Program NUCLEU perioada 2018
NOI ABORDĂRI ÎN DOMENIUL TEHNOLOGIILOR IZOTOPICE ȘI MOLECULARE-IZOMOL 18 PN18 03
P3. Platforme inovative destinate aplicațiilor în domenii emergente: tehnici de calcul bazate pe rețele neuronale, dezvoltarea de noi formulări farmaceutice, diagnoza moleculară, biomedicină.
Responsabil proiect: Dr. Ioan Turcu
Faza 1: Proiectarea, realizarea, testarea și validarea unui proces de generare de armonici superioare folosind rețele neuronale.
Valoare fază: 1.545.343 lei
Termen de predare: 15.06.2018
Rezultate:
1. Studiu: Rețele neuronale artificiale antrenate să prezică eficiența procesului de generare de armonici superioare
2. Metoda: Scan parametric multi-dimensional pentru estimarea eficienței procesului de generare de armonici superioare
3. Metoda: Procedură pentru prezicerea eficienței procesul de generare de armonici superioare folosind rețele neuronale artificial
4. Produs software: Software dedicat prezicerii puterii spectrale în experimentele de generare de armonici superioare
Diseminare:
I. Articole:
ACCEPTAT in Materials Research Express: "Artificial neural networks modeling of the parameterized gold nanoparticles generation through photo-induced process" by Gherman, Ana Maria; Tosa, Nicoleta; Cristea, Mircea; Tosa, Valer; Porav, Sebastian; Agachi, Paul
II. Comunicări:
"Modeling laser-induced molecule excitations using real-time, time-dependent density functional theory", cu autorii Bende and V. Toşa prezentată la 12th Joint Conference on Mathematics and Computer Science (MACS 2018) Cluj-Napoca, 14 – 17 iunie 2018
Faza 2a: Sisteme supra-moleculare complexe pentru dezvoltarea de noi formulări farmaceutice, cu eficacitate crescuta, şi separarea de flavonoide din extracte de plante
Valoare fază: 889.030 lei
Termen de predare: 15.09.2018
Rezultate:
1. Valoarea constantelor de asociere şi stoichiometria complexului obţinute prin metode experimentale complementare (ITC si RMN).
2. Obţinerea unei noi formulări farmaceutice: complexul supramolecular β-CD - 1MPTMPC.
3. Studiu privind obținerea de sisteme supra-moleculare complexe cu activitate anticolinergică/antispastică.
Diseminare:
I. Articol cotat ISI:
Interaction of 1-methyl-1-({2-[4-(trifluoromethyl)phenyl]-1,3-thiazol-4-yl}methyl) piperidinium chloride with β-CD: spectroscopic, calorimetric and molecular modeling approaches, Mihaela Mic, Adrian Pîrnău, Călin G. Floare, Maria Miclăuș, Irina Kacso, Mariana Palage, Mircea Bogdan, Journal of Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chemistry, 92, 195 – 204 (2018).
II. Comunicări la Analytical and Nanoanalytical Methods for Biomedical and Environmental Sciences IC-ANMBES 2018 – May 23-25, 2018 Braşov, Romania
• Molecular Interaction Between Drugs with Antimicrobial Activity and Macromolecular Receptors, Mihaela Mic, Adrian Pîrnău, Maria Miclaus, Calin G. Floare, Iren Kacso, Mariana Palage, Mircea Bogdan.
• Competitive Binding of Tolmetin to β-CD and HSA, Adrian Pirnau, Mircea Bogdan, Calin G. Floare, Mihaela Mic, Silvia Neamtu.
Faza 2b: Sisteme supra-moleculare complexe pentru dezvoltarea de noi formulări farmaceutice, cu eficacitate crescută, şi separarea de flavonoide din extracte de plante
Valoare fază: 902.752 lei
Termen de predare: 10.12.2018
Rezultate:
Obținerea de dispersii solide polimerice în scopul creșterii biodisponibilității și stabilității unor antioxidanți naturali din clasa flavonoidelor
i. S-au identificat polimerii care pot forma dispersii solide amorfe cu compușii bioactivi cercetați și metodele prin care pot fi obținute aceste dispersii;
ii. S-au obţinut şi caracterizat prin metode de difracţie, spectroscopice, calorimetrice și de microscopie electronică dispersii solide amorfe ale curcuminei și quercetinei cu proteină din zer, polivinilpirolidonă și chitosan;
iii. S-a determinat profilul de solubilitate a dispersiilor solide amorfe obținute și s-au identificat polimerii, respectiv metodele de preparare care duc la o creștere semnificativă a solubilității curcuminei, respectiv quercetinei;
iv. S-a dezvoltat un proces de scalare pentru dispersia solidă amorfă a quercetinei în polivinilpirolidonă.
Obiectivele fazei din punct de vedere științific au fost atinse.
Am dezvoltat o nouă formulare farmaceutică: Dispersie solidă amorfă Quer-PVP_100-1_SD obținută prin atomizare.
Obținerea de sisteme supra-moleculare complexe cu aplicații în dezvoltarea de noi formulări farmaceutice, cu eficacitate crescută, și respectiv în separarea flavonoidelor prin încorporarea în polimeri metal-organici de tip MOF.
i. S-au identificat parametrii care influențează gradul de încorporare al flavonoidelor în MOF-urile selectate;
ii. S-au obţinut şi caracterizat prin metode de difracţie şi spectroscopice şapte noi complecşi supramoleculari flavonoid@MIL-100 (Fe);
iii. S-au identificat caracteristicile structurale ale flavonoidelor care favorizează obţinerea unui grad mai ridicat de încorporare in polimeri;
iv. S-a investigat potenţialul polimerului MIL-100 (Fe) în separarea de flavonoide
Obiectivele fazei din punct de vedere științific au fost atinse.
Am dezvoltat un protocol experimental de Separare de flavonoide din amestecuri sintetice, procedură implemetată la scală de laborator.
Am dezvoltat o nouă formulare farmaceutică: Complex supramolecular flavonoid@MIL-100 (Fe).
Diseminare:
1 articol trimis spre publicare: Comparative interactions of a series of flavonoids with MIL-100 (Fe), by I.G. Grosu, M. Miclăuş, G. Blăniţă, N. Hadade, C. Filip and A. Moţ
Faza 3a: Dezvoltarea de platforme de diagnoză moleculară bazată pe detecţia ultrasenzitiva Raman şi noi metode de analiza multivariată şi computaţională de mare acuratete - de la biomoleculă la organisme vii
Valoare fază: 1.003.669 lei
Termen de predare: 10.12.2018
Rezultate:
1. Am dezvoltat un substrat SERS activ bazat pe un amestec dintre un nanocompozit grafene/NPAg (nanoparticule de argint) şi un coloid de argint, în particular pentru aplicaţii biomedicale. Acest substrat SERS a fost testat in cazul moleculelor de ADN genomic, la pH acid.
i) Am preparat urmǎtoarele compozite grafene/NPAg prin procesul de reducere: a) TRGO („Thermally Reduced Graphene Oxide”) (grafene cu NPAg 2-3%); b) TRGO 1 (grafene cu NPAg 20% aglomerate) şi c) TRGO 2 (grafene cu NPAg 20% ordonate). Sistemul TRGO 1 a fost caracterizat prin microscopie electronicǎ de transmisie (TEM), difracție de raze X (XRD) si analiză termogravimetrică (TGA).
ii) Au fost testate diferite amestecuri dintre aceste sisteme bazate pe grafene şi un coloid de argint, utilizând spectrofotometria UV-Vis, dar şi spectroscopia Raman de amplificare la suprafaţă (SERS) ȋn prezenţa substanţei test cristal violet. De asemenea, a fost testatǎ pentru cristal violet stabilitatea în timp a unor amestecuri formate din compozitul grafene/NPAg (TRGO 1) şi coloidul de argint.
iii) Am identificat amestecul cu cele mai bune proprietăţi de intensificare a semnalului SERS, acesta fiind selecţionat pentru analiza vibraţională a moleculelor de ADN genomic în condiţii de pH acid.
iv) Pentru sistemele cu acizi nucleici s-a găsit o stabilitate chimică în condiţii de pH acid, în prezenţa suspensiilor cu nanocompozitul grafene/NPAg (grafene cu NPAg 20% aglomerate) şi un coloid de argint. Această stabilitate chimică a fost discutată considerând un mechanism de adiţie electrofilă a apei, catalizată de hidracizi, caracteristic unor unităţi constitutive de tipul trans-1,3-butadienei prezente în structura grafenei.
2. Am fabricat prin litografie de nanoimprint (NIL) suprafețe micro/nanostructurate de canale microfluidice, microelectrozi circulari interdigitați și nanolinii prin efectuarea imprintării în trei substraturi polimerice transparente şi flexibile de IPS®, plexiglas şi policarbonat.
i) S-a realizat transferarea fidelă a canalelor microfludice, a sistemului de microelectrozi circulari interdigitați și a nanoliniilor de pe matriță pe substratul IPS® folosind tehnica NIL.
ii) S-a realizat transferarea fidelă a canalelor microfludice, a sistemului de microelectrozi circulari interdigitați și a nanoliniilor de pe matriță pe substratul de Plexiglas folosind tehnica NIL.
iii) S-a realizat transferarea fidelă a canalelor microfludice, a sistemului de microelectrozi circulari interdigitați și a nanoliniilor de pe matriță pe substratul de policarbonat folosind tehnica NIL.
iv) S-au caracterizat cele nouă micro/nanosisteme structurate prin microscopie electronică de baleiaj (SEM).
3. Am dezvoltat o metodă de diagnoză moleculară a infecțiilor fungice care cuplează detecția ultrasenzitivă cu noi algoritmi de analiză multivariată și computațională de mare acuratețe.
i) Am izolat organismele eucariote patogene din probe biologice recoltate de la pacienți și am înregistrat spectre SERS la nivel de singur organism viu.
ii) Am realizat analiza componentelor principale (ACP) pe trei specii de Candida (albicans, glabrata și parapsilosis) pentru calcularea componentelor principale și identificarea variabilelor cu cea mai mare contribuție la varianța totală. Varianța totală maximă obițută a fost 79%.
iii) Am realizat analiza discriminantă liniar (ADL) pentru clasificarea celor trei tipuri de probe. Modelul de clasificare a fost validat. Toate probele conținute în baza de date au fost prezise ca aparținând grupului din care face parte.
iv) Am realizat optimizarea de geometrie pe cele patru componente ale peretelui celular - N-acetilglugosamină, β-1,3-glucan, β-1,6-glucan și manoză și am calculat spectrele vibraționale Raman folosind teoria funcționalei de densitate.
v) Am atribuit grupările chimice specifice aparținând celor patru componente diferitelor benzi SERS ale celor trei specii de Candida.
Toate etapele urmate pentru fabricarea şi testarea platformelor SERS bazate pe grafene pentru diagnoza moleculară au fost descrise in detaliu într-un studiu științific.
Toate etapele urmate pentru fabricarea celor nouă suprafețe micro/nanostructurate au fost descrise într-un studiu științific privind fabricarea de suprafețe nanostructurate de înaltă calitate folosind tehnica de litografie de nanoimprint (NIL) cu potențial aplicativ în dispozitive electronice, optice, fotonice și microfluidice.
Am dezvoltat o metodă imbunătățită și transferabilă de fabricare de suprafeţe micro/nanostructurate prin litografie de nanoimprint (NIL) în laboratorul din cadrul Departamentului de Fizică Moleculară şi Biomoleculară al INCDTIM Cluj Napoca.
Diseminare:
Am trimis la publicare 4 manuscrise la reviste cotate ISI, care se află în prezent în curs de evaluare.
Am participat cu două comunicări la o conferinţă ştiinţifică internaţională.