Projekti / Programi
Neurotoksičnost ali neuroprotektivnost nanomatrialov: vpliv biokorone
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.03.00 |
Naravoslovje |
Biologija |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| B001 |
Biomedicinske vede |
Splošne biomedicinske vede |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.06 |
Naravoslovne vede |
Biologija |
neurodegeneracija, nanomateriali, biomarkerji, proteinska korona, neuropreventiva
Raziskovalci (33)
Organizacije (6)
Povzetek
UVOD: Med najbolj obetavnimi aplikacijami nanotehnologij v medicini so diagnostika, zdravljenje in preprečevanje Alzheimerjeve demence (AD), na drugi strani pa poročajo, da naj bi bili nanomateriali tudi povzročitelji nevrodegenerativnih bolezni. Brez dvoma bo prihodnost nanotehnologije temeljila na ravnovesju med njihovimi.
Demenca in staranje prebivalstva se umeščata v globalne prednostne osi v raziskovalni in zdravstveni politiki. Vodilni partner predlaganega projekta, prof. dr. Damjana Drobne, koordinira steber "Aktivno in zdravo staranje" v okviru strateškega področja Zdravje-medicina SRIP, kjer je poudarek na različnih vidikih nevrodegeneracije (http://www.sis-egiz.eu/en/activities/srip/ ).
Osnovni vzrok AD še ni popolnoma jasen in trenutno ne poznamo zdravila, ki bi lahko zaustavilo ali spremenilo potek nevrodegeneracije. Zaradi tega dejstva postajajo raziskave in vedenje na področju preventive vse pomembnejše. Nanotehnologije ponujajo številne nove možnosti pri nevropreventivi, saj je nanomateriale mogoče uporabiti tako za prenašanje antioksidantov kot tudi blažilcev simptomov AD (inhibitorjev holinesteraz) ter v razvoj biomarkerjev za zgodnjo diagnostiko nevrodegeneracije in pri razvoju novih pristopov zdravljenja.
CILJ: Cilj predlaganega projekta je pridobivanje novega znanje za varno uporabo nanomaterialov v nevropreventivi, za preprečevanje nevrotoksičnosti in pri zgodnji diagnostiki nevrodegeneracije.
Materiali in metode: Predlagani projekt je organiziran v tri med seboj povezane faze. Raziskali bomo interakcije med nanomateriali ter nevronskimi in endotelnimi celicami in vitro (Faza I) ter vpliv nanomaterilov na in vivo modelni sistem z zarodki zebrice (faza II). V fazi III bomo biomarkerje validirali na vzorcih krvi bolnikov z nevrodegenerativnimi motnjami. Ključni cilj projekta je izdelati proteinski prstni odtisi nanomaterialov (proteinsko korono) inkubiranih v serumu zdravih in obolelih oseb, ki bi ga uporabili za zgodnje diagnosticiranje nevrodegeneracije.
Za potencialne biomarkerje nevrotoksičnosti smo izbrali: (a) sestavo in številčnost eksosomov, veziklov, ki jih izločajo celice z namenom signaliziranja, ter (b) spremembe v količini in tipu acetilholinesteraze, ključnem encimu pri prenosu živčnega signala in medceličnem komuniciranju izven živčnega sistema. Novost naše raziskave je (c) proučevanje oblikovanja proteinske korone na površini nanomaterialov (proteinski prstni odtis nanomataerialov). Predpostavljamo, da se proteinska sestava seruma bolnikov z AD in zdravih posameznikov razlikuje, zato se bo razlikovala tudi proteinska korona. Naše predhodne študije so pokazale, da serumska proteinska korona vsebuje tudi nekatere proteine značilne za nevrodegenerativna in vnetnostna stanja (Sopotnik et al., 2015). Ta pristop želimo dodelati in implementirati v zgodnjo diagnostiko nevrodegeneracije.
RAZPRAVA: Rezultati predlaganega projekta bodo ključnega pomena za prepoznavanje lastnosti nanomaterialov kot sta nevrotoksičnost in nevroprotektivnost. S pomočjo oblikovane serumske proteinske korone na nanomaterialih bomo naredili korak naprej pri uporabi proizvodov nanotehnologije pri obravnavi nevrodegenerativnih bolezni.
KONZORCIJ: Vodilni partner projekta je član konzorcija, ki je predložil COST projekt z naslovom Evropska mreža za Alzheimerjevo bolezen (EUNAD, OC-2017-1, referenca za predlog OC-2017-1-22432). COST konzorcij predpostavlja, da se AD začne kot kronična bolezen srca in ožilja in ne izvira iz centralnega živčnega sistema. Za potrebe tega projekta pa sodelujejeo slovenski strokovnjaki z ekspertizami na področjih celične biologije in mikroskopije (UL MF), biofizike membran (UL FE), zdravstvenih ved (UL FHS), biokemije in molekularne biologije (IJS) ter analitične kemije in laserske spektroskopije (UNG). Vodilni partner izkazuje znanstveno odličnost na področjih nanotoksikologije, bio-nano interakcij, holinesteraz ter razvoja biomarkerjev.
Pomen za razvoj znanosti
V predlaganem projektu naslavljamo prioritetno zdravstveno področje držav članic EU, Alzheimerjevo bolezen, in nanotehnologije kot ključne tehnologije za spodbujanje (KET) trajnostnega razvoja evropske rasti.
Demenca in staranje prebivalstva sta prednostni področji tudi globalne raziskovalne in zdravstvene politike (Brayne in Miller 2017, PLoS Med 14 (3): e1002275). Staranje je glavna raziskovalna tema v številnih akademskih panogah.
Eden od ciljev predlaganega projekta je raziskati uporabo nanomaterialov za namene nevropreventive, raziskati njihove kvarne učinke in proučiti možnost uporabe nanomaterialov za diagnosticiranje nevrodegeneracije. Nanomateriali so stična točka med nanotehnologijo in nevroznanostjo, katere končni cilj je razviti nove pristope, ki neposredno ali posredno pomagajo pri lajšanju posledic nevrodegeneracije ali pri nevropreventivi (Vidu et al., 2014, Front Syst Neurosci., 8: 91).
Vodilna partnerska skupina predlaganega projekta je je v letošnjem letu skupaj s prof. dr. Yiling Hong, iz Western University of Health Sciences iz Pomona California objavila izsledke o nano nevrotoksičnosti in nevropreventivi in vitro. To delo je eno od izhodišč predlagane raziskave (Repar et al., 2018. Nanotoxicology. 12:1-13). Drugo izhodišče pa izhaja iz izsledkov o oblikovanju proteinske korone na nanomatrialih inkubiranih v človeškem serumu in možnosti uporabe tega pristopa za zgodnje odkrivanje nevrodegenerativnih obolenj (Sopotnik et al., 2015. Carbon. 95:560-72).
V predlaganem projektu bomo klasične biomarkerje in biomarkerje temelječi na nanomaterialih, preizkušali v in vitro in in vivo sistemu ter jih validirali na krvi AD bolnikov. Če bomo koncept zgodnje diagnostike potrdili na bolnikih z nevrodegenerativnimi motnjami, bomo znanstvene rezultate neposredno prevedli v razvoj in inovacije skupaj s partnerskimi podjetji znotraj SRIPa Zdravje medicina (Strateška Razvojna in Inovacijska Partnerstva) (http://www.svrk.gov.si/si/delovna_podrocja/strategija_pametne_specializacije/strateska_razvojno_inovacijska_partnerstva_srip/). Vodja predlaganega projekta (D. Drobne) koordinira enega od stebrov v SRIPu zdravstvu - medicini, ki se osredotoča na aktivno in zdravo staranje, s poudarkom na preprečevanju, diagnostiki in zdravljenju demence (http://www.sis-egiz.eu/en/activities/srip/).
Predlagani projekt je ključnega pomena za napredek na področju nevrodegenerativnih bolezni, saj imajo lahko še tako majhne izboljšave v zgodnji diagnostiki in predkliničnem odkrivanju nevrodegeneracije, daljnosežne učinke. Po ocenah raziskovalcev Brookmeyer in sod. (2000), bi se lahko razširjenost AD do leta 2050 zmanjšala za 10 odstotkov, če bi nastop bolezni lahko odložili za eno leto, oziroma za 50 odstotkov, če bi znali nastop bolezni odložiti za pet let (Brookmeyer et al Special Issue: Statistical Methodology in Alzheimer's Disease Research, Volume 19, Issue 11-12- 30. junija 2000).
Pomen za razvoj Slovenije
The relevance of the project to the development of scientific field is very high because we are bringing together a core healthcare issue for all EU member states, which is Alzheimer’s disease, and nanotechnology as a Key Enabling Technology (KET) of smart, sustainable and inclusive development of European growth.
Dementia and aging populations are a global priority for research and health policy (Brayne and Miller 2017, PLoS Med 14(3): e1002275). Aging is a major research theme in many academic disciplines and industries (https://www.gov.uk/government/publications/g8-dementia-summit-global-action-against-dementia/g8-dementia-summit-global-action-against-dementia-11-december-2013 ).
Alzheimer's disease can have its onset up to 20 years before being diagnosed. The disease starts developing 5 to 8 years before it can be diagnosed with current technology. One of the objectives of this proposed project is to develop a method to reliably diagnose Alzheimer’s disease before the onset of the first clinical symptoms. Nanostructures may play a pivotal role not only in addressing the multitude of brain disorders but also in repairing or augmenting brain functions. Nanomaterial assisted neuroprotection is new and relevant field of research with high .
Nanomaterials are at the interface between nanotechnology and neuroscience and their ultimate goal is to develop novel approaches that directly or indirectly aid in meliorating neurodegeneration or in supporting neuroprotection (Vidu et al. 2014; Front Syst Neurosci. 2014; 8: 91.).
In the project described here, conventional biomarkers along with new nanomaterial based approaches, will be tested in vitro and in vivo and validated on AD patient’s blood samples. If the concept of early diagnostics will be proven on patients with AD, scientific results could be immediately translated into research/development (R&D) and innovation. This is the priority of Slovenian Strategic Research And Innovation Partnerships (SRIP) Health – medicine. This SRIP cluster has been recognized by the government to lead the way towards social and economic transformation. The principle investigator of the proposed project (D. Drobne) is leading one of the pillars in Health – Medicine SRIP, which is focused on active and healthy aging and promotes research activities related to support prevention, diagnosing and treatment of neurodegeneration (http://www.sis-egiz.eu/en/activities/srip/).
The relevance of the proposed project is very high also for entire society. Each tiny improvement in the early diagnosis as well as preclinical detection of neurodegeneration may have far-reaching effects. For example, according to Brookmeyer's calculations, the prevalence of Alzheimer's disease in 2050 could be reduced by 10 percent if the onset of Alzheimer's disease could be delayed by a year (Brookmeyer et al Special Issue: Statistical Methodology in Alzheimer's Disease Research, Volume 19, Issue 11-12, 15 - 30 June 2000, Pages 1481–1493).
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo
