Revista >> Martie 2024 [Nr. 262] >> Cercetare & Invatamant superior

O primă etapă în implementarea proiectului european de tip ERA Chair BioMat4CAST

Dr Teodora Rusu, Dr. Mariana Pinteala, Prof. Aatto Laaksonen - BioMat4CAST

19 Martie 2024

Început în 2022, proiectul Orizont Europa de tip ERA Chair BioMat4CAST - Multi-Scale In Silico Laboratory For Complex And Smart Biomaterials îşi propune să introducă în structura de cercetare din cadrul unuia dintre cele mai prestigioase institute ale Academiei Române, Institutul de Chimie Macromoleculară „Petru Poni” din Iași, a unei echipe de avangardă menită să aducă în institut partea de proiectare pe calculator a compuşilor macromoleculari.

Importanța chimiei computaționale în cadrul chimiei moderne și a tendințelor care vor marca acest domeniu este semnificativă și în continuă creștere. Chimia computațională este considerată de specialişti viitorul chimiei moderne. Conform Raportului Tehnic „Safe and Sustainable by Design Chemicals and Materials”, elaborat de JRC - Comisia Europeană, designul molecular devine o cerință esențială pentru o dezvoltare sustenabilă. Crearea și realizarea de noi materiale cu structură și proprietăți predefinite, mai întâi prin proiectare asistată de calculator și apoi în laborator, reprezintă o metodă mai sigură și un pas important către o economie circulară și mai curată. De asemenea, renunțarea la partea de sinteză/caracterizare repetitivă, caracteristică domeniului chimiei, aduce o economie atât materială, cât și energetică.
În același timp Inteligenţa Artificială (IA) a devenit o unealtă esenţială în ştiinţă, oferind metode şi tehnici puternice pentru analiza datelor, modelarea sistemelor complexe şi luarea deciziilor inteligente. Tehnici precum Învăţarea Automată (Machine Learning) - tehnică care include algoritmi de clasificare, regresie, grupare şi învăţare nesupervizată, aplicabile în multe domenii ştiinţifice, precum biologia, fizică, chimia şi ingineria -, sau Rețele Neurale Artificiale (ANN) - cu utilizare în domenii precum recunoașterea imaginilor, procesarea limbajului natural și analiza datelor biologice -, reprezintă adevărate comori de explorat pentru dezvoltarea cercetării în domenii de vârf, cum ar fi biologia, medicina, materialele inovative etc.

În România, integrarea și utilizarea metodelor Inteligenței Artificiale în cercetare este la început de drum în toate domeniile științifice. Acest lucru se datorează mai multor factori, inclusiv lipsei de resurse, accesului limitat la tehnologii de vârf și, uneori, unei rezistențe culturale la adoptarea unor abordări noi și tehnologii emergente.
Există o serie de provocări care trebuie depășite pentru a promova utilizarea inteligenţei artificiale în proiectare la scară largă în instituțiile de cercetare și în universitățile din România şi aici ne referim în primul rând la necesitatea unei mai bune conştientizări prin învăţare a cercetătorilor și profesioniștilor din diverse domenii asupra potențialului și beneficiilor inteligenţei artificiale în proiectare, precum şi la necesitatea integrării unor programe de formare și resurse educative pentru a sprijini adoptarea acestor tehnologii.

Direcții principale de cercetare
Revenind la BioMat4CAST, evidențiem faptul că proiectul încheie cu succes prima sa etapa de implementare, etapa în care a fost finalizat Planul Ştiinţific şi de Management (SMP) al grupului dedicat, care s-a cristalizat în 4 subtematici mari de cercetare, asociate unor proiecte specifice. Astfel, patru proiecte își propun modelarea proprietăţilor de transport transdermice sau prin alte membrane biologice a vectorilor moleculari cu capacitatea de a transporta și elibera controlat principii active, inclusiv gene. precum şi optimizarea interacţiunilor medicament/ligand.
În Proiectul 1 se modelează structura purtătorilor polimerici, în timp ce Proiectul 2 se va concentra pe modelarea unor lichide ionice pentru transportul și livrarea transdermică a principiilor farmaceutice active. Proiectele 3 și 4 sunt proiecte mai specifice, în care tehnicile de modelare moleculară sunt folosite pentru a înțelege la nivel molecular diverse fenomene de mare relevanță în mecanismul de acțiune al medicamentelor. Proiectul 3 este dedicat înțelegerii rolului acizilor nucleici ca țintă în terapia cancerului și proceselor antitumorale care implică cromofori endogeni, folosind simulări de mecanică cuantică și studii bazate pe câmp de forță pentru a verifica interacțiunile dintre moleculele organice naturale și sintetice cu diferite structuri secundare ale acidului nucleic. De asemenea, pentru moleculele selectate se va explora interacțiunea cu radiațiile. Proiectul 4 se concentrează pe permeabilitatea membranei celulare și modelarea procesului de transport.

Activitatea şi formarea echipei BioMat4CAST este structurată în jurul acestor patru direcţii de cercetare, dar a fost inclus şi un ultim proiect în care vor fi grupate „proiecte la cerere” (Proiectul 5. Subproiecte comandate BioMat4CAST), respectiv proiecte care vor apărea pe parcursul dezvoltării echipei BioMat4CAST, propuse de alte echipe de cercetare din Institutul de Chimie Macromoleculară „Petru Poni” sau de către colaboratori ai institutului.
BioMat4CAST SMP cuprinde de asemenea organizarea internă a echipei pe cele 4 proiecte, precum şi supervisorii şi trainerii preconizaţi pentru implementarea lor. Prof Aatto Laaksonen (Universitatea din Stockholm Suedia) ERA Chair-ul BioMat4CAST va fi ajutat în formarea noii echipe de câţiva cercetători de renume internaţional, dintre care îi menţionăm pe: prof. dr. Marc Baaden - Laboratorul de Biochimie Teoretică Paris CNRS, Franța; prof. Danny O’Hare Imperial College, London, UK; prof. Jozef Uličný - Institutul de Fizică al Facultății de Ştiinţe „P. J. Šafárik” al Universității din Košiciach, Slovacia, care în perioada 23-29.04.2024 vor sosi la Iaşi pentru a lucra împreună cu echipa BioMat4CAST.

Un curs dedicat
Deoarece a înţelege şi a învăţa modelarea şi proiectarea asistată pe calculator reprezintă o cerinţă a viitorului științei, ne dorim ca proiectul BioMat4CAST să deschidă noi zone de colaborare între toţi cei interesaţi de chimia computaţională şi în acest sens ne face plăcere să vă invităm să vă alăturaţi aventurii noastre şi să participaţi la cursul de Chimie Computaţională (https://www.intelcentru.ro/biomat4cast/trainings_organised.php) susținut în cadrul proiectului de prof. Aatto Laaksonen. Cursul este dedicat în primul rând echipei BioMat4CAST, dar în format on-line (şi chiar fizic) este deschis tuturor celor interesaţi. Primele patru cursuri au avut loc în ianuarie-februarie şi s-au bucurat de participarea a peste 100 de cursanţi din toate colţurile ţării, precum şi din străinătate. Detalii despre aceste cursuri precum şi înregistrările primelor cursuri le găsiţi pe site-ul proiectului: https://www.intelcentru.ro/biomat4cast/trainings_organised.php.
Vă aşteptam cu drag.