Raziskovalni projekt (so)financira Javna agencija za raziskovalno dejavnost RS.
Članica UL: Fakulteta za matematiko in fiziko
Šifra projekta: L1-8135
Naziv projekta: Biološka zdravila: detektor tvorbe proteinskih delcev na osnovi tekočih kristalov
Obdobje: 1.5.2017 - 30.4.2020
Letni obseg: 1,42FTE, cenovna kategorija: D
Vodja: Miha Ravnik
Veda: Naravoslovje
Sodelujoče RO: sodelujoče RO
Sestava projektne skupine: link on SICRIS
Bibliografske reference: link on SICRIS
Vsebinski opis projekta :
Nadzor in razumevanje agregacije proteinov je danes odprt temeljni in aplikativni izziv pri razvoju in proizvodnji proteinov kot bioloških zdravil, saj vpliva na njihovo funkcionalnost, varnost, čistost, stabilnost njihovih raztopin, pakiranje in transportne metode. Agregacija proteinov tipično ni odvisna le od specifične molekularne strukture proteinov, ampak tudi od številnih (mikro-) okoljskih parametrov, vključno s temperaturo, pH-jem, pufri, surfaktanti, stabilizatorji in tonicifatorji, kar zahteva, gledano z biofarmacevtske perspektive, številne preiskave različnih proteinskih sistemov preden so lahko končne raztopine – biološka zdravila – razvita in poslana na tržišče. Vendar za določanje agregacijskega obnašanja danes obstaja le malo robustnih in učinkovitih metod, ki bi omogočale študije širokega razpona proteinskih molekul in to preko širokega razpona velikosti agregatov, pri čemer je poseben izziv detekcija sub-vidnih proteinskih agregatov. Zato bi razvoj tovrstne tehnologije in novo temeljno znanje v tej smeri pomenilo velik napredek na področju biofarmacevtike. V tem projektu s področja aplikativne fizike mehkih snovi je osrednji cilj razviti konceptualno novo linijo senzorjev za detekcijo vidne in subvidne agregacije proteinov na osnovi tekočekristalnih tekočin in hkrati raziskati vlogo površin na agregacijo proteinov, vse neposredno koristno v biofarmacevtski industriji. Osrednji mehanizem v tem projektu bo izraba tekočekristalnih tekočin kot materialov za optično detekcijo, pri čemer bo zaznavanje temeljilo na selektivni adsorpciji proteinov in/ali njihovih agregatov na stik med raztopino proteinov in tekočih kristalov. Kot posledica prisotnosti agregatov na stičnih površinah se bo spremenila molekularna urejenost tekočekristalnih tekočin, kar pa bomo lahko učinkovito detektirali z različnimi brezkontaktnimi optičnimi metodami. S takim pristopom bomo ustvarili visoko občutljive in hitro odzivne (~ms) optične senzorje agregacije, ki bodo imeli predvideno okno za detekcijo agregatov v območju od vidnih do globoko sub-vidnih velikosti. Osrednja znanstvena vprašanja projekta bodo usmerjena v določitev: (i) vloge geometrije in topologije površin na agregacijo proteinov, (ii) vpliva površin na velikost in lastnosti agregatov, kot tudi na dinamiko agregacije na površini, in (iii) uporabo svetlobe in/ali plazmonike kot mogočih mehanizmov za nadzor agregacije in celo razbitje agregatov. Metodološko bomo v okviru projekta razvili nove pristope za detekcijo proteinskih agregatov na površinah, ki bodo temeljili na polarizacijski, fluorescenčni, in STED mikroskopiji kot tudi optični spektroskopiji. Naštete tehnike so na svetovnem nivoju najsodobnejši pristopi k temeljnim in aplikativnim izzivom moderne biotehnologije in znanosti v splošnem. Projekt bosta izvedli ljubljanska skupina za mehko snov in biofarmacevtska skupina podjetja Lek d.d., del skupine Novartis, ki je industrijski partner tega projekta. Obe skupini sta na svojih področjih svetovno prepoznavni in odlikovani s svojim teoretičnim in eksperimentalnim delom in visokimi znanstvenimi standardi; članki povezani s tem predlogom vključujejo npr. PNAS 2016, Nature Comm. 2016, Sci. Rep. 2016 in Nature Phys. 2015. Socialno-ekonomski rezultati tega projekta bodo omogočili široko razširjanje rezultatov opravljenih raziskav, prispevali k odličnosti Slovenije in mednarodno, ter ustvarili novo temeljno in aplikativno znanju neposredno koristno za slovensko (bio)farmacevtsko industrijo. Splošneje je projekt prispevek k samemu vrh sodobne temeljne in aplikativne biofarmacevtike, z osrednjim ciljem ustvariti nove znanstvene in tehnološke pristope za nadzor organizacije bio-relevantnih makromolekul na mikroskopskem in makroskopskem nivoju.
Faze projekta in njihova realizacija:
Projekt je razdeljen na tri osnovne raziskovalne cilje:
- Površinski senzorji za agregacijo proteinov na osnovi tekočih kristalov.
- Študij površinskih procesov agregacije proteinov.
- Optimizacija senzorjev za določene proteine ali njihove konformacije.
Ta projekt je organiziran v 6 delovnih sklopov, ki sledijo k uresničitvi treh zgoraj naštetih raziskovalnih ciljev. Delovne sklope sestavljeno komplementarne teoretične in eksperimentalne raziskave, ki bodo potekale koherentno in vzporedno, s čimer se poveča učinkovitost dela. Delovni sklopi so:
- Tekočekristalni površinski senzorji agregacije proteinov.
- Nove tehnike detekcije agregacije proteinov na stikih.
- Preučevanje agregacije proteinov na ravnih, ukrivljenih, zaprtih in topoloških stikih.
- Nadzor nad agregacijo proteinov in razbijanje agregatov.
- Upravljanje in vodenje projekta.
- Objave in uporaba.
