- ŠIFRA PROJEKTA: L2-7550 (D)
- NAZIV PROJEKTA: Nano strukturirani vlaknasti materiali za ciljno depozicijo zdravilnih učinkovin, izdelani z electrospinningom (aplikativni raziskovalni projekt)
- VODJA PROJEKTA: Dr. Emri Igor /prof. dr. Gregor Serša (ONKOLOŠKI INŠTITUT)
- TRAJANJE: 1. 3. 2016 - 28. 2. 2019
- SESTAVA PROJEKTNE SKUPINE
- RAZISKOVALNE ORGANIZACIJE: (1) Inštitut za sonaravne inovativne tehnologije, EGIZ (2) Univerza v Ljubljani, Fakulteta za farmacijo, (3) ONKOLOŠKI INŠTITUT LJUBLJANA, (4) Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo
- FTE: 1,45 FTE (skupno)
- FINANCIRANJE: Javna agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije (ARRS)
Vsebinski opis projekta
Projekt obravnava vzpostavitev postopka electrospininga z uporabo brezigelne tehnologije za izdelavo kontejnejrjev iz bimodalnega poliamida 6, ki bodo uporabljeni za dostavo zdravil v človeškem telesu. Ta pristop uporablja polimerna nano-vlakna narejena s postopkom elektrospininga, ki predstavlja nosilni material za zdravilne učinkovine in jih je mogoče uporabiti za ciljno kemoterapijo lokaliziranih tumorjev in za podaljšano sproščanje zdravil v primeru kroničnih bolezni. Možnost nadzora hitrosti sproščanja zdravila je ključni dejavnik predlaganega pristopa, ki ga je mogoče doseči s pomočjo spreminjanja porazdelitve velikosti por membran in hitrostjo razgradnje polimera. Hitrost biorazgradljivosti in njen vpliv na porazdelitev velikosti por (PSD) sta odvisni od kemične sestave polimera in njegove strukture. Patentiran biokompatibilni multimodalni poliamid 6 je bil izbran za namen tega projekta zaradi njegove izjemne kompatibilnosti, oz. izjemno visoke občutljivosti na hitrost deformacije, spremembo temperature in tlaka med procesom izdelave. Te lastnosti omogočajo formiranje gradientne strukture trdnega materiala s pomočjo procesa brizganja, kot tudi gradientnih nano-vlaken, proizvedenih z elektrospinnig postopkom. V tem primeru bo hitrost vlečenja polimerne raztopine v elektrostatičnem polju vplivala na strukturo vlaken, ki posledično neposredno vpliva na stopnjo biorazgradljivosti. Porazdelitev velikosti por (PSD) je odvisna samo od tehnološkega procesa elektrospininga, katerega vzpostavitev predstavlja cilj predlaganega projekta. PSD je odvisna od premera vlaken, debeline membrane in njene gostote, ki posledično določajo parametre proizvodnega procesa (sestava raztopine, pogoji zraka,…). V skladu s tem je cilj predlaganega projekta ugotoviti korelacijo med premerom vlaken in debelino membrane, ki vplivata na velikost por in distribucijo velikosti por, obenem pa na procesne parametre postopka elektrospinninga na primeru multimodalnega poliamida 6. V sklopu projekta bo raziskana sestava raztopine, njene viskoznosti, električne prevodnosti in površinske napetosti, vpliv elektrostatičnega polja na elektrospinning proces ter kakovost in premer izdelanih vlaken. Izdelani bodo materiali z različno porazdelitvijo velikosti por, premerom vlaken, ter debelino membran, učinkovitost vseh pa bo potrjena s pomočjo testov difuzije na modelnih zdravilih.
Faze projekta in njihova realizacija
Cilj predlaganega projekta je razumeti proces formiranja nano-vlaken pri postopku elektrospininga. To znanje bo uporabljeno za vzpostavitev ponovljive proizvodnje nano-poroznih membran potrebnih za razvoj novega inovativnega sistema dostave zdravil v človeško telo z možnostjo kontroliranega načina sproščanja zdravilnih učinkovin. Klasična tehnologija šobnega elektrospininga je relativno dobro razumljena, na drugi strani pa je zelo malo znanega o novem postopku brezigelnega elektrospininga prostih površin. Predvsem ni razvitega znanja o obnašanju bio-kompatibilnih multimodalnih poliamidov, ki lahko odpirajo popolnoma novo poglavje pri zdravljenju rakavih obolenj.
V skladu s tem bo projekt prispeval k:
- Razumevanju fizike brezigelnega procesa elektrospininga. V primerjavi s klasičnim procesom šobnega elektrospininga, kjer se ob električnem polju na površini kaplice tvori ''Taylorjev stožec'', se pri brezigelni inženerski rešitvi ta formira na tetivi navlaženi s polimerno raztopino, tako se parametri površinske napetosti in električne prevodnosti, potrebne za stabilen proces, pri isti polimerni raztopini lahko razlikujejo. Pridobljena relacija bo osnova za smernice procesa tehnologije brezigelnega elektrospininga. Glavna prednost tega postopka je, da izključuje elemente, ki se med procesom lahko zamašijo in zato zahtevajo pozornost poleg tega pa omogoča proizvodnjo na industrijski ravni.
- Razumevanju obnašanja multimodalnega poliamida 6 v tako zapletenem procesu kot je elektrospining. Iz literature je znano, da molekulska masa uporabljenega polimera, bistveno vpliva na proces elektrospininga, predvsem zaradi neposrednega vpliva na viskoznost raztopine. Multimodalni poliamid 6 je že izkazal izjemne lastnosti v zvezi s formiranjem različnih struktur glede na robne pogoje kot sta temperatura in tlak. Projekt bo pokazal vpliv hitrosti vlečenja na oblikovanje strukture vlaken. Ti podatki se lahko uporabijo za pripravo membran z različnimi absorbcijskimi lastnostmi in različnimi stopnjami biorazgradljivosti.
- Znanje o formiranju porazdelitev velikosti por nano-vlaknatih materialov, pripravljenih s postopkom elektrospininga. Predvsem nas zanima vpliv premera vlaken in debeline membrane na povprečno velikost por in porazdelitev velikosti por.
Razvita znanja bodo objavljena v uglednih revijah in, najpomembnejše, uporabljena za razvoj sistema dostave zdravil, ki bo v trdnem stanju in bo namenjen za zdravljenje rakavih obolenj. Razvita tehnologija bo zaščitena z mednarodnimi patenti.