Interdyscyplinarne Środowiskowe Studia Doktoranckie "Fizyczne, Chemiczne i Biofizyczne Podstawy Nowoczesnych Technologii i Inżynierii Materiałowej " (FCB) – dr Adriana Gilarska
Tytuł projektu
Interdyscyplinarne Środowiskowe Studia Doktoranckie "Fizyczne, Chemiczne i Biofizyczne Podstawy Nowoczesnych Technologii i Inżynierii Materiałowej " (FCB) – dr Adriana Gilarska
Nazwa Beneficjenta/Beneficjentów
Wydział Fizyki i Informatyki Stosowanej, Akademia Górniczo-Hutnicza, Kraków
Nazwa programu
Program Operacyjny Wiedza Edukacja Rozwój
Konkurs
Interdyscyplinarne Środowiskowe Studia Doktoranckie "Fizyczne, Chemiczne i Biofizyczne Podstawy Nowoczesnych Technologii i Inżynierii Materiałowej
Wartość projektu
10123883 zł na 75 beneficjentów
Wartość dofinansowania
134895 zł na jednego doktoranta
Okres realizacji projektu
1.09.2017-31.08.2022 (przedłużony do 31.10.2023)
Poznaj nasz zespół
dr Adriana Gilarska
prof. dr hab. Maria Nowakowska
prof. dr hab. Czesław Kapusta
dr hab. Joanna Lewandowska-Łańcucka, prof. UJ
dr inż. Sylwia Fiejdasz
Zobacz efekt naszej pracy
W ramach interdyscyplinarnej pracy doktorskiej otrzymano i scharakteryzowano nanokompozyty, potencjalnie przydatne jako rusztowania komórkowe dla potrzeb inżynierii tkankowej, w szczególności do regeneracji tkanki kostnej. Przedstawione zostały dwie główne koncepcje:
(1) nanokompozyt bazujący na matrycy hydrożelowej z rozproszonymi cząstkami krzemionki do zastosowań w formie wstrzykiwalnej, który został wzbogacony o lek przeciwosteoporotyczny (alendronian sodu) oraz (2) nanokompozyt magnetyczny bazujący na matrycy hydrożelowej z rozproszonymi nanocząstkami magnetycznymi do zastosowań w formie gotowej usieciowanej struktury.
Wyniki badań opublikowano w czasopismach o międzynarodowym zasięgu (o punktacji MEiN 100-200), a także prezentowano na licznych konferencjach międzynarodowych oraz krajowych. Wynalazki są chronione patentem krajowym oraz krajowymi i międzynarodowymi zgłoszeniami patentowymi.
Dokonania naukowe powstałe w ramach tego projektu były podstawą do przyznania dr Adrianie Gilarskiej stypendium START Fundacji na rzecz Nauki Polskiej dla najlepszych młodych naukowców ze znaczącymi sukcesami w swojej dziedzinie nauki (edycja 2023). W trakcie studiów doktoranckich dr Gilarska uzyskała stypendium w ramach grantu ETIUDA 8 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki, a także odbyła staże naukowe w zagranicznych ośrodkach badawczych - The Centre for Translational Bone, Joint and Soft Tissue Research, TU Dresden (Niemcy) oraz Institute of Nanoscience of Aragon, University of Zaragoza (Hiszpania).
Najważniejsze publikacje:
1. Gilarska, A., Hinz, A., Bzowska, M., Dyduch, G., Kamiński, K., Nowakowska, M., Lewandowska-Łańcucka, J. (2021). Addressing the Osteoporosis Problem—Multifunctional Injectable Hybrid Materials for Controlling Local Bone Tissue Remodeling. ACS Applied Materials & Interfaces, 13(42), 49762-49779.
2. Fiejdasz, S., Gilarska, A., Horak, W., Radziszewska, A., Strączek, T., Szuwarzyński, M., Nowakowska, M., Kapusta, C. (2021). Structurally stable hybrid magnetic materials based on natural polymers–preparation and characterization. Journal of Materials Research and Technology, 15, 3149-3160.
3. Fiejdasz, S., Gilarska, A., Strączek, T., Nowakowska, M., Kapusta, C. (2021). Magnetic Properties of Collagen–Chitosan Hybrid Materials with Immobilized Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles (SPIONs). Materials, 14(24), 7652.
4. Gilarska, A., Lewandowska-Łańcucka, J., Guzdek-Zając, K., Karewicz, A., Horak, W., Lach, R., Wójcik, K., Nowakowska, M. (2020). Bioactive yet antimicrobial structurally stable collagen/chitosan/lysine functionalized hyaluronic acid–based injectable hydrogels for potential bone tissue engineering applications. International journal of biological macromolecules, 155, 938-950.
5. Lewandowska-Łańcucka, J., Gilarska, A., Buła, A., Horak, W., Łatkiewicz, A., Nowakowska, M. (2019). Genipin crosslinked bioactive collagen/chitosan/hyaluronic acid injectable hydrogels structurally amended via covalent attachment of surface-modified silica particles. International journal of biological macromolecules, 136, 1196-1208.
Jaki problem rozwiązuje nasz projekt?
Celem projektu było otrzymanie i scharakteryzowanie bioaktywnych nanokompozytów, potencjalnie przydatnych jako rusztowania do hodowli komórkowych dla potrzeb inżynierii tkankowej, w szczególności do regeneracji tkanki kostnej. Rosnące zapotrzebowanie na uzupełnianie ubytków kostnych, będących wynikiem postępujących procesów starzenia, chorób przewlekłych czy wypadków sprawia, że tematyka przeprowadzonych badań dobrze wpisuje się w obecny trend poszukiwania alternatywy dla tradycyjnych przeszczepów, które wiążą się z wieloma ograniczeniami. Ograniczenia te mogą zostać wyeliminowane dzięki postępującemu rozwojowi inżynierii tkankowej kości oraz badań dotyczących preparatyki rusztowań komórkowych. Opracowane w ramach pracy doktorskiej nanokompozyty składały się z hydrożelowej matrycy otrzymywanej z polimerów pochodzenia naturalnego, w której rozpraszane były wyselekcjonowane komponenty nieorganiczne, tworząc stabilne strukturalnie materiały o pożądanych właściwościach, zależnych od składu i wpływających korzystnie na efektywność regeneracji tkanki kostnej. W ramach projektu rozwinięto metody prowadzące do kowalencyjnego związania komponentów nieorganicznych (cząstek krzemionki i nanocząstek magnetycznych) z matrycą hydrożelową, co eliminuje poważny problem, jakim jest separacja fazowa i niekontrolowana dyfuzja komponentów nieorganicznych do tkanek w warunkach zastosowania in vivo w sytuacji braku ich immobilizacji w matrycy. Jednocześnie zachowane zostały pożądane właściwości umieszczonych w hydrożelach komponentów. Co więcej, opracowano nowy nanokompozyt wzbogacony o nośnik leku przeciwosteoporotycznego (alendronianu sodu), umożliwiający odbudowę tkanki kostnej przy jednoczesnym posiadaniu wysokiego potencjału terapeutycznego w przypadku zmian osteoporotycznych. Rozwiązanie to zapewnia nieinwazyjną lokalizację rusztowania w miejscu implantacji, zachowując strukturę, właściwości biologiczne i ograniczając potencjalne, niekorzystne skutki uboczne terapii.
Kto skorzysta z wyników projektu?
Wydłużająca się średnia długość życia i starzenie się społeczeństwa przyczyniają się do szybkiego wzrostu zaburzeń i chorób układu mięśniowo-szkieletowego, co jest ogromnym wyzwaniem dla opieki zdrowotnej i współczesnej ortopedii. Tkanka kostna jest drugą po krwi najczęściej przeszczepianą tkanką na świecie. Opracowane w ramach projektu nanokompozyty mogą potencjalnie znaleźć zastosowanie w medycynie regeneracyjnej jako rusztowania komórkowe do uzupełnień małych ubytków kostnych. Ponadto zastosowanie nanokompozytów zawierających nośnik leku przeciwosteoporotycznego może stanowić atrakcyjną metodę leczenia ubytków spowodowanych osteoporozą.