Cod proiect: PN-III-P2-2_1-PED-2021-1323

Nr. contract: 582PED⁄2022

Titlu proiectului: Noi nanostructuri proteice hibride pentru direcționarea specifică în celulele tumorale ale colonului

Acronim: Prot-Col-Target

Valoarea totală: 598.795,00 lei

Durata: 24 de luni (31/06/2022 - 29/06/2024)

Finanţator: UEFISCDI, România

Coordonator: Universitatea din Bucureşti, România

Derulat prin: Centrul de Cercetare în Domeniul Biofizicii Moleculare (BIOMOL) al Facultăţii de Fizică, Măgurele, România

Director de proiect: Conf. univ. dr. Claudia Gabriela CHILOM

E-mail: claudia-gabriela.chilom@unibuc.ro; claudia.chilom@fizica.unibuc.ro

Rezumatul proiectului:

Proiectul propune o colaborare interdisciplinară între echipe de cercetători din Universitatea din București, Facultatea de Fizică (UB, CO), Universitatea Transilvania din Brașov, Facultatea de Medicină și Institutul de Cercetare-Dezvoltare (UT, P1) și Institutul Național de Fizică a Materialelor Măgurele, România (NIMP, P2). O modalitate de a facilita intrarea în celule a nanostructurilor hibride proteice, care încapsulează sau sunt acoperite cu medicamente sau alte structuri de interes medical, este utilizarea acidului folic (FA) ca moleculă care țintește specific receptorii celulelor tumorale. Scopul principal al acestui proiect este de a sintetiza și caracteriza un tip nou de nanoparticulele hibride, formate din proteine serice (albumină, transferină), funcționalizate cu FA și încărcate cu flavonoidul rutină (Ru). Aceste nanoparticule hibride sunt stabile, reproductibile, extrem de eficiente și țintesc specific celulele de cancer de colon HT-29. Obiectivele proiectului vor fi atinse prin: 1) utilizarea unor metode de sinteză care implică nanoprecipitarea, desolvatarea și stabilizarea unor noi nanoparticule ale proteinelor serice încărcate cu Ru, funcționalizate cu FA, 2) caracterizarea morfologiei și a proprietăților noilor nanoparticule prin metode structurale (SEM, AFM, DLS), spectroscopice (UV-Vis, FT-IR, SPR) și electrochimice (ESI) și 3) aplicarea pe celule HT-29 a nanohibrizilor sintetizați. Noile nanostructuri hibride nu au făcut obiectul altor studii publicate în literatură, iar efectul acestor nanohibrizi asupra viabilității și capacității proliferative a celulelor HT-29 nu este raportat în literatura de specialitate. In viitor, rezultatele acestui proiect pot fi utile din punct de vedere clinic, in proiectarea și utilizarea nanoparticulelor in tratarea u onor tipuri de cancer.

Obiective generale/specifice ale proiectului

Obiectivul principal al proiectului este sintetizarea și caracteriza nanoparticule ale unor proteine serice (albumina serică umană, HSA și transferina umană, HST) funcționalizate cu acid folic și încărcate cu rutină. Aceste nanoparticule sunt stabile, reproductibile, foarte eficiente și țintesc celule specifice.

Obiectivele specifice:

O1. Sintetizarea și funcționalizarea cu acid folic (FA) a celor două tipuri de nanoparticule (NP) de proteine serice (HSA și HST) încărcate cu rutină (Ru): nanoparticule de albumină serică umană (HSA- FA-Ru NPs) și nanoparticule de transferină serică umană (HST- FA-Ru NPs);

O2. Caracterizarea morfologică și a proprietăților acestor nanoparfticule prin metode structurale, spectroscopice și electrochimice și

O3. Tratarea celulelor de adenocarcinom de colon uman (HT-29) cu aceste sisteme complexe.

Echipa de cercetare implicată în proiect:

Universitatea din București(UB, CO):

Conf. univ. dr. Claudia-Gabriela CHILOM – director proiect

Conf. univ. dr. Marcela-Elisabeta BĂRBÎNȚĂ PĂTRAȘCU - membru

Lect. univ. dr. Adriana Elena BĂLAN - membru

Conf. univ. dr. Sorina IFTIMIE - membru

Doctorand Nicoleta CAZACU (SANDU) - membru

Tehnician Mihai DINU - membru

Universitatea Transilvania din Brașov, Facultatea de Medicină și Institutul de Cercetare-Dezvoltare (UT, P1):

Conf. univ. dr. Monica FLORESCU –responsabil proiect

CS 3 Dr. Melinda DAVID – membru

CS 2 Dr. Tudor Constantin BADEA – membru

Tehnician stagiar Gyozo-Pavel Barko - membru

Ioana Zenaida – membru

Rodica Florea – membru

Institutul Național de Fizică a Materialelor Măgurele, România (NIMP, P2):

CS I Dr. Adrian Teodor Enache - responsabil proiect

ACS. Dr. Mihaela Cristina Bunea – membru

CS - Cercetator Postdoctoral Iulia Corina Ciobotaru - membru

Etape și rezultate estimative ale activităților:

Etapa 1 - Sintetizarea și funcționalizarea nanoparticulelor (2022)

Rezultate:

• Au fost sintetizate nanoparticuleale de proteine serice funcționalizate și încărcate cu flavonoidul rutină.

• Au fost caracterizate nanoparticulele sintetizate (formă, mărime, agregare, suprafață).

• A fost testată biocompatibilitatea nanoparticulelor obșinute.

Etapa 2 - Caracterizarea morfologică și studiul proprietăților nanoparticulelor (2023)

Rezultate:

• Au fost caracterizate nanoparticulele de albumină serică sintetizate (formă, mărime, agregare, suprafață, stabilitate în timp)

• Au fost evaluate modificările morfologice ale celulelor HT-29 în timpul expunerii celulelor la nanoparticule prin EIS (măsurători de impedanță)

• Au fost evaluate modificările dinamice din apropierea membranei plasmatice a celulelor HT-29 în timpul expunerii la NP (experimente SPR)

• A fost evaluată viabilitatea celulară a celulelor liniei HT-29 după expunerea la nanoparticule bazate pe albumină serică.

Etapa 3 - Efectele in vitro ale nanoparticulelor asupra celulelor HT-29 (2024)

Rezultate:

• Au fost caracterizate nanoparticulele de transferină serică sintetizate (formă, mărime, agregare, suprafață, stabilitate în timp)

• Au fost evaluate modificările morfologice ale celulelor HT-29 în timpul expunerii celulelor la nanoparticule prin EIS (măsurători de impedanță)

• A fost evaluată viabilitatea celulară a celulelor liniei HT-29 după expunerea la nanoparticule bazate pe transferină serică.

Prezentarea succintă a rezultatelor semnificative ale proiectului 582PED/2021.:

Imagini de microscopie de fluorescență obținute pentru (A) HSA NPs și (B) HSA-Ru NP (funcționalizate cu FA), marcate cu tioflavin T (ThT) după (A1) și (B1) 0 h și respectiv (A2) și (B2) 24 h incubare, în soluție apoasă.
Imagini de microscopie de fluorescență obținute pentru celulele liniei celulare HT-29 înainte și după 24 de ore de la incubarea cu HST-FA-Ru NPs (nucleul este evidențiat cu albastru - DAPI; filamentele de actină sunt evidențiate cu galben - faloidină, iar fibrilele amiloide sunt evidențiaie cu verde - ThT).

Diseminarea rezultatelor:

Articole științifice publicate:

1. M.-E Barbinta-Patrascu, S. Iftimie, N. Cazacu, D.L Stan, A. Costas, A.E Balan, C.G Chilom, Bio-Entities Based on Albumin Nanoparticles and Biomimetic Cell Membranes: Design, Characterization and Biophysical Evaluation, Coatings, 13, 671, 2023. https://doi.org/10.3390/coatings13040671

2. S.M. Petrovic, M.-E. Barbinta-Patrascu, Organic and Biogenic Nanocarriers as Bio-Friendly Systems for Bioactive Compounds’ Delivery: State-of-the Art and Challenges, Materials, 16, 7550, 2023. https://doi.org/10.3390/ma16247550

3. C.G. Chilom, A.E. Balan, T.A. Enache, D. Oprea, M. Enculescu, M. Florescu, M. David, Albumin-Rutin Nanoparticles: Design, Characterization, and Biophysical Evaluation, Coatings, 14, 220, 2024. https://doi.org/10.3390/coatings14020220

Conferințe internaționale:

1. M.E. Bărbînță-Pătrașcu, S. Iftimie, A. Bălan, N. Sandu, Diana L. Stan, C.G. Chilom, Albumin nanoparticles’ synthesis for biomedical applications, prezentare de tip poster la maniferstarea International Colloquium “Physics of Materials” (PM-7), București, Romania, 10 - 11 noiembrie 2022.

2. M. Florescu, M. David, C.G. Chilom, Spectroelectrochemical evaluation of the interaction of pharmaceutical compounds with serum proteins and liposomes for drug delivery systems, 8^th Annual Conference of Analytics (poster), Osaka, Japan, 17 - 19 mai 2023.

3. C.G. Chilom, M.-E. Barbinta-Patrascu, S. Iftimie, A.E. Balan, A. Enache, D. Oprea, M. Enculescu, Human serum albumin nanoparticles for targeting colon cancer cells (poster), 8^th International Conference on Radiation, Natural Sciences, Medicine, Engineering, Technology and Ecology (RAD 2023 Conference), Montenegro, 19 - 23 iunie, 2023.

4. M. Florescu, M. David, C.G. Chilom, S. Iftimie, A.E. Balan, A. Enache, D. Oprea, M. Enculescu, Evaluation of the biophysical properties and drug delivery capacity of serum albumin nanoparticles (poster), 14^th European Biophysics Congress, Stockholm, Sweden, 31 iulie - 4 august 2023.

5. S. Iftimie, M.-E. Barbinta-Patrascu, N. Cazacu, D.L. Stan, A. Costas, A.E. Balan, C.G., Chilom,^, On the synthesis and characterization of bio-entities based on albumin nanoparticles and biomimetic cell membrane (prezentare orală), International Semiconductor Conference (CAS), Sinaia, Romania, 11 - 13 octombrie 2023.

6. C.G. Chilom, S. Iftimie, A.E. Balan, T.A. Enache, D. Oprea, M. Enculescu, Human serum albumin-based nanoparticles for targeted intracellular drug delivery (poster), 3^rd International Virtual Conference on Chemistry and Analytical Chemistry, 13 - 14 aprilie 2024.

7. C.G. Chilom, S. Iftimie, A.E. Balan, T.A. Enache, D. Oprea, M. Enculescu, Nanostructured human serum albumin as drug delivery carrier to cancer cells (poster), 9th International Workshop of Materials Physics, Magurele, România, 14 - 16 mai 2024.

8. M. Florescu, M. David, Functional nanostructured materials for molecular delivery and detection systems, prezentare orală la 6th International Caparica Symposium on Nanoparticles/Nanomaterials and Applications, 22-25 ianuarie 2024, Caprica, Portugalia.