Revista >> Octombrie 2016 [ Nr. 188] >> Cercetare & Invatamant superior

INCDTIM Cluj-Napoca şi tehnologiile biomoleculare emergente ce ţintesc aplicaţii biomedicale

Dr. Ioan Turcu, Sef Departament Fizica Moleculara si Biomoleculara, INCDTIM Cluj-Napoca

27 Octombrie 2016

Spectroscopia optică portabilă avansează extrem de rapid, o tehnică alternativă celei dezvoltate de noi aflându-se în fază de teste clinice în câteva centre medicale din Germania.

Receptori macromoleculari – de la cercetări fundamentale spre tehnologii biomoleculare
Interacţiunile dintre biomolecule respectiv biomolecule-macromolecule se plasează în zona fierbinte a cercetărilor din domeniul biotehnologiilor. Cunoaşterea detaliată a mecanismelor de interacţiune moleculară este crucială atât în cadrul unor cercetări fundamentale, cât şi în domeniul aplicaţiilor biologice, farmaceutice şi industriale. La nivel fundamental activitatea biologică a unor biomolecule (medicamente) îşi are originea în legarea acestora de receptori macromoleculari prin intermediul unor forţe intermoleculare necovalente. În particular, ne-am focalizat pe două direcţii principale:

1) Obţinerea unor complecşi supramoleculari care să confere bioliganzilor o solubilitate apoasă şi o biodisponibilitate mult îmbunătaţită, protecţie la descompunere, mascarea gustului sau mirosului neplăcut prin microîncapsularea principiilor active în ciclodextrine. Cercetările noastre au ţintit cea mai utilizată grupă de medicamente şi anume agenţii anti-inflamatori (diclofenac, flurbiprofen, acid tolfenamic şi flufenamic, naproxen, ibuprofen). Caracterizarea procesului de incluziune al acestor agenţi anti-inflamatori în β-ciclodextrină a fost abordată prin intermediul unor tehnici moderne precum RMN, spectroscopie de fluorescenţă şi calorimetrie de titrare izotermă.

2) Caracterizarea interacţiunilor ligand – proteină. Majoritatea medicamentelor administrate se leaga de albumina serică din sange, aceasta fiind principalul mijloc de transport al biomoleculelor în organismul uman. Afinitatea unui bioligand pentru o proteină, precum şi capacitatea de legare sunt descrise de constanta de asociere şi prin numărul poziţiilor de legare. Efortul nostru de cercetare s-a concentrat pe determinarea parametrilor caracteristici procesului de legare, parametrii determinanţi în farmacologie şi farmacocinetică. Experimentele au fost realizate prin intermediul relaxometriei RMN şi a spectroscopiei de fluorescenţă, iar bioliganzii investigaţi au fost tolmetinul, naproxenul paracetamolul şi ibuprofenul. Co-administrarea simultană a doi bioliganzi poate produce substituţia ligandului cu afinitate mai mică cu ligandul cu o afinitate mai mare sau poate modifica structura proteinei şi a afinităţii proteinei faţă de bioliganzi. A fost caracterizată legarea competitivă a doi agenţi chemoterapeutici: 5-fluorouracilul şi citarabina.

Cercetările descrise în rezumat mai sus se derulează începând cu anul 2011, în Departamentul de Fizică Moleculară si Biomoleculară al INCDTIM Cluj-Napoca prin Proiectul de cercetare PCE -2011-3-0032 finanţat de CNCS-UEFISCDI şi coordonat de către Dr. Mircea Bogdan.

Modelarea numerică – cea mai neinvazivă metodă în biomedicină
Cancerul îşi are originea în proliferarea necontrolată a celulelor şi afectează, la nivel mondial, 14 milioane de persoane, producând 8.2 milioane de decese doar în 2012. Prognoza unei creşteri anuale de 70% în următoarele 2 decenii, însoţită de ineficienţa strategiilor actuale, impune identificarea de noi medicamente anticancerigene alternative.

Proteinele Ras reglează creşterea, proliferarea şi diferenţierea celulelor şi acţionează ca şi comutatoare moleculare binare pe baza unui mecanism de autoasociere în nanoclusteri lipido-proteici. Mutaţiile punctuale oncogene blochează comutatorul molecular Ras, afectând mecanismele pe care le controlează.

În cadrul proiectului PN-II-RU-TE-2014-4-2418, finanţat de CNCS-UEFISCDI, o tânără echipă de cercetare coordonată de Dr. Lorant Janosi propune o abordare inovatoare bazată pe aplicarea modelării numerice la nivel atomistic, molecular şi macromolecular pentru a proiecta noi peptide în scopul anihilării activităţii proteinelor Ras oncogene.

O altă problemă biomedicală majoră o reprezintă creşterea alarmantă a rezistenţei antimicrobiene raportată recent (WHO, 2014), cauzată de progresul lent în dezvoltarea de noi medicamente antibacteriene. Rezolvarea acestei provocări necesită dezvoltarea de noi agenţi antimicrobieni, cum ar fi peptidele antimicrobiene (AMP). Aceste polipeptide sunt dezvoltate prin inginerie biomoleculară ca alternative la sistemul natural de apărare al organismelor eukariote.