Calist 6114

• s-a realizat un studiu documentar privind polimerii naturali utilizati in biocompatibilizarea unor polimeri sintetici de uz medical, care a evidentiat ca exista o cerinta impusa polimerilor biomedicali de a prezenta suprafete compatibile cu sangele si tesuturile;
• s-au selectat polimerii naturali proveniti din matricea extracelulara (colagen, elastina, glicozaminoglicani) ca avand cea mai ridicata biocompatibilitate deoarece prezinta caracteristici adecvate, precum imunogenicitate scazuta, capacitate de sustinere a migrarii, proliferarii si adeziunii celulelor si de promovare a remodelarii tesuturilor prin reepitelizare si neovascularizare;
• s-au prezentat consideratii teoretice privind procedeele de biocompatibilizare a polimerilor sintetici prin controlul mecanismelor de interactie proteine-material sau celule-material.
  

• Studiul procedeelor de biocompatibilizare a variantelor de polimeri sintetici selectati (P2);
• Obtinerea de proteine cu structura nativa si denaturata si de polizaharide din tesuturi animale (P1);
• Caracterizarea structurala, fizico-chimica si biochimica a proteinelor, polipeptidelor si polizaharidelor matriceale (P1, P4);
• Selectarea schemelor tehnologice optime si eficiente pentru obtinerea de produse naturale pure (P1);
• Diseminare rezultate.
  

• s-au realizat studii documentare privind, pe de o parte, procedeele de biocompatibilizare a diferitelor tipuri de polimeri sintetici destinati utilizarii in medicina, prin evaluarea mecanica si fizico-chimica a acestora si, pe de alta parte, standardele europene in domeniul biocompatibilitatii polimerilor sintetici (P2). In urma realizarii acestor studii, s-au selectat ca optimi polimerii sintetici: PVC, PU, SEBS si SEPS si s-a aratat ca realizarea dispozitivelor medicale trebuie sa se faca in conditii standardizate, astfel incat sa nu compromita sanatatea pacientilor si a personalului care le manipuleaza;
• s-au realizat studii experimentale privind extractia de polimeri proteici naturali, cu structura nativa, precum colagenul si elastina din tesuturi conjunctive animale, pentru care au fost stabilite retete si scheme tehnologice optime de obtinere, la nivel laborator (P1). Colagenul a fost caracterizat din punct de vedere fizico-chimic si biochimic, iar elastina a fost analizata din punct de vedere al puritatii prin metode de microscopie optica, imunohistochimie si microscopie electronica de baleiaj si caracterizata fizico-chimic si biochimic (P1, P4);
• prin hidroliza polimerilor fibrilari au fost obtinute polipeptide dipserse din punct de vedere al greutatii moleculare, procedeul fiind optimizat prin stabilirea de parametri tehnologici si randament ridicat (P1);
• alte studii experimentale au urmarit extractia polimerilor naturali polizaharidici de tip condroitin sulfat si acid hialuronic din tesuturile conjunctive animale, prin metode chimice si enzimatice optime. Acestia au fost caracterizati prin analiza acizilor uronici, hezaminelor, azotului total, a greutatii moleculare si a puritatii prin gel-electroforeza verticala (P1);
• rezultatele obtinute in cadrul acestui contract au fost diseminate prin publicarea unui capitol de carte, a unei lucrari stiintifice si o comunicare la un congres international (P1):
  • O. Craciunescu, L. Moldovan, G.L. Radu - Cap. 6 – Caracterizarea elastinei in vederea utilizarii in biocompatibilizarea unor polimeri sintetici in volumul II din Tehnici experimentale in bioanaliza, Ed. Printech, Bucuresti, 2005 (ISBN 973-718-373-8);
  • L. Moldovan, O. Craciunescu, E.I. Oprita, D. Bojin, O. Zarnescu – Characterization of collagen-elastin-chondroitin sulfate dense membranes by light and electron microscopy in Proceedings of the 2nd Congress on Microscopy, S. Gajovic ed., Croatian Society for Electron Microscopy, Zagreb, Croatia, p. 180-181, 2006;
  • Poster la al II-lea Congres de Microscopie cu participare internationala - L. Moldovan, O. Craciunescu, E.I. Oprita, D. Bojin, O. Zarnescu – Characterization of collagen-elastin-chondroitin sulfate dense membranes by light and electron microscopy;
  • de asemenea, P4 a participat la cursul „Electron microscopy of biomaterials” de la Politehnica din Torino, Italia.
    

• Obtinerea de noi materiale polimerice naturale multifunctionale de interes biotehnologic;
• Analiza microstructurala si evaluarea proprietatilor lor biologice.
  

• Elaborarea de metode si procedee fizico-chimice si biochimice de modificare a caracteristicilor functionale ale biopolimerilor (peptide, polizaharide) (P1);
• Studiul experimental de laborator pentru obtinerea complexelor macromoleculare naturale multifunctionale (P1);
• Caracterizarea structurala a proteinelor si peptidelor matriceale obtinute prin metode specifice de microscopie (P3);
• Analiza prin metode specifice a proprietatilor chimice si biochimice a biopolimerilor modificati in vederea optimizarii interactiei lor cu polimerii sintetici tinta (P1, P5);
• Analiza proprietatilor biologice ale variantelor de biopolimeri si complexe macromoleculare in culturi de celule animale prin metode spectrofotometrice (P1);
• Evaluarea in vitro a citotoxicitatii biopolimerilor prin analiza imunocitochimica (P1, P3);
• Diseminare rezultate.
  

• s-au realizat studii documentare privind, pe de o parte, procedeele de caracterizare a polimerilor biomedicali din punct de vedere fizico-chimic cu cele de evaluare in vitro a acestora. Astfel, caracterisrtici ale materialului, sensibile la modificari chimice se pot analiza prin spectroscopie, analiza gravimetrica termala sau calorimetria diferentiala de scanning, iar iodentificarea si cantitatea compusilor chimici dintr-un biomaterial se poate determina prin cromatografia gaz/lichid, spectromertie IR, RMN sau de adsorbtie atomica. Tehnologiile actuale pentru evaluarea toxicitatii biopolimerilor au fost concentrate pe dezvoltarea unor metodologii de testare in vitro privind citotoxicitatea, genotoxicitatea si biofunctionalitatea acestora si furnizeaza o baza pentru studiile moleculare ulterioare;
• s-au realizat studii experimentale privind modificarea si analiza biopolimerilor matriceali in vederea compatibilizarii acestora cu polimerii sintetici tinta. Pentru aceasta, colagenul (COL) (polimeric si hidrolizat) si elastina (EL) in 3 forme structurale diferite (fibrilara, α-EL, k-EL) au fost supuse gel-cromatografiei si coacervarii. Au fost stabiliti parametri optimi de coacervare a α-EL, iar modificarile proprietatilor fizico-chimice ale biopolimerilor preparati au fost investigate prin vascozimetrie, gel-electroforeza verticala, spectroscopia IR si de corelatie 2D si calorimetrie diferentiala (DSC);
• alte studii experimentale au urmarit interactiunile intre proteine, peptide/proteine si proteine/polizaharide au fost urmarite din punct de vedere cinetic pentru a stabili conditiile optime de asociere intre COL, EL si GAG, prin metode turbidimetrice. Complexele macromoleculare rezultate au fost analizate pentru testarea gravimetrica a capacitatii de hidratare si pentru determinarea biochimica a ratei de degradare in prezenta colagenazei bacteriene. De asemenea, au fost analizate din punct de vedere structural prin prelucrarea probelor pentru microscopie optica si evidentierea specifica a COL si EL;
• analiza proprietatilor biologice ale variantelor de biopolimeri, precum si ale complexelor macromoleculare s-a realizat in culturi celulare primare de fibroblaste dermale prin investigarea viabilitatii celulare (testul MTT), morfologiei si proliferarii celulare (microscopie optica) si a prezentei markerilor de apoptoza celulara prin imunocitochimie;
• rezultatele obtinute in cadrul acestui contract au fost diseminate prin publicarea unei lucrari intr-o revista indexata in baze de date internationale si comunicarea a 4 lucrari la congrese internationale si publicarea lor ca rezumat:
  • L. Moldovan, O. Craciunescu, M. Lungu, T. Leau, O. Zarnescu, 2006, Comparative study of tissue response after subcutaneous implantation of collagen-GAG sponges and collagen-PVC composites for medical use, Chinese Journal of Pathophysiology, 22 (13), Suppl., 516;
  • A. Stoleriu, M.C. Popescu, L. Moldovan, O. Craciunescu, C. Vasile, 2006, Effect of molecular structure on the molecular mobility of elastin, BIOMMEDD, November 9-11, IASI, P117;
  • I.E. Raschip, D. Macocinschi, C. Vasile, Degradable polyurethanes-HPC blends, 2006, Ecole d’ete, Physico-chimie de l’atmosphere: des experiences de laboratoire aux campagnes de terrain, ARCUS programme ”Physico-chimie de l’atmosphere: formation par la rescherche” Universite „Al.I. Cuza” Iasi;
  • I.E. Raschip, C. Vasile, D. Ciolacu, G. Cazacu, 2006, Semiinterpenetrating polymer networks containing polysaccharides. I. Xanthan/lignin networks, Polycondensation ‚Koc University, Istambul, Turcia;
  • R. P. Dumitriu, C. Vasile, 2006, Semiinterpenetrating polymer networks containing polysaccharides. II. Alginate/N-isopropylacryl amide networks, Polycondensation, Koc University, Istambul, Turcia.
    

• Elaborarea si optimizarea unor procedee de amestecare a unor polimeri sintetici cu polimeri naturali (P1, P2);
• Realizarea tehnologiilor de laborator si obtinerea unor variante de materiale polimerice compozite (P2);
• Elaborarea metodelor de acoperire a polimerilor sintetici cu variante de complexe macromoleculare naturale (P1, P2);
• Realizarea de variante experimentale de materiale polimerice biocompatibilizate (P2);
• Investigarea morfologiei suprafetelor variantelor obtinute prin metode de microscopie electronica (P4, P1);
• Diseminare rezultate.
  

• s-au realizat studii documentare privind elaborarea metodelor si procedeelor de laborator pentru realizarea de materiale polimerice biocompatibilizate prin amestecarea/acoperirea polimerilor sintetici cu polimeri naturali modificati. Astfel, studiile existente in literatura arata ca, pe masura dezvoltarii de noi amestecuri, s-au obtinut materiale cu proprietati peformante din punct de vedere al caracteristicilor fizico-mecanice, de prelucrabilitate, biodegradabilitate, etc. Obtinerea de noi materiale prin tehnologia amestecarii este rapida si ieftina, iar proprietatile pot fi modificate variind compozitia amestecului. Modificarea proprietatilor de suprafata a unor polimeri, prin tehnici de acoperire are ca scop final obtinerea de polimeri biomedicali cu biocompatibilitate marita;
• s-au realizat studii experimentale de catre P1 si P2 privind realizarea tehnologiilor de laborator si obtinerea unor amestecuri de poliuretan (PU) si, respectiv, policlorura de vinil (PVC) cu diferiti polimeri naturali: colagenul (polimeric-COL si hidrolizat-HC), elastina (EL), sub forma de peptide solubile si glicozaminoglicanii-condroitin sulfat (CS) si acid hialuronic (AH). Au fost studiate modificarile comportarii amestecurilor la prelucrabilitate si au fost stabiliti parametri de lucru. Proprietatile fizico-chimice si mecanice ale amestecurilor au fost investigate prin determinarea densitatii, duritatii, rezistentei la tractiune, absorbtia de apa, pierderea de plastifiant;
• alte studii experimentale, realizate tot in colaborare P1-P2, au urmarit realizarea de variante experimentale de materiale polimerice biocompatibilizate prin modificarea suprafetei (acoperire). Dupa stabilirea parametrilor optimi de lucru, biomaterialele au fost caracterizate din punct de vedere chimic prin determinarea pH-ului extractului apos si a continutului in ioni de amoniu, clor, sulfat, plumb. De asemenea, au fost analizate caracteristicile fizice ale biomaterialelor si anume stabilitatea termica, rezistenta la tractiune, alungirea, modulul de elasticitate, duritatea, densitatea si absorbtia de apa, conform STAS;
• analiza morfologica si structurala a variantelor obtinute s-a realizat prin microscopie electronica de baleiaj (SEM) (P4). S-a realizat o analiza a imaginilor digitale pentru determinarea dimensiunilor porilor si o prelucrare statistica a datelor pentru estimarea suprafetei porilor (P4). Pentru analiza gradului de acoperire al variantelor de polimeri sintetici (PU, PVC) cu polimeri naturali si amestecuri de polimeri naturali, probele au fost prelucrate pentru microscopia electronica de transmisie (TEM) (P1);
• rezultatele obtinute in cadrul acestui contract au fost diseminate prin comunicarea a 2 lucrari la conferinte internationale:
  • Natural fiber-coated polyurethane used for medical device fabrication, Craciunescu Oana, Moldovan Lucia, Lungu Maria, Vasile Cornelia, D. Bojin, Zarnescu Otilia, International Conference on Nanomedicine, Chalkidiki, Grecia, septembrie 2007. (poster);
  • Natif polymers et polyurethane melanges pour des applications medicales, Maria Lungu, Florica Petrescu, Cornelia Vasile, Doina Macocinschi, Lucia Moldovan, Oana Craciunescu, 8eme Colloque Franco-Roumain sur les Polymeres, 2007, Grenoble-France. (poster).

• Realizarea unor modele experimentale in vitro pentru analiza proprietatilor variantelor de materiale biocompatibilizate

• Analiza proprietatilor mecanice si fizico-chimice ale materialelor polimerice prin metode spectrometrice, termogravimetrice si calorimetrice (P5);
• Testarea capacitatii de aderenta a microorganismelor la biomateriale prin metode standardizate (P2);
• Stabilirea influentei materialelor polimerice asupra sintezei de metaloproteinaze matriceale in vitro prin metode avansate (P1);
• Elaborarea de modele in vitro pentru determinarea cantitativa a proteazelor implicate in biodegradarea materialelor prin metode spectrometrice (P1);
• Screening al biocompatibilitatii materialelor polimerice pe diverse culturi de celule (P1, P3);
• Analiza structurala a compozitelor polimerice prin metode specifice de microscopie (P3);
• Diseminare rezultate.
  

• s-au realizat studii documentare privind structura si proprietatile mecano-chimice ale materialelor poliuretanice si elaborarea unor modele experimentale de laborator pentru testarea biologica si biochimica a compatibilitatii materialelor polimerice;
• s-au realizat studii experimentale de catre P5 privind proprietatile mecanice si fizico-chimice ale materialelor polimerice prin metode spectrometrice, termogravimetrice si calorimetrie;
• partenerul P2 a utilizat metode standardizate pentru testarea capacitatii de aderenta a microorganismelor la materialele polimerice preparate;
• s-a stabilit influenta materialelor polimerice asupra sintezei de metaloproteinaze matriceale in vitro prin metoda sensibila – gelatin-zimografie, in cadrul laboratorului de biochimie al P1; de asemenea, s-au stabilit modele experimentale in vitro pentru determinarea cantitativa a proteazelor implicate in degradarea materialelor precum si pentru stabilirea gradului de rezistenta la actiunea colagenazei bacteriene;
• alte studii experimentale, realizate in colaborare P1-P3, au urmarit stabilirea gradului de biocompatibilitate al materialelor polimerice preparate prin metode de evaluare a activitatii dehidrogenazei mitocondriene si metode de microscopie optica;
• analiza structurala a variantelor obtinute s-a realizat prin microscopie optica (P3). S-a realizat o analiza a imaginilor digitale pentru determinarea dimensiunilor porilor si a aspectului suprafetei polimerice;
• rezultatele obtinute in cadrul acestui contract au fost diseminate prin publicarea a 2 lucrari in reviste indexate in baze de date internationale si a 3 lucrari comunicate la conferinte internationale:
  • Craciunescu O., Moldovan L., Bojin D., Vasile C., Zarnescu O., 2007, ESEM observations on new polyurethane-based materials for biomedical applications: structure and cell adhesion, Acta Microscopica, 16 (1-2, Suppl. 2) p.199-200.• Craciunescu Oana, Zarnescu Otilia, Lungu Maria, Macocinschi Doina, Moldovan Lucia, Natural fiber-coated polyurethane used for medical device fabrication, Nanomedicine – preprints, ed. C. Kiparissides, p. 197-203, 2007;
  • Crivoi F., Moldovan L., Vasile C., Etude biologique des melanges APV-CH, 8eme Colloque Franco-Roumain sur les Polymeres, Grenoble-France, 2007;
  • „La modification chimique du chitosan”, Catalina Duncianu, Cornelia Vasile, 8eme Colloque Franco-Roumain sur les Polymeres, Grenoble-France, 2007;
  • „Aplicatiile hidrolizatului de colagen si ale alcoolului polivinilic in cosmetica”, F. Crivoi, C. Vasile, al VIII-lea Simpozion international de produse cosmetice si aromatizante, 29 mai-1 iunie, Iasi, 2007;
    

• Testarea in vivo a biocompatibilitatii materialelor polimerice noi;
• Prezentarea si demonstrarea functionalitatii si utilitatii noilor biomateriale.
  

• Analiza interactiei material-tesut pe modele animale prin metode histologice si de microscopie electronica (P1, P3, P6);
• Testarea in vivo a raspunsului tisular local in prezenta biomaterialelor prin evidentierea unor markeri biochimici (P3, P6);
• Evaluarea activitatii trombogenice a biomaterialelor obtinute prin evidentierea unor biomarkeri (P1, P3, P6);
• Analizarea datelor si demonstrarea functionalitatii si utilitatii biomaterialelor multifunctionale (P1, P2, P3);
• Identificarea drepturilor de proprietate intelectuala asupra rezultatelor prin organizarea unui work-shop restrans intre partenerii coordonatori ai acestei activitati (P1, P2);
• Diseminarea rezultatelor (P1, P2, P3).
  

Rezultate obţinute :

Activitatea de cercetare in cadrul prezentei faze de cercetare a fost desfasurata de P1, P2, P3 si P6, conform obiectivului propus, astfel:

• s-au realizat studii documentare privind interactia biomaterialelor polimerice cu sangele si tesuturile in vederea utilizarii acestora la realizarea de dispozitive medicale care vin in contact indelungat cu organismul (P1).
• s-au obtinut de catre P2 loturi de polimeri sintetici acoperiti si/sau amestecati cu polimerii naturali ai matricei extracelulare furnizati de P1.
• s-au realizat studii experimentale privind testarea in vivo a raspunsului tisular pe animale de laborator implantandu-se subcutanat variantele de biopolimeri pe loturi de sobolani (P1, P3, P6).
• s-au analizat histochimic si imunohistochimic probele de tesut din zona implantului, dupa sacrificarea animalelor la diferite intervale de timp, de catre P3.
• s-au analizat electronomicroscopic aceleasi tipuri de probe de tesut din zona implantului de catre P1
• s-au realizat studii experimentale pentru evaluarea activitatii trombogenice a biomaterialelor, realizate de P1 si P3.
• analizand datele obtinute in cadrul unui work-shop organizat intre parteneri s-au selectat variantele optime de biomateriale destinate realizarii de dispozitive medicale pentru care s-au intocmit 2 fise de produs, prezentate si pe pagina web a departamentului:

a)      Biomaterial pe baza de poliuretan biocompatibilizat prin acoperire cu biopolimeri matriceali

b)      Material polimeric biocompatibil pe baza de poliuretan amestecat cu polimeri naturali.

• S-au identificat drepturile de proprietate intelectuala asupra rezultatelor intre partenerii acestei activitati (P1, P2, P3) si s-au depus la OSIM 2 cereri de brevet de inventie (A/00539 si A/00468) in numele unitatii coordonatoare a acestui proiect (P1), avand ca autori persoane din echipe ale partenerilor implicati direct la realizarea materialelor polimerice (P1, P2, P3, P5).
• s-au diseminat rezultatele cercetarii acestui proiect sub forma a 2 cereri de brevet de inventie, depuse la OSIM, 4 articole stiintifice publicate in reviste cotate ISI si 1 comunicare stiintifica la Conferinta internationala NANO-2008. De asemenea, a fost publicat un capitol de carte cu ISBN si a fost finalizata pagina web a proiectului in romana si in engleza si pagina web a produselor (www.dbioro.eu/produse/biomaterial_pe_baza_de_poliuretan_biocompatibilizat_prin_acoperire_cu_biopolimeri_matriceali-651-849-ro.html si

www.dbioro.eu/cellular_and_molecular_biology/products_and_technologies-788-en.html).

• Parteneriatul complex creat intre institutii cu activitati diferite a functionat optim prin colaborarea intersectoriala si interdisciplinara coordonata printr-un bun management. Obiectivele si atributiile prevazute in acordul de colaborare au fost respectate.

Carte- capitol

Moldovan L., Craciunescu O., Zarnescu O., Popescu M.C., Lungu M., Radu G.L., 2007, Tehnici actuale si de perspectiva pentru testarea in vitro a biocompatibilitatii biomaterialelor colagenice de uz medical, in Tehnici Experimentale in bioanaliza (coordonator G.L. Radu), Ed. Printech, vol. V, p. 250-279.

Articole

Moldovan L., Craciunescu O., Zarnescu O., Macocinschi D., Bojin D., 2008, Preparation and characterization of new biocompatibilized polymeric materials for medical use, J. Optoelectron. Adv. Mat., 10(4), 942-947.

Craciunescu O., Lungu M., Zarnescu O., Macocinschi D., Moldovan L., 2008, Physico-chemical and biological evaluation of polyurethanic materials covered with natural polymers, Rev. Mase Plastice, 45, nr. 2, 163-166.

Moldovan L., Craciunescu O., Utoiu E., Leau T., Vasile C., Zarnescu O., 2008, In vitro and in vivo testing of biocompatibilized polyurethane materials for medical use, Virchows Archiv, 452 (Suppl 1), p. S238-S239. (3^rd Intercontinental Congress of Pathology, Barcelona, Spain, 17-22 May 2008).

Cornelia Vasile, Doina Macocinschi, Maria Cristina Popescu, Maria Lungu, Oana Craciunescu, 2008, Caracterizarea fizică a unor biomateriale compatibilizate pe bază de poliuretani, Rev. Chimie, 59, (in press).

Comunicare

Zarnescu O., Moldovan L., Craciunescu O., Leau T., 2008, Tissue response to subcutaneous implantation of collagen-polyurethane composites in rats, NANO-2008, (9th International Conference on Nanostructured Materials, 1-6 iunie 2008, Rio de Janeiro, Brazil), Abstracts, p.67 (PO 019).

Cereri brevet de inventie

Lucia Moldovan, Maria Lungu, Oana Craciunescu, Materiale biocompatibile obtinute prin acoperirea poliuretanului cu biopolimeri si procedeu de obtinere, Nr. Cerere brevet A/00468 din 18.06.2008

Lungu M, Moldovan L, Craciunescu O, Zarnescu O, Vasile C, 2008, Materiale biopolimerice pe baza de amestecuri de poliuretan si polimeri naturali si procedeu de obtinere, OSIM, Nr. A/00539