przemysław Jurczak, Zbigniew Kaczyński, Natalia Karska, Agnieszka Kowalczyk, Katarzyna Kuncewicz, Marta Orlikowska, Justyna Sawicka, Marta Spodzieja, Nikola Szpakowska, Aneta Szymańska, Ewa Wieczerzak, Julia Witkowska, Sylwia Rodziewicz-Motowidło, „ Aminokwasy, peptydy i białka w ścieżkach diagnostycznych i terapeutycznych chorób cywilizacyjnych XXI wieku – projektowanie i charakterystyka fizykochemiczna oraz strukturalna”, Wiadomości Chemiczne, 76 (5-6), 373-431, 2022.
7. Milena Chraniuk, Mirosława Panasiuk, Lilit Hovhannisyan, Sabina Żołędowska, Dawid Nidzworski, Lidia Ciołek, Anna Woźniak, Zbigniew Jaegermann, Monika Biernat, Beata Gromadzka: “The Preliminary Assessment of New Biomaterials Necessitates a Comparison of Direct and Indirect Cytotoxicity Methodological Approaches”. Polymers 2022, 14, 4522. https://doi.org/10.3390/polym14214522. IF (4,967)
8. Anna Woźniak, Monika Biernat: “Methods for crosslinking and stabilization of chitosan structures for potential medical applications”. Journal of Bioactive and Compatible Polymers 2022, 37(3), 151-167, IF(2,137)
9. Monika Biernat, Anna Woźniak, Milena Chraniuk, Mirosława Panasiuk, Paulina Tymowicz-Grzyb, Joanna Pagacz, Agnieszka Antosik, Lidia Ciołek, Beata Gromadzka, Zbigniew Jaegermann: “Effect of Selected Crosslinking and Stabilization Methods on the Properties of Porous Chitosan Composites Dedicated for Medical Applications”. Polymers 2023, 15, 2507. https://doi.org/10.3390/polym15112507. IF (4,967)
10. Lidia Ciołek, Piotr Bollin, Milena Chraniuk, Monika Biernat, Mirosława Panasiuk, Dawid Nidzworski, Beata Gromadzka, Zbigniew Jaegermann: “Bioactive glasses enriched with zinc and strontium: synthesis, characterization, cytocompatibility with osteoblasts and antibacterial properties”, złożony w Bioinorganic Chemistry and Applications, w ocenie
11. Małgorzata Gazińska, Ewelina Ortyl, Anna Krokos, Michał Grzymajło, Magdalena Kobielarz, Paweł Dąbrowski, Joergen Kressler: „Relationship between the poly(glycerol adipate) prepolymers chain microstructure and linear viscoelastic properties of the elastomers”, złożony w Macromolecules

Ponadto zaprezentowano 43 referaty i postery na konferencjach krajowych i zagranicznych.

Realizatorzy projektu otrzymali następujące nagrody i wyróżnienia:

1. Zespół badawczy realizujący projekt GlassPoPep został doceniony, a sam projekt uhonorowany Polską Nagrodę Inteligentnego Rozwoju, która została wręczona 28.11.2019 na uroczystej gali Forum Inteligentnego Rozwoju w Uniejowie
2. Autorzy wystąpienia “Biological Evaluation of Bioglasses with Potential Benefit Effect for Bone Tissue Regeneration Applications” na XV. International Novel Biocomposite Engineering, Bio-Applications and Cytotoxicity Conference; 16-17.08.2021; Istanbul, Turkey, uzyskali nagrodę “CERTIFICATE OF BEST PRESENTATION AWARD”
3. Zespół badawczy Pani prof. dr hab. Sylwii Rodziewicz-Motowidło, realizujący projekt GlassPoPep, otrzymał Nagrodę Rektora UG w roku 2022
4. Pani mgr inż. Anna Krokos, doktorantka na Wydziale Chemicznym Politechniki Wrocławskiej, członek zespołu badawczego realizującego projekt GlassPoPep, została wyróżniona nagrodą specjalną Marszałka Województwa Świętokrzyskiego w Ogólnopolskim Konkursie Student Wynalazca (https://pwr.edu.pl/uczelnia/aktualnosci/wynalazki-naszych-doktorantow-wyroznione-12796.html)
5. Zespoły badawcze realizujące projekt GlassPoPep za wynalazki przedstawione na XVI Międzynarodowych Targach Wynalazków i Innowacji INTARG-2023 zdobyły następujące nagrody:

– Platinum Medal INTARG (Nagroda Platynowa) dla Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych za wynalazek „Wielofunkcyjny kompozytowy materiał implantacyjny do wypełnień ubytków kostnych i regeneracji tkanki kostnej”

– Gold Medal INTARG (Złoty Medal) dla Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych za wynalazek „Bioszkła antybakteryjne do zastosowań medycznych”

– Gold Medal INTARG (Złoty Medal) dla Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych za wynalazek „Wielofunkcyjny elastomerowy biokompozyt do regeneracji tkanki kostnej”

– Nagroda Polskiej Izby Rzeczników Patentowych dla Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Ceramiki i Materiałów Budowlanych za wynalazek „Wielofunkcyjny kompozytowy materiał implantacyjny do wypełnień ubytków kostnych i regeneracji tkanki kostnej”

– dr inż. Monika Biernat otrzymała indywidualną „Pierwszą Nagrodę dla Młodego Naukowca-Wynalazcy” za wynalazek „Wielofunkcyjny kompozytowy materiał implantacyjny do wypełniania ubytków kostnych i regeneracji tkanki kostnej”, przyznaną przez Fundację Polonia International (Belgia)