Revista >> Ianuarie - Februarie 2023 [Nr. 251] >> Cover Story

BioMat4CAST, un proiect de avangardă pentru designul molecular și chimia verde

Alexandru Batali

15 Februarie 2023

Institutul de Chimie Macromoleculară „Petru Poni” (ICMPP) din Iași al Academiei Române își reconfirmă vocația europeană și locul de excelență ocupat în cercetarea națională și internațională, devenind singura entitate din România care câștigă două proiecte de tip ERA Chair. După ce ICMPP a fost deschizător de drumuri în cercetarea românească, obținând în premieră, în 2015, finanțare pentru un proiect ERA Chair (SupraChem Lab – Laboratory of Supramolecular Chemistry for Adaptive Delivery Systems), pe 1 decembrie 2022, de Ziua Națională a României, în Centrul de Cercetări Avansate pentru Bionanoconjugate și Biopolimeri (IntelCentru) al Institutului începea un nou proiect de acest fel: BioMat4CAST - Multi-Scale In Silico Laboratory For Complex And Smart Biomaterials.

BioMat4CAST este un proiect în valoare de 2.5 milioane Euro, finanţat prin programul OrizontEuropa, și are drept scop crearea în decurs de 5 ani a unei echipe menită să studieze Chimie Computaţională în ICMPP, sub îndrumarea unui cercetător de prestigiu, prof. dr. Aatto Laaksonen (Laboratorul Arrhenius, Universitatea din Stockholm, Suedia). Coordonatorulproiectului este dr. Teodora Rusu, iarmanagerul științific dr. MarinaPinteală, directorul IntelCentru.

Punctele forte ale proiectului
Potrivit datelor statistice, la competiţia HORIZON-WIDERA-2022-TALENTS-01 au fost depuse în total 90 de propuneri, dintre care 32 au fost în final selectate spre finanțare. Din România au fost depuse patru propuneri și au obținut finanțare două proiecte: BioMat4CAST a fost unul dintre ele, iar celălalt aparține Universităţii Politehnica din București.
În cazul competiţiei 2022 ERA Chair elementele care au contribuit semnificativ la câștigarea proiectelor au fost: claritatea și credibilitatea obiectivelor propuse, atât în ceea ce privește obiectivele științifice, cât și cele manageriale; calitatea, noutatea și impactul subiectului științific abordat; probitatea și vizibilitatea științifică și managerială a ERA Chair-ului
În cazul proiectului BioMat4CAST, impactul științific și înaltul grad de noutate al temei abordate, respectiv Chimie Computațională, precum și implicarea profesorului Aatto Laaksonen, cercetător cu o reputație științifică impecabilă, au reprezentat cheia succesului. Nu este de neglijat nici faptul că tematica propusă se încadreză în domenii de interes major la nivel european, precum și faptul că implementarea se bazează și pe experiența câștigată anterior, în urma derulării reuşite a proiectului ERA Chair SupraChem Lab.

Potențialul imens al chimiei computaţionale
Care este însă importanța chimiei computaţionale în ansamblul chimiei moderne şi a tendinţelor care vor marca domeniul? Potrivit specialiștilor, chimia computațională reprezintă chiar viitorul chimiei moderne. După cum se subliniază și în Raportul Technic: „Safe and sustainable by design chemicals and materials”, elaborat de JRC - Comisia Europeană, designul molecular devine o cerință de bază pentru o dezvoltare sustenabilă. Conceperea și realizarea de noi materiale cu structură și proprietăți predefinite, întâi prin proiectare asistată pe calculator și ulterior în eprubetă, reprezintă o metodă mai sigură, fiind un pas important pentru trecerea la o economie circulară, mai curată. Totodată, renunțarea la partea de sinteză/caracterizare repetitivă, caracteristică domeniului chimiei, reprezintă o economie atât materială, cât și energetică. Chimia computațională reprezintă astfel un factor cheie în implementarea principiilor European Green Deal și a Strategiei pentru Sustenabilitate pentru Produse Chimice (CSS), lansate de președintele Von der Leyen și vicepreședintele Timmermans pe 14 octombrie 2020. Viziunea Comisiei Europene privind siguranța și durabilitatea prin proiectare asistată pe calculator este legată strict de dezvoltarea atât a cercetării, cât și a industriei chimice în general. Astfel, conform CSS, producția de chimicale care trebuie utilizate într-un mod care să maximizeze beneficiile lor pentru societate, evitând în același timp prejudiciul pentru planetă și oameni, reprezintă o provocare atât la nivel european, cât și mondial. Industria chimică europeană consideră că abordarea Safe and Sustainable-by-Design (SSbD) din CSS este o pârghie pentru a crea noi afaceri cu importante oportunități de creștere. Utilizarea proiectării computerizate a substanțelor chimice sau a proceselor tehnologice reprezintă condițiile perfecte pentru a putea fi creat un mediu în care atât cercetarea, cât și industria, să poată face față cerințelor moderne.

Nişa vizată: biomaterialele inteligente
Proiectul BioMar4Cast se orientează spre explorarea unei zone de cercetare extrem de ofertantă și anume cea dedicată dezvoltării de biomaterialele inteligente. În domeniul biomaterialelor cu aplicaţii în medicină, polimerii sintetici sunt alternativa optimă datorită multor avantaje, cele mai importante fiind potențialul redus al răspunsului imun și riscul scăzut de transmitere a patogenilor. Era celei de a 4-a Revoluţii Industriale pe care o traversăm, în care chimia materialelor se află în prima linie prin stabilirea noii paradigme „Materials 4.0” schimbă total modul de abordare a strategiilor în designul structural, se impun noi tipuri de interacţiuni „om-mașină”, ce formează bazele unui tip unic de noi tehnologii biomedicale (tehnologia portabilă, e-Health, medicina personalizată). Ca urmare, apare necesitatea unei noi generaţii de biomateriale inteligente, a aşa-numitelor biomateriale „vii”, capabile să se integreze perfect, să coopereze şi să comunice cu sistemele biologice.
Dezvoltarea unei echipe solide, capabilă să realizeze cercetări în domeniul chimiei computaționale a devenit o necesitate pentru ICMPP odată cu implementarea proiectului de tip ERA Chair „SupraChem Lab” (2015-2020). În cadrul respectivului proiect au fost structurate patru subgrupuri, dintre care unul de chimie computațională - care a asigurat întreaga parte de design molecular pentru celelalte trei subgrupe. În ceea ce priveşte nișele explorate, acestea s-au concentrat pe proiectarea de biomateriale inteligente cu aplicații în medicină.

Obiective generale şi specifice
Noul proiect ERA Chair, BioMat4CAST, va consolida preocupările și expertiza ICMPP din sfera chimiei computaționale. Obiectivul strategic al proiectului BioMat4CAST este implementarea unei schimbări structurale în paradigma managementului științific al Institutului de Chimie Macromoleculară „Petru Poni” din Iași, prin înființarea unui grup de cercetare competitiv în chimia computațională, sub coordonarea unui cercetător manager remarcabil în domeniu: prof. Aatto Laaksonen (Laboratorul Arrhenius, Universitatea din Stockholm, Suedia)

Obiectivele specifice sunt:
O1: Organizarea selecției și recrutarea echipei BioMat4CAST
O2: Stabilirea unei strategii științifice și de management pe termen lung pentru organizarea echipei BioMat4CAST
O3: Crearea și formarea echipei BioMat4CAST
O4: Integrarea și monitorizarea grupului BioMat4CAST în structura administrativă și științifică a ICMPP
O5: Conectarea BioMat4CAST la actorii cheie din domeniul științific și economic la nivel regional/național și internațional
O6: Sprijinirea sustenabilității și integrării grupului BioMat4CAST în Spațiul European de Cercetare (ERA)
O7: Diseminarea și comunicarea activităților și rezultatelor proiectului BioMat4CAST

Etape principale de parcurs
Pe durata primului an, provocarea majoră o reprezintă crearea echipei de chimie computațională, începând cu angajarea prof. Aatto Laaksonen și a echipei BioMat4CAST. O parte din membrii echipei activează deja în Institut, fiind organizați în cadrul subgrupului de Chimie Computațională din fostul proiect SupraChem Lab (dr. Tudor Vasiliu, dr. Andrei Neamțu și dr. Dragoș Isac), iar un tânăr doctorand (Răzvan Puf) şi-a început deja activitatea de doctorat sub îndrumarea prof. Laaksonen. Tot pe parcursul primului an se preconizează angajarea a încă doi tineri doctoranzi.
Prof. Laaksonen urmeză în cursul acestui an să definitiveze agenda științifică a grupului pe care îl coordoneză și în funcție de aceasta va fi stabilită și configurația finală a echipei de chimie computațională.
Concomitent cu crearea și dezvoltarea echipei mai sus menționate, dr. Mariana Pinteală va coordona echipa experimentală a proiectului, alcătuită din câțiva experți pe domenii de sinteză și caracterizare, care au ca rol să testeze și să valideze rezultatele obținute în cadrul echipei de chimie computațională. Echipa experimentală este alcătuită din: chimist (dr. Bogdan Crăciun), fizicieni (dr. Adina Coroaba și Mihaela Silion) și medic (dr. Dragoș Peptanariu).