ELITISS

Nume proiect: Structuri tridimensionale stimulate electric pentru ingineria tesuturilor

Contract nr. 6 / 2012

Cod proiect: PN-II-PT-PCCA-2011-3.1-1187

Denumirea Programului din PN II: Parteneriate

Subprogram: PCCA1 - PARTENERIATE IN DOMENII PRIORITARE

Autoritatea contractanta: Unitatea Executiva pentru Finantarea Invatamantului Superior, a Cercetarii, Dezvoltarii si Inovarii (UEFISCDI)

Director de proiect: Maria DINESCU

Valoarea contractului: 2,000,000 lei

Consortiul:
CO - INFLPR
P1 - IFIN-HH
P2 - ICMPP
P3 - UPB

Rezumatul proiectului:

Proiectul are la baza o combinatie inovativa, sigura si unica de tehnici laser ecologice si cu precizie spatio-temporala pentru producerea de structuri tridimensionale biofunctionalizate conductoare pentru ingineria tesuturilor. Proiectul se bazeza pe combinatia sinergetica dintre fundamentele stiintei si tehnologiei (Micro-Nano-Bio-Info), din cadrul Tehnologiilor Convergente pentru Imbunatatirea Performantelor Umane: (a) nano-micro stiinta si tehnologie - prin utilizarea tehnicilor de procesare laser pentru fabricarea structurilor; (b) biotehnologie si biomedicina - prin biofunctionalizarea structurilor cu agenti activi biologic si prin analizarea celulelor cultivate pe aceste structuri; (c) tehnologia informatiei - prin dezvoltarea unui tehnici de calcul avansata si a unor coduri de aplicatii pentru fabricarea de structuri tridimensionale si monitorizarea celulelor cultivate in acestea. Tehnicile laser vor fi integrate intr-un protocol in trei pasi, constand in fabricarea structurilor, biofucntionalizare si testare. Se vor obtine structuri rigide (titan) si flexibile, din polimer hibrid organic-anorganic. Fiecare dintre acestea va fi biofunctionalizata cu polimeri conductivi pe baza de polipirol combinati cu agenti activi biologic, e.g. factori de crestere, medicamente. Stimularea electrica a structurilor va declansa un control localizat spatio-temporal a cresterii celulelor si a livrarii de agenti activi biologic. Procesul are loc in afara organismului, i.e. inginerie non-invaziva, ex-situ de tesuturi. Acest lucru va duce la o noua generatie de structuri tridimensionale biofunctionalizate conductoare cu potential in inlocuirea de oase/cartilaje, grefe de piele si regenerare a nervilor. Per ansamblu, platforma integrata propusa de proiect se va contura ca o noua abordare a ingineriei tesuturilor prin modularea cresterii, proliferarii si organizarii celulelor in tesuturi functionale. Metodele propuse, bazate pe tehnici laser curate si ecologice, vor imbunatati efectele terapeutice ale tehnologiilor de inginerie a tesuturilor.

Obiectivele proiectului:

Obiectivul general al proiectului il reprezinta dezvoltarea de tehnologii de varf bazate pe tehnici laser curate, ecologice, precise si usor de manipulat pentru fabricarea, biofunctionalizarea si testarea de structuri tridimensionale pe baza de PPY pentru ingineria tesuturilor.

Obiectivele proiectului sunt conforme cu obiectivele specifice ale programului: ▲ Accelerarea dezvoltarii in domeniul de cercetare al tehnicilor laser pentru procesare de materiale si imagistica din Romania. ▲ Alinierea acestui domeniu la standardele Europene moderne, pentru a participa la ERA si pentru a creste sansele de succes in competitiile de proiecte Europene. ▲ Dezvoltarea si consolidarea expertizei romanesti din acest domeniu. ▲ Imbunatarirea comunicarii dintre institute si universitati care sa aiba efecte asupra resurselor umane si a transferului de cunostinte. ▲ Dezvoltarea de contacte inter-regionale prin inclderea de parteneri din alte parti ale tarii. Obiectivul stiintific il reprezinta obtinerea de noi cunostinte in domeniul Tehnologiilor convergente pentru imbunatatirea performantelor umane, rezultata din sinergia a unor domenii majore din stiinta si tehnologie (Micro-Nano-Bio-Info): (a) nano-micro stiinta si tehnologie - procesarea laser la scara micro si nano a diferitelor clase de materiale (metale, polimeri) pentru fabricarea de structuri tridimensionale pentru ingineria de tesuturi; (b) biotehnologie si biomedicia - control localizat temporal si spatial al comportamentului celulelor prin stimularea electrica a structurilor, proceduri de analiza a proceselor celulare; (c) tehnologia informatiei - calcule avansate, elaborarea de coduri MATLAB pentru imagistica non-invaziava, fara markeri, a celulelor cultivate in structurile tridimensionale (prin microscopie de holografie digitala). Obiective tehnologice: · Realizarea de montaje experimentale performante; · Dezvoltarea de tehnici de procesare laser si imagistica; · Realizarea unei noi generatii de structuri 3D conductoare (rigide si flexibile), cu aplicatii in ingineria de tesuturi dure si moi; · Testarea structurilor tridimensionale in culturi de celule.

Este urmarita realizarea urmatoarele obiective operationale: I. Obtinerea de structuri 3D conductoare din diferite materiale (titan, polimeri hibrizi organici-anorganici) cu arhitectura poroasa bine definita acoperite cu polimeri conductori pe baza de PPy cu aplicatii in ingineria tesuturilor dure (i.e. oase, cartilaje) si moi (i.e. epidermice, neuronale). II. Biofunctionalizarea structurilor tridimentionale cu acoperiri polimerice pe baza de PPy combinate cu agenti biologici activi (factori de crestere, proteine, componente de matrice extra-celulara, antibiotice, medicamente anti-inflamatorii), sub forma de amestecuri sau multistraturi. Acoperirile biofunctionalizate vor favoriza interactiile atat cu celulele cultivate pe structurile tridimensionale, cat si cu tesuturile adiacente (in urma implantarii). III. Controlul comportametului celulelor cultivate pe structurile tridimensionale biofunctionalizate prin stimulare electrica. Stimulii electrici for fi folositi pentru: i) organizarea celulelor in tesuturi functionale (prin eliberarea controlata electric a factorilor de crestere, a proteinelor si componentelor matricei extra-celulare); ii) imbunatarirea biointegrarii structurilor tridimensionale prin combaterea infectiilor bacteriale si a inflamatiilor (prin eliberarea controlata electric a antibioticelor si medicamentelor anti-inflamatorii).

Publicatii (in reviste cotate ISI):

1. MAPLE deposition of 3D micropatterned polymeric substrates for cell cultures
Irina Alexandra Paun, Mona Mihailescu, BogdanCalenic, Catalin Romeo Luculescu, Maria Greabu and Maria Dinescu, Applied Surface Science, 278, 166–172 (2013)

2. Laser micro-patterning of biodegradable polymer blends for tissue engineering
Irina Alexandra Paun, Marian Zamfirescu, Mona Mihailescu, Catalin Romeo Luculescu, Cosmin Catalin Mustaciosu, Ion Dorobantu, Bogdan Calenic, Maria Dinescu, Journal of Material Science, Journal of Materials Science 2015 50 (2) 923-936 (accepted for publication on October 21, 2014)

3. Investigation of osteoblast cells behavior in polymeric 3D micropatterned scaffolds using digital holographic microscopy
Mihailescu M, Popescu RC, Matei A, Acasandrei A, Paun IA, Dinescu M, Appl Opt. 2014 Aug 1;53(22):4850-8

4. I.A. Paun, A.M. Acasandrei, C.R. Luculescu, CC. Mustaciosu, V. Ion, M. MIhailescu, E. Vasile, M. Dinescu
MAPLE deposition of polypyrrole-based composite layers for bone regeneration, Appl. Surf. Sci. 357A 975-984 (2015)

5. I.A. Paun, F. Stokker-Cheregi, C.R. Luculescu, A.M. Acasandrei, V. Ion, M. Zamfirescu, C.C. Mustaciosu, M. Mihailescu, M. Dinescu
Electrically stimulated osteogenesis on Ti-PPy/PLGA constructs prepared by laser-assisted processes, Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2015 ;55:61-9. doi: 10.1016/j.msec.2015.05.059 (2015)

6. M. Mihailescu, I.A. Paun, M. Zamfirescu, C. R. Luculescu, A. M. Acasandrei, M. Dinescu
Laser-assisted fabrication and noninvasive imaging of 3D cell-seeding constructs for bone tissue engineering -Manuscris submis aflat in curs de publicare la Journal of Materials Science.

Articole publicate ca proceeding-uri:

1. MG63 cells behavior on rough polypyrrole scaffolds investigated by digital holographic microscopy
M. Mihailescu ; A. Matei ; A. Acasandrei ; R. C. Popescu ; I. A. Paun ; Maria Dinescu, SPIE 9204, Interferometry XVII: Advanced Applications, 92040N (18 August 2014)

Conferinte:
1. COLA Conference, 6-11 October 2013, Ischia, Italia (poster)
Electrically stimulated scaffolds for tissue engineering applications
I. A.Paun, A Matei, M.D. Dumitru, E.C. Buruiana, M.A. Acasandrei, M. Mihailescu, M. Dinescu

2. International Vacuum Congress IVC-19/ICSS-15 and ICN+T, 9-13 September 2013, Paris, France (oral presentation)
Functional polymeric coatings for tissue engineering applications
Irina Alexandra Paun, Andreea Matei, Adriana Acasandrei, Flavian Stokker-Cheregi, Marian Zamfirescu, Antoniu Moldovan and Maria Dinescu

3. The 2nd Biophotonics Conference, 17-19 July, Taipei, Taiwan (poster)
Cells features on polymeric blends substrate analyzed using digital holographic microscopy
M. Mihailescu, R.C. Popescu, I.A. Paun, M.A. Acasandrei, A. Matei

4. The 10th Conference on Lasers and Electro-Optics Pacific Rim(CLEO-PR 2013), 30 June-4 July 2013 Kyoto, Japan (poster)
Deep Walls Microscaffold Characterization Using Digital Holographic Microscopy
M. Mihailescu, I. A. Paun, R. C. Popescu, A. Matei, A. Acasandrei, M. Dinescu, E. I. Scarlat

5. E-MRS Conference, Symposium R, 26-31 May 2013, Strasbourg, France (poster)
Laser based techniques for electrically stimulated scaffolds preparation
A Matei, M.D. Dumitru, I. A.Paun, E.C. Buruiana, M.A. Acasandrei, M. Mihailescu, M. Dinescu

6. Frontiers in Polymer Science 2013, 21-23 Mai 2013, Sitges- Barcelona, Spania
Photobehavior of some urethane methacrylates of Ormosil type used in formation of hybrid composites by UV/laser irradiation
E. C. Buruiana, V. Melinte, F. Jitaru, A. Matei, M. Dinescu, T. Buruiana

7. Advanced Topics in Optoelectronics, Microelectronics and Nanotechnologies, Constanta, Romania, 21-24 August 2014
Focusing criterion in digital holographic microscopy image reconstruction
M. Mihailescu, N. Mihale, R. C. Popescu, A. Acasandrei, I. A. Paun, M. Dinescu, E. Scarlat

8. Conferinta Facultatii de Chimie, Universitatea Al. I. Cuza din Iasi, 31 oct.-1 nov., Iasi
Hybrid composites obtained by photopolymerization of poly(propylene glycol) dimethacrylate in monomer mixtures
V. Podasca, T. Buruiana, E.C. Buruiana

9. 12th IUVSTA School on Lasers in Materials Science, 13-20.07.2014, Venice, Italy
Functional oxide thin films obtained by Pulsed Laser Deposition
M. Dinescu

10. High Power Laser Ablation, 18-28.04.2014, Santa Fe, USA
MAPLE for Functional Coatings with Applications in Tissue Engineering
F. Stokker, M. Dinescu, I. Paun, A. Matei

11. E-MRS 2014 SPRING MEETING,27-29.05.2014, Lille, France
Laser processing of soft materials
M. Dinescu, I. Paun, V. Dinca, A. Palla-Papavlu

12. I.A Paun, M. Zamfirescu, C.R. Luculescu, M. Mihailescu, A. M. Acasandrei, C.C. Mustaciosu and M. Dinescu
Laser-assisted nano/micro-fabrication of electrically responsive, biomimetic scaffolds for bone tissue regeneration
POSTER prezentat in cadrul Conferintei Internationale EMRS 2015

13. M. Mihailescu, I.A. Paun , M. Zamfirescu, C. R. Luculescu, A. Acasandrei , M. Dinescu
Nanoscale laser-based fabrication and holographic imaging of 3D engineered constructs for bone regeneration
POSTER prezentat in cadrul Conferintei Internationale EMRS 2015

14. M. Mihailescu, E I. Scarlat, I.A. Paun, I. Grigorescu, A. Acasandrei
Fractal Properties of Osteoblast-Like Cells From Holographic Phase Images
S5 P19, 15 th Int. Balkan Workshop on Applied Physics IBWAP, Constanta 2-4 July 2015

Etapa I - 31.12.2012 (click pentru rezumatul stiintific)

Obiectivul acestei etape il reprezinta producerea si testarea de structuri 3D conductoare de titan, respectiv polimeri hibrizi organici-anorganici, cu arhitectura poroasa bine definita acoperite cu polimeri conductori pe baza de PPy.

Valoare etapa I: 789,000 lei

Etapa II - 31.12.2013

Obiectivul acestei etape il reprezinta controlul comportamentului celulelor cultivate pe diferite structuri tridimensionale (aderenta, crestere, proliferare, organizare in tesuturi) prin stimulare electrica.

Valoare etapa II: 692,750 lei

Etapa III - 31.12.2014

Obiectivele aceste etape sunt:

producerea de structuri tridimensionale conductoare pe baza de PPy cu suprafete biofunctionalizate
folosirea stimulilor electrici pentru: a) accelerarea organizarii celulelor in tesuturi functionale (prin eliberarea controlata electric a factorilor de crestere, a proteinelor si componentelor matricei extra-celulare); b) imbunatarirea biointegrarii structurilor tridimensionale i.e. combaterea infectiilor bacteriale si a inflamatiilor prin eliberarea controlata electric a antibioticelor si medicamentelor anti-inflamatorii.

Valoare etapa III: 518,250 lei

Etapa IV - 31.12.2015 (click pentru rezumatul stiintific)

Valoare etapa IV: 150,401 lei

Etapa V - 31.12.2016 (click pentru rezumatul stiintific)

Valoare etapa V: 282,174 lei