Nanogeluri imprentate molecular cu proteina Spike S1 ca anticorpi sintetici – ANTISPIKE


Director de proiect: CS I. Dr. ing. Anamaria ZAHARIA ()

Institutul National pentru Cercetare & Dezvoltare in Chimie si Petrochimie – ICECHIM, Bucuresti

Finantare: Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării și Inovării (UEFISCDI)

Program: PN III- Program Resurse Umane – Tinere Echipe de Cercetare 2021

Numarul proiectului: PN-III-P1-1.1-TE-2021-1239

Domeniul de cercetare –Pharmacology and pharmacogenomics (including drug discovery and design, drug delivery and therapy, toxicology)

Contract de finantare: Nr. 144/13.05.2022

Valoare totala a contractului: 450.000 RON

Perioada de implementare a proiectului: 13.05.2022 – 12.05.2024 (24 luni)

 


Abstract

SARS-CoV-2 este un nou tip de coronavirus, responsabil pentru provocarea COVID 2019 la oameni, cu o rată de contagiune foarte mare în întreaga lume. Infectia virală cu SARS-CoV-2 este conferită de prezența proteinei Spike S1 pe suprafață care poate intra direct în membrana plasmatică a celulei umane. Proteina Spike, prin localizarea sa, este o țintă terapeutică semnificativă și poate fi vizată folosind anticorpi. În ciuda evoluțiilor tehnologice recente, terapii eficiente și sigure nu sunt disponibile în prezent pentru tratarea victimelor infectate. Prin urmare, obiectivul general al proiectului vizează sinteza nanogelurilor imprentate molecular cu Spike S1 ca anticorpi sintetici (MIP-SNA) pentru recunoașterea și reținerea proteinelor Spike S1 din coronavirus. În acest sens, MIP-SNA sunt capabili să recunoască și să lege proteinele Spike S1, acționând ca un invelis de nanogel ce inhiba activitatea antigenului SARS-CoV-2 si pătrunderea în celulele umane. Prin urmare, ANTISPIKE prezinta o influență semnificativă asupra comunității științifice prin noi concepte și metodologii pentru sisteme de livrare fără ligand, de tipul MIP-SNA (prin lucrări si comunicări stiinfitice si cerere de brevet național) și prin deschiderea de noi direcții de cercetare asociate cu beneficiile secundare ale cercetării (cum ar fi noi imuno-terapii). Implementarea acestui proiect va aduce, de asemenea, beneficii științifice, economice și sociale specifice la nivel național si internațional.


Obiectivul proiectului

Obiectivul general al proiectului “ANTISPIKE” se referă la obtinere de noi structurii de nanogelurilor imprentate molecular cu proteina Spike S1 ca anticorpi sintetici (MIP-SNA), eficiente din punct de vedere economic și biocompatibile, capabile de recunoașterea și reținerea proteinelor Spike S1 din coronavirus.


Rezultatele estimate

ANTISPIKE prezinta o influență semnificativă asupra comunității științifice prin noi concepte și metodologii pentru sisteme de livrare fără ligand, de tipul MIP-SNA; prin trimiterea spre publicare a 3 lucrări stiinfitice (dintre care 2 Open Access); participarea la 3 comunicări stiinfitice, o cerere de brevet national, website al proiectul “ANTISPIKE” cat și prin deschiderea de noi direcții de cercetare asociate cu beneficiile secundare ale cercetării, cum ar fi noi imuno-terapii. Implementarea acestui proiect va aduce, de asemenea, beneficii științifice, economice și sociale specifice la nivel național si internațional.

ETAPA 1 .  – TESTE PRIVIND SINTEZA ȘI CARACTERIZAREA ANTICORPILOR SINTETICI DE TIP NANOGEL (SNA)S – OPTIMIZAREA SPECIFICITATII SI SELECTIVITATII NANOGELURILOR SNA


·      Act 1.1 –Funcționalizarea PEG având diferite mase moleculare (Mn =700÷2000 g/mol), prin reacție cu clorură de acriloil, precum și determinarea polidispersității PD, a masei moleculare medii numerice, Mn, și funcționalitate, F, macromonomerilor prin Cromatografie de lichide de inalta performanta (HPLC-SEC) și Rezonanța magnetică nucleară de proton.

·      Act 1.2 – Caracterizarea structurală a proteinei Spike S1 din punctul de vedere al potențialului Zeta, difracției cu raze X (XRD) și spectroscopie în infraroșu cu transformată Fourier (FTIR).

·      Act 1.3 – Partea 1 – Polimerizarea în mini-emulsie inversă (apă în ulei) a macromonomerilor funcționali PEGDA în prezența proteinei Spike S1 din coronavirus, în calitate de  templat.

·      Act 1.4 – Partea 1 – Dimensiunea, distribuția dimensiunii, potențialul Zeta și măsurarea indicelui de polidispersitate PDI pentru nanogelurile MIP-SNA fără ligand prin difuzie dinamică a luminii (DLS) și microscopie electronică cu transmisie/baleiaj (TEM/SEM).

·      Act 1.5 – Comunicarea și diseminarea rezultatelor.


REZUMAT EXECUTIV

SARS-CoV-2 (Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2) este un nou tip de coronavirus, responsabil de producerea bolii COVID-2019 la oameni, cu o rată de contagiune foarte ridicată în toată lumea. Până în prezent, la nivel global, COVID-19 a afectat peste 629,370,889 de persoane din întreaga lume, conducând la peste 6,578,245 de decese până la data de 8 noiembrie 2022. Scopul prezentului proiect constă în obtinerea de noi structuri de anticorpi sintetici de tip nanogel imprentate molecular (MIP-SNA) cu proteina Spike S1 (PSS1),  pe bază de macromonomeri de tipul polietilenglicoldiacrilat (PEGDA) care prezintă biocompatibilitate ridicată. În cadrul Etapei I/2022 au fost efectuate teste privind sinteza și caracterizarea anticorpilor sintetici de tip nanogel (SNA) imprentați molecular (MIP-SNA) cât și neimprentați molecular (NIP-SNA) cu PSS1, prin polimerizare în mini-emulsie inversă. Studiile experimentale la scară de laborator privind obținerea de SNA și analiza structurii și a compoziției caracteristice SNA au fost concentrate pe următoarele activități: (i) elaborarea studiilor privind condițiile de sinteză a macromerului pe bază de polietilenglicol (PEG) cu grupe terminale acrilat; (ii) caracterizarea fizico-chimică a PSS1; (iii) elaborarea studiilor privind condițiile de sinteză și caracterizarea SNA pe bază de polietilenglicol cu grupe terminale acrilat (PEGDA), în prezența PSS1 utilizată ca templat, prin polimerizare în mini-emulsie inversă.         

Caracterizarea fizico – chimică a macromerului pe bază de PEGDA, a PSS1 cât și a SNA,  s-a realizat utilizând tehnici avansate precum HPLC, FTIR, TGA/DTG, XRD, CD, DLS, SEM și TEM. Mai mult decât atât, caracterizarea PSS1 s-a realizat atât prin dicroism circular (CD), cât și prin difracție de raze X (XRD). Rezultatele XRD au evidențiat peak-uri cu distanțe mari de 183 și respectiv 152 Å, caracteristice interacțiunilor subunităților orientate aleator (random coil structure), aceste date fiind în concordanță cu rezultatele analizei CD. În ceea ce privește similitudinea dintre spectrele FTIR caracteristice NIP-SNA și a MIP-SNAext, s-a putut dovedi faptul că structura chimică a MIP-SNA nu a fost modificată în timpul procesului de imprentare (acest proces având la bază legături necovalente), fiind astfel confirmată îndepartare totală a PSS1 din MIP-SNA, în scopul obtinerii unor cavități complementare create artificial. Analizele TGA/DTG au confirmat prezența atât a macromonomerului cât și a proteinei/emulgatorilor în structura SNA în cazul MIP-SNA. Dimensiunea particulelor a putut fi analizată cu ajutorul tehnicii DLS, măsurătorile indicând dimensiuni în intervalul de 120-220 nm. Totodată, imaginile SEM au evidențiat structurile sferice, individuale ale particulelor sintetizate, iar micrografiile TEM obținute au indicat prezența structurii fibrilare amiloide a PSS1 absorbite pe nanoparticulele obținute. Rezultatul tuturor acestor studii experimentale, la scara de laborator, au condus la Stabilirea si Elaborarea Modelul Experimental (EM) privind obtinerea de anticorpi sintetici de tip nanogel (SNA).

            Gradul de realizarea a obiectivelor din cadrul Etapei 1/2022 a fost realizat în totalitate, iar obiectivele au fost îndeplinite în proporţie de peste 100%, rezultatele fiind în concordanță cu țintele propuse: 1 raport științific de activitate, 1 raport financiar și de audit; site-ul proiectului ANTISPIKE ; elaborarea modelului experimental (EM) de obţinere SNA; participarea la 5 conferinţe internaţionale si publicartea 1 Articol ISI (in zona rosie WoS, Q1, cu  date ce-au fost folosite ca punct de plecare și ca background al proiectului ANTISPIKE).


DISEMINARE

           1 Articol ISI Publicat: 1. Zaharia, A.; Gavrila, A.-M.; Caras, I.; Trica, B.; Chiriac, A.-L.; Gifu, C.I.; Neblea, I.E.; Stoica, E.-B.; Dolana, S.V.; Iordache, T.-V. Molecularly Imprinted Ligand-Free Nanogels for Recognizing Bee Venom-Originated Phospholipase A2 Enzyme. Polymers 2022, 14, 4200. https://doi.org/10.3390/polym14194200(91TE/2018; 144TE/2022).

          5 Manifestari Stiintifice:

1. Iulia Elena Neblea, Anamaria Zaharia, Andreea Olaru, Mircea Teodorescu, Tanța-Verona Iordache, Elena-Bianca Stoica, Teodor Sandu, Andreea Miron, Andrei Sarbu, Anita-Laura Chiriac, New Innovative Biopolymer-Based Interpenetrated Hydrogels with Potential Antibacterial Activity,22nd Romanian International Conference on Chemistry and Chemical Engineering, Sinaia, ROMANIA – September 7 – 9, 2022. Prez. Orala (144TE/2022; 157/2020)

2. Ana-Mihaela Gavrila, Ana-Lorena Neagu, Petru Epure, Anamaria Zaharia, Catalin Zaharia, Horia Iovu, Andrei Sarbu, Bianca-Elena Stoica, Sorin-Viorel Dolana, Tanta-Verona Iordache, Molecularly Imprinted Polymers for the Detection of Different Hazardous Analytes, 22nd Romanian International Conference on Chemistry and Chemical Engineering, Sinaia, ROMANIA- September 7 – 9, 2022. Poster (144TE/2022; 255PED/2020; PN 19.23.02.01)

3. Verona Iordache, Anamaria Zaharia, Ana-Mihaela Gavrila, Bianca Elena Stoica, Ana Lorena Ciurlica, Marinela Dumitru, Andreea Olaru, Andrei Sarbu, Laura Anita Chiriac, Quaternary Ammonium Functionalized-Clay Microparticles with Bactericidal Activity Applied for Wastewater Treatment, 22nd Romanian International Conference on Chemistry and Chemical Engineering, Sinaia, ROMANIA – September 7 – 9, 2022. Poster (144TE/2022; 135TE/2022; 71/2017)

4. Anamaria Zaharia, Ana-Mihaela Gavrila, Anita-Laura Chiriac, Iulia Elena Neblea, Teodor Sandu, Sorin Dolana, Bogdan Trica, Iuliana Caras, Andrei Sarbu, Tanta-Verona Iordache, Ligand-free targeted delivery nanogels for recognizing Hymenoptera venom-originated PLA2 enzyme, 22nd Romanian International Conference on Chemistry and Chemical Engineering, Sinaia, ROMANIA – September 7 – 9, 2022. Poster (144TE/2022; 91TE/2018; 49PTE/2020)

5. Anita-Laura Chiriac, Iulia Elena Neblea, Ana-Mihaela Gavrila, Anamaria Zaharia, Teodor Sandu, Andreea Miron, Marinela Dumitru, Sorin Dolana, Andrei Sarbu, Tanta-Verona Iordache, Innovative Structures based on Bio-friendly Polymers, 22nd Romanian International Conference on Chemistry and Chemical Engineering, Sinaia, ROMANIA – September 7 – 9, 2022. Poster (144TE/2022; 646PED/2022)