Denumirea proiectului: "Cercetare interdisciplinara privind particule hibride multi-functionale pentru bio-cerinte

1
Denumirea proiectului"Cercetare
interdisciplinara privind particule hibride
multi-functionale pentru bio-cerinteacronim
INTERBIORES

• Contract nr. 211/2012
• Cod proiect PN-II-PT-PCCA-2011-3.2-0428
  Program PN II Parteneriate in Domeniile
  Prioritare Proiecte Colaborative de Cercetare
  Aplicativa Tip 2

2
Autoritatea contractanta Unitatea Executiva
pentru Finantarea Învatamântului Superior, a
Cercetarii, Dezvoltarii si Inovarii
(UEFISCDI)Contractor Institutul de chimie
macromoleculara "Petru Poni", Iasi

• Durata proiect 02.07.2012 02.07.2015
• Valoarea totala a contractului 3.323.334
  lei
• Din care pe surse de finantare
• Sursa 1 de la bugetul de stat 2.950.000 lei
• Sursa 2 din alte surse atrase 373.334 lei
• Director Proiect CS I Dr. Aurica P. Chiriac

3
Membri in consortiu

• Institutul de Chimie Macromoleculara Petru Poni
  - Coordonator de proiect
• Director de proiect Dr. Chiriac P. Aurica
• Universitatea de Medicina si Farmacie Gr. T.
  Popa Iasi - Partener 1
• Responsabil proiect Dr. Verestiuc Liliana
• Institutul National de Cercetare-Dezvoltare
  pentru Fizica Tehnica Iasi - Partener 2
• Responsabil proiect Dr. Chiriac Horia
• SC REZISTOTERM SRL Partener 3
• Responsabil proiect Dr. Chiriac Mihai

4
Rezumatul proiectului

• Proiectul cu caracter multidisciplinar are ca
  obiectiv principal analiza si rezolvarea din
  punct de vedere fizic, chimic si biochimic
  design-ul si tehnologia pentru obtinerea de
  stenturi care sa includa compozite magnetice tip
  miez-coaja incarcate cu enzime antioxidante, si
  care se incadreaza in tematica prioritara de
  cercetare din domeniul Sisteme si echipamente
  pentru protectia, imbunatatirea securitatii si a
  riscurilor personale, incluzand mijloace de
  diagnoza si tratament. Desi stenturile
  coronariene au fost comercializate sub diverse
  forme de-a lungul timpului, dezvoltarea de noi
  stenturi este o problema de actualitate deoarece
  noi technologii si noi materiale apar pe piata.
  Unul din aspectele inovative ale proiectului este
  reprezentat de utilizarea particulelor magnetice
  functionalizate cu biomolecule antioxidante
  depozitate pe suprafata stenturilor. În acela?i
  timp, particulele magnetice vor reprezenta un
  mijloc adecvat bazat pe capacitatea lor de a fi
  func?ionalizate, ghidate ?i/sau îndepartate cu
  ajutorul unui câmp magnetic iar prezenta
  biomoleculelor cu rol antioxidant va aduce un
  beneficiu suplimentar. De obicei, stenturile au
  structura tip scafold, cu forma cilindrica sau
  tubulara a caror functie este de a deschide fizic
  un vas de sange sau de a extinde peretii
  acestuia. Stenturile pot fi compresate astfel
  incat sa fie inserate prin cavitati mici prin
  intermediul cateterelor iar cand ajung la locul
  dorit acestea se extind. Desi stenturile
  reprezinta inovatii semnificative in tratamentul
  vaselor ocluzate, administrarea de terapeutice in
  acea zona ramane o provocare. Administrarea
  sistemica a medicamentelor duce la aparitia
  efectelor adverse sau toxice in timp ce
  administrarea locala asigura o doza mica de
  medicament concentrata doar intr-o zona, poate
  induce mai putine efecte adverse si rezultate
  mult mai eficiente.
• In acest context, noi formulari pe baza de
  polimeri biocompatibili vor fi dezvoltate si
  aplicate pentru a crea o familie de particule
  magnetice cu proprietati antioxidante utilizate
  pentru a acoperi stenturile si a dezvolta o
  platforma utilizata pentru tintire magnetica si
  eliberare de terapeutice. Polimerii utilizati vor
  fi modificati prin procese fizice (formarea de
  complexe interpolimerice prin interactiuni
  fizice) si chimice (functionalizare,
  derivatizare, reticulare) pentru a obtine sisteme
  multifunctionale stabile. Aspecte importante ale
  noului sistem de eliberare tintita vor fi
  investigate, incluzand aici, activitatea in vitro
  a compusilor bioactivi, capacitatea de protectie
  a antioxidantului de proteoliza precum si
  capacitatea de ghidare magnetica. Proiectul
  include si aspecte legate de toxicologia,
  biocompatibilitatea nanodispozitivelor,
  eficacitatea si biodistributia sistemului. Mai
  mult, design-ul nanoparticulelor va include
  optimizarea monodispersitatii, a stabilitatii
  coloidale si a functionalitatii. De asemenea,
  functionalizarea particulelor magnetice si
  formularea lor ca sisteme hibride pentru
  eliberare tintita va permite imbunatatirea
  bioselectivitatii si a bioeficientei.

5
Concept si obiective

• Proiectul cu caracter multidisciplinar are ca
  obiectiv principal analiza si rezolvarea din
  punct de vedere fizic, chimic si biochimic
  design-ul si tehnologia pentru obtinerea de
  stenturi cu posibilitatea de eliberare de
  substante active, si care sa includa
  nanocompozite antioxidante magnetice tip
   core-shell  depuse pe suprafata stent-urilor.
• In acest context ca obiective si activitati
  conexe mentionam 
• Preparare de compozite magnetice cu dezvoltare
  experimentala pentru realizarea si integrarea de
  noi materiale hibride ca si compozite magnetice
  cu caracteristici de sistem cu eliberare tintita
• Explorarea si identificarea metodelor de
  realizare la scara laborator a nanoparticulelor
  (NPs) magnetice.
• Obtinere de NPs magnetice cu capacitate de legare
  si transport a unor substante bioactive specifice
  (enzime antioxidante).
• Dezvoltare experimentala pentru modificarea
  suprafetei NPs magnetice si obtinere de
  bio-structuri adaptate molecular, ca baza pentru
  noi materiale hibride
• Caracterizarea si elucidarea proprietatilor de
  suprafata ale particulelor, asociate cu reactii
  de cuplare de enzime antioxidante si
  interpretarea rezultatelor pentru studii
  ulterioare de eliberare tintita.
• Evaluarea enzimelor antioxidante de interes
  pentru structuri biologice
• Biofunctionalizarea NPs magnetice cu structuri
  biologice pentru controlul proceselor biologice
  si biochimice pana la nivel nanometric
• Dezvoltare experimentala pentru obtinerea de NPS
  magnetice bio-functionalizate.
• Determinarea mecanismelor de initiere a reactiei
  de autoasamblare a materialelor hibride
• Design-ul conceptual si proiectarea sistemului de
  cuplare dintre compozitul magnetic antioxidand si
  stent
• Evaluarea bio-chimica a noilor NPs prin metode de
  evaluare toxicologica specifice pentru furnizarea
  cunostintelor fundamentale privind design-ul si
  testarea acestora ca sisteme de eliberare tintita
  
• Testarea materialelor hibride biomagnetice
  autoasamblate cu caracteristici antioxidante
• Metode si protocoale de lucru pentru noi
  strategii terapeutice, aplicatii si tehnici de
  testare a sistemelor hibride obtinute.
• Diversificarea procedurilor utilizate pentru
  obtinerea si caracterizarea de stenturi hibride
  functionalizate
• Integrarea sistemului bio-magnetic
• Elaborarea tehnologiei de laborator pentru
  integrarea de noi materiale hibride ca si
  compozite biomagnetice cu caracteristici
  antioxidante
• Testarea si evaluarea sistemelor hibride

6
Etapa I/2012 rezultate obtinute

• În conformitate cu planul de realizare al
  proiectului "Cercetare interdisciplinara privind
  particule hibride multi-functionale pentru
  bio-cerinte, etapa I/2012 a avut drept obiective
  (I) prepararea de compozite magnetice si (II)
  evaluarea fizico-chimica a acestora, si care au
  fost indeplinite prin activitati specifice intre
  care - obtinerea de nanoparticule (NPs)
  magnetice cu capacitate de legare si transport de
  enzime antioxidante - modificarea suprafetei NPs
  magnetice cu structuri polimere, ca baza pentru
  materiale hibride antioxidante - caracterizarea
  compozitelor magnetice pentru asociere cu enzime
  antioxidante si determinarea conditiilor
  fizico-chimice experimentale si teoretice
  necesare realizarii acestora, si - diseminarea
  rezultatelor prin comunicari la simpozioane
  nationale si internationale, publicatii in
  reviste cotate ISI sau indexate in baze de date
  internationale. Studiile desfasurate s-au
  concretizat în
• (I) sinteza si caracterizarea mai multor matrici
  polimerice respectiv (1) copolimer ternar
  poli(2-hidroxietil metacrilat-co-3,9-divinil-2,4,8
  ,10-tetra-oxaspiro5.5undecan-co-glicidil
  metacrilat) (sintetizat prin copolimerizare
  radicalica in dispersie apoasa) (2) copolimer
  ternar poli(dimetilacrilamida-co-3,9-divinil-2,4,8
  ,10-tetra-oxaspiro5.5undecan-co-acid itaconic)
  (sintetizat prin copolimerizare radicalica in
  solutie de dimetilacetamida) (3) copolimer
  ternar poli(2-hidroxietil metacrilat-co-3,9-divini
  l-2,4,8,10-tetra-oxaspiro5.5undecan-co-acrilamid
  a) (sintetizat prin copolime-rizare radicalica in
  solutie de dimetilacetamida) (4) 6 variante de
  copolimeri tip bloc pe baza de poli(succinimida)-b
  -poli(etilenglicol)(PEG)(sintetizati prin
  copolicondensare in dimetilformamida in prezenta
  de catalizator Mn(CH3COO)2.2H2O) si in care PEG a
  fost selectat cu diferite mase moleculare si
  anume 2000, 3000, 4000, 10000, 20000 si 35000)
  (5) o structura polimera grefata pe baza de
  carboximetil amidon g poli(acid lactic)
• (II) prepararea de structuri hibride cu
  caracteristici magnetice utilizand matricile
  polimere realizate
• (III) activitati de testare a matricilor
  polimerice cat si a structurile hibride pentru
  cuplarea de enzime antioxidante care sunt si in
  curs de desfasurare.
• In contextul activitatii de diseminare a
  rezultatelor prin comunicari la simpozioane
  nationale si internationale, respectiv publicatii
  in reviste cotate ISI sau indexate in baze de
  date internationale, s-au prezentat
• (a) trei comunicari la a 5-a Conferinta
  Internationala Biomateriale, Inginerie tisulara
  si dispozitive medicale, BiomMedD2012,
  Constanta, 29 August 1 Septembrie 2012,
  respectiv
• - Streptavidin-Biofunctionalized Magnetic
  Particles for Blood Contacting Applications V.
  Balan, M.I. Popa, A.P. Chiriac, I. Neamtu, L.E.
  Nita, M.T. Nistor, M. Butnaru, L. Verestiuc,
• - Bioactive Hybrid Scaffolds in Regenerative
  Medicine and Tissue Engineering M.T. Nistor, C.
  Zgardan, C. Vasile, L.E. Nita, A. Chiriac,
• - Assembly Design and Characterization of an
  Innovative Modulated Drug Delivery System L.
  Nita, M. Nistor, N. Tudorachi, I. Neamtu, A.
  Chiriac,
• (b) o comunicare Determination of the kinetic
  parameters and analysis of gases released by
  thermal decomposition of CMS-g-PLA copolymer
  prezentata la a XXXII Conferinta nationala de
  chimie Rm Valcea, oct. 2012, si
• (c) si o lucrare Thermal degradation of
  carboxymethyl starch-g-poly(lactic acid)
  copolymer by TG-FTIR-MS analysis, autori Nita
  Tudorachi, Rodica Lipsa, Fanica Mustata, a fost
  acceptata spre publicare in Industrial
  Engineering Chemistry Research (IF 2.237).

7
Etapa II/2013

• Conform planului de realizare al proiectului
  "Cercetare interdisciplinara privind particule
  hibride multi-functionale pentru bio-cerinte,
  etapa II/2013 a avut drept obiective (I)
  Prepararea de compozite magnetice si (II)
  Evaluarea fizico-chimica continuarea etapei din
  2012. Obiectivele au fost îndeplinite prin
  activitati specifice, si anume
• obtinerea de nanoparticule (NPs) magnetice cu
  capacitate de legare si transport de enzime
  antioxidante
• dezvoltare experimentala pentru modificarea
  suprafetei NPs magnetice pentru obtinerea de
  bio-structuri adaptate molecular, ca baza pentru
  noi materiale hibride
• evaluarea enzimelor antioxidante de interes
  pentru structuri biologice
• biofunctionalizarea NPs magnetice cu structuri
  biologice pentru controlul proceselor biologice
  si biochimice pana la nivel nanometric
• dezvoltare experimentala pentru obtinerea de NPS
  magnetice bio-functionalizate
• caracterizarea compozitelor magnetice in asociere
  cu enzime antioxidante pentru determinarea
  conditiilor fizico-chimice experimentale si
  teoretice necesare realizarii acestora
• elucidarea si caracterizarea proprietatilor de
  suprafata ale particulelor, asociate cu reactii
  de cuplare de enzime antioxidante si
  interpretarea rezultatelor pentru studii
  ulterioare de eliberare tintita
• diseminarea rezultatelor prin comunicari la
  simpozioane nationale si internationale, si
  respectiv publicatii in reviste cotate ISI sau
  indexate in baze de date internationale.

8
Diseminarea rezultatelor

• Diseminarea rezultatelor prin comunicari la
  simpozioane nationale si internationale,
  publicatii in reviste cotate ISI sau indexate in
  baze de date internationale s-a concretizat dupa
  cum urmeaza in
• Lucrari publicate
• Characterization of the semi-interpenetrated
  network based on collagen and poly(N-isopropyl
  acrylamide-co-diethylene glycoldiacrylate).
  Autori MT Nistor, A.P. Chiriac, LE Nita, C
  Vasile. Int J Pharmaceutics 452 (2013) 92 101
  IF-3.458.
• Multilayered structure based on
  poly(N,N-dimethyl-acrylamide-co-3,9-divinyl-2,4,8,
  10-tetraoxaspiro (5.5) undecane) prepared in a
  multiphase gelation process. Autori AP Chiriac,
  LE Nita, MT Nistor, L Tartau. Int J Pharmaceutics
  456 (2013) 21 30 IF-3.458.
• Obtaining of new magnetic nanocomposites based on
  modified polysaccharide. Autori NTudorachi, AP
  Chiriac, Carbohydrate Polymers 98 (2013) 451
  459 IF3.479.
• Upon the Delivery Properties of a Polymeric
  System Based on Poly(2-Hydroxyethyl Methacrylate)
  Prepared with Protective Colloids. Autori LE
  Nita, AP Chiriac, M Nistor, TBudtova. J Biom
  Nanobiotechnol 4(2013), 357-364 ISSN Online
  2158-7043.
• Upon the Developments of Drug-Eluting Stents in
  the Treatment of Coronary Lesions. Autori
  A.Diaconu, V Balan, AP Chiriac. Recent Patents on
  Materials Science 6(2013) 229-237
  ISSN1874-4648.
• Semi-interpenetrated Network with Improved
  Sensitivity Based on Poly(N-Isopropylacrylamide)
  and Poly(aspartic acid). Autori MT Nistor, AP
  Chiriac, LE Nita, INeamtu, CVasile. Polym Eng Sci
  53(2013) 2345-2352 IF1.243.

9
Diseminarea rezultatelor

• Poly(N,N-dimethylacrylamide-co-3,9-divinyl-2,4,8,1
  0-tetraoxaspiro(5.5)undecane) synthesis as matrix
  ensuring intramolecular strategies for further
  coupling applications. Autori AP Chiriac, MT
  Nistor, LE Nita, I Neamtu. Rev. Roum. Chim.
  58(2013)(2-3), 129-136 IF-0.331.
• Hydrogel based on poly(N,N-dimethylacrylamide-co-3
  ,9-divinyl-2,4,8,10-tetraoxaspiro(5.5)undecane)
  with dual sensitive behavior. Synthesis and
  characterization. Autori LE Nita, AP Chiriac, MT
  Nistor, I Neamtu. Rev. Roum. Chim., 2013,
  58(2-3), 137-143 IF-0.331.
• Poly(acrylic acid)/ poly(ethylene glycol)
  nanoparticles designed for ophthalmic drug
  delivery. Autori A.M. Vasi, M.I.Popa,
  E.C.Tanase, M. Butnaru, L. Verestiuc, acceptata
  la publicare in J. Pharm. Sci. IF3.13.
• Capitole carte
• Chapter 3. Hybrid Sensitive Hydrogels for Medical
  Applications. MT Nistor, C Vasile, AP Chiriac, A
  Rusu, C Zgardan, LE Nita, I Neamtu. In Polymer
  materials with smart properties. Ed. M Bercea.
  Nova Science Publ. New York 2013, 67 89.
• Chapter 8. Sol-Gel Technique Implemented for
  Biomedical Applications. LENita, AP Chiriac, I
  Neamtu. 189-204. In Polymer materials with smart
  properties. Ed. M Bercea. Nova Science Publ. New
  York 2013, 189 204.

10
Diseminarea rezultatelor

• Lucrari publicate in volum
• Functionalized superparamagnetic nanoparticles as
  versatile carriers for targeted antioxidant
  enzyme therapy. V.Balan, M. Butnaru, O.
  Bredetean, L. Profire, G. Lupascu, A.P.Chiriac,
  L.E. Nita I. Neamtu, L.Verestiuc Proceedings of
  the 4th ed. of E-Health and Bioengineering
  Conference-EHB 2013, Iasi, Romania.
• Biomimetic composites based on calcium phosphates
  and chitosan - hyaluronic acid with potential
  application in bone tissue engineering. Autori
  F.D.Ivan, A.Marian, C. E. Tanase, M. Butnaru, L.
  Verestiuc, Bioceramics 25, Key Engineering
  Materials, 587, 191-196.
• Comunicari la manifestari stiintifice
• Functionalized superparamagnetic nanoparticles as
  versatile carriers for targeted antioxidant
  enzyme therapy. V. Balan, M. Butnaru, O.
  Bredetean, L. Profire, G. Lupascu, A.P.Chiriac,
  L.E. Nita I. Neamtu, L.Verestiuc, 4th IEEE
  International Conference on E-Health And
  Bioengineering - EHB 2013, Iasi, Romania,
  November 21st-23rd, 2013.
• Biomimetic composites based on calcium phosphates
  and chitosan - hyaluronic acid with potential
  application in bone tissue engineering. 25th
  Symposium and Annual Meeting of the International
  Society for Ceramics in Medicine Bucharest,
  Romania November 07-10th 2013 Autori F.D.Ivan,
  A.Marian, C. E. Tanase, M. Butnaru, L. Verestiuc,
  Bioceramics 25, Key Engineering Materials, 587,
  191-196.

11
Diseminarea rezultatelor

• Postere la manifestari stiintifice
• Process for magnetic composites synthesis.
  Autori AP Chiriac, LE Nita, INeamtu, MT Nistor.
  The 17th International Salon of Research,
  Innovation and Technological Transfer Inventica
  2013 19 21st June 2013 Iasi Romania.
• Structuri hibride pentru bioaplicatii. Autori AP
  Chiriac, LE Nita, INeamtu, MT Nistor. Salonul
  National de Inventica CHIM-INVENT, 3 5 iulie
  2013, Iasi Romania.
• Cerere brevet de inventie
• Procedeu de sinteza a unui compozit magnetic.
  Autori AP Chiriac, LE Nita, I Neamtu, N
  Tudorachi, A Diaconu, V Balan, C Munteanu. Dosar
  nr. A 00833/13.11.2013.

12
Etapa III/2014

• Conform planului de realizare al proiectului
  "Cercetare interdisciplinara privind particule
  hibride multi-functionale pentru bio-cerinte,
  etapa III/2014 a avut drept obiective (I)
  Evaluare fizico-chimica continuarea Etapei din
  2013, (II) Evaluare bio-chimica Metode de
  evaluare toxicologica a noilor NPs pentru
  furnizarea cunostintelor fundamentale privind
  design-ul si testarea acestora ca sisteme de
  eliberare tintita si (III) Integrarea sistemului
  bio-magnetic. Obiectivele au fost îndeplinite
  prin activitati specifice, precum -
  Caracterizarea compozitelor magnetice in asociere
  cu enzime antioxidante pentru determinarea
  conditiilor fizico-chimice experimentale si
  teoretice necesare realizarii acestora -
  continuarea activitatii din 2012 si 2013, -
  Elucidarea si caracterizarea proprietatilor de
  suprafata ale particulelor, asociate cu reactii
  de cuplare de enzime antioxidante si
  interpretarea rezultatelor pentru studii
  ulterioare de eliberare tintita - continuarea
  activitatii din 2012 si 2013, - Determinarea
  mecanismelor de initiere a reactiei de
  autoasamblare a materialelor hibride - preluata
  din 2013 Partea I, - Design-ul conceptual si
  proiectarea sistemului de cuplare dintre
  compozitul magnetic antioxidant si stent-
  preluata din 2013 Partea I, - Stabilirea
  procedeelor de preparare si caracterizare pentru
  noile materiale, - Testarea materialelor hibride
  biomagnetice autoasamblate cu caracteristici
  antioxidante Partea I, - Testarea si evaluarea
  sistemelor hibride Partea I, - Diseminarea
  rezultatelor prin comunicari la simpozioane
  nationale si internationale, publicatii in
  reviste cotate ISI sau indexate in baze de date
  internationale.
• Activitatile prezentate au condus la elaborarea
  urmatoarelor studii
• (I) sinteza de structuri hibride cu magnetita
  incapsulata utilizand polimerii sintetizati.
• (II) asocierea cu enzime antioxidante a
  structurilor hibride magnetice sintetizate.
• (III) evaluarea caracteristicilor fizico
  chimice si magnetice ale structurilor hibride
  cuplate cu enzime antioxidante prin metode
  specifice.
• (IV) proiectarea sistemului de cuplare dintre
  compozitul magnetic antioxidant si stent studii
  preliminare

13
Diseminarea rezultatelor prin comunicari la
simpozioane nationale si internationale,
publicatii in reviste cotate ISI sau indexate in
baze de date internationale

• Lucrari publicate in reviste cu factor de impact
• Current concepts on cardiovascular stent devices
  I. Neamtu, A. P. Chiriac, A. Diaconu, L. E. Nita,
  V. Balan, M. T. Nistor Mini-Reviews in Medicinal
  Chemistry, 14, 505-536 (2014). If3.186
• Semi-imprinting quercetin into polyN,N-dimethylac
  rylamide-co-3,9-divinyl-2,4,8,10-tetraoxaspiro
  (5,5) undecane network Evaluation of the
  antioxidant character A. P. Chiriac, L. E. Nita,
  L. Tartau, I. Neamtu, M. T. Nistor Journal of
  Pharmaceutical Sciences, 103, 2338-2346 (2014).
  IF3.007
• Upon some multi-membrane hydrogels based on poly
  (N,N-dimethyl-acrylamide-co-3,9-divinyl-2,4,8,10-t
  etraoxaspiro (5.5) Undecane) preparation,
  characterization and in vivo tests, L. E. Nita,
  A. P. Chiriac, M. T. Nistor, L. Tartau J. Mat.
  Sci. Mat. in Med., 25 (7), (2014) 1757-1768,
  IF2.379.
• Upon Synthesis of Poly(N-isopropylacrylamide-co-2-
  dimethyl-aminoethyl methacrylate-co-itaconic
  acid) Copolymers as Matrix Ensuring
  Intramolecular Strategies for Further Coupling
  Applications A. P. Chiriac, L. E. Nita, I.
  Neamtu, V. Balan, A. Diaconu Journal of Research
  Updates in Polymer Science, 3 (1), 48-56 (2014).
  IF-0.0

14
Diseminarea rezultatelor prin comunicari la
simpozioane nationale si internationale,
publicatii in reviste cotate ISI sau indexate in
baze de date internationale

• Comunicari
• A. Diaconu, A. P. Chiriac, L. E. Nita, N.
  Tudorachi, I. Neamtu, V. Balan Upon synthesis of
  poly(maleic anhydride-co-3, 9-divinyl-2, 4, 8,
  10-tetraoxaspiro (5.5) undecane) copolymer with
  antioxidant character and possibilities for
  bioconjugation comunicata la 2nd International
  Conference on Chemical Engineering, Iasi ,
  November 5-8 2014.
• A. Diaconu, I. Neamtu, L. E. Nita, A. P. Chiriac,
  V. Balan, Poly(maleic anhydride-co-3,
  9-divinyl-2, 4, 8, 10-tetraoxaspiro (5.5)
  undecane) copolymer-based magnetic composites
  Potential vectors for remote-controlled bioactive
  substance release, 2nd International Conference
  on Chemical Engineering, Iasi , November 5-8
  2014.
• Tudorachi, A. P. Chiriac, G. Lisa, V. Balan, L.
  Nita, Magnetic nanocomposites PLGA/magnetite,
  Alexandru Ioan Cuza University Days, Faculty of
  Chemistry Conference, Iasi, 31 octombrie 01
  noiembrie 2014,
• R. Lipsa, N. Tudorachi, A. Grigoras, C. Vasile,
  P. Gradinariu, A. P. Chiriac, F. Mustata,
  Poly(vinyl alcohol) copolymers biodegradation
  with Trichotecium roseum fungi Alexandru Ioan
  Cuza University Days, Faculty of Chemistry
  Conference, Iasi, 31 octombrie 01 noiembrie
  2014.
• Cerere brevet de inventie Procedeu de sinteza a
  unui compozit magnetic, A.P. Chiriac, L.E. Nita,
  I. Neamtu, N. Tudorachi, A. Diaconu, V. Balan,
  A00808 din 29.10.2014.

15
Etapa IV/2015 - Plan de realizare al proiectului

• Evaluare fizico-chimica continuare Etapa din
  2014
• Evaluare bio-chimica Metode de evaluare
  toxicologica a noilor NPs pentru furnizarea
  cunostintelor fundamentale privind design-ul si
  testarea acestora ca sisteme de eliberare tintita
• Integrarea sistemului bio-magnetic continuare
  Etapa din 2014
• Activitatea 2.9 . Determinarea mecanismelor de
  initiere a reactiei de autoasamblare a
  materialelor hibride Partea III
• Activitatea 2.10. Design-ul conceptual si
  proiectarea sistemului de cuplare dintre
  compozitul magnetic antioxidand si stent Partea
  III
• Activitate 3.3. Testarea materialelor hibride
  biomagnetice autoasamblate cu caracteristici
  antioxidante Partea II
• Activitatea 3.4. Testarea si evaluarea sistemelor
  hibride Partea III
• Activitatea 4.1. Metode si protocoale de lucru
  pentru noi strategii terapeutice, aplicatii si
  tehnici de testare a sistemelor hibride obtinute.
  Metode de evaluare toxicologica a noilor
  nanoparticule sintetizate pentru testarea
  acestora ca sisteme de eliberare tintita.
• Activitatea 4.2. Dezvoltarea capacitatii de
  cunoastere a sistemelor particule/stent si
  transport prin diverse medii specifice
• Activitatea 4.3. Studii de optimizare si sinteza.
• Activitatea 4.5.1. Diseminarea rezultatelor prin
  sau indexate in baze de date internationale
  publicatii in reviste cotate ISI
• Activitatea 4.6. Corelarea si optimizarea
  functiilor interdependente pentru elaborarea
  conditiilor optime pentru realizarea structurilor
  hibride magnetice antioxidante/stent. Elaborarea
  tehnologiei de laborator pentru integrarea de noi
  materiale hibride ca si compozite biomagnetice cu
  caracteristici antioxidante Partea I

16
Activitatea 2.9. Determinarea mecanismelor de
initiere a reactiei de autoasamblare a
materialelor hibride

• Realizarea invelisului polimeric la suprafata
  magnetitei are la baza mai multe interactiuni
  fizice care conduc la un proces de asamblare
  intre cele doua componente si crearea unui sistem
  hibrid complex stabil cu caracteristici
  magnetice.
• Formarea sistemului hibrid tip miez (magnetita)
  coaja (polimer sintetic) asa cum este ilustrat
  in figura are la baza aparitia de interactiuni
  electrostatice dipolare, legaturi de hidrogen,
  interactiuni hidrofobe si van der Waals si care
  determina procesul de auto-asamblare si determina
  respectiv stabilitatea sistemului.
• In acelasi timp, sistemul hibrid dispune de
  grupari functionale libere pentru atasarea
  ulterioara de noi structuri active, de exemplu
  enzime asa dupa cum impune obiectivul general al
  proiectului.

Ilustrarea mecanismelui de initiere a reactiei de
autoasamblare a materialelor hibride
17
Ilustrarea procedurii de cuplare a enzimei
antioxidante (catalaza) la compozitul magnetic

• Pentru realizarea compozitului magnetic
  antioxidant, respectiv de cuplare a enzimei
  antioxidante catalaza la compozitul magnetic
  s-a procedat la 2 metode de cuplare, conform
  ilustratiei
• 1 - prin intermediul legaturilor fizice
  (reversibila)
• si respectiv
• 2 - chimica (ireversibila) prin intermediul
  carbodiimidelor solubile in apa
  1-etil-3-(3-dimetilaminopropil) carbo-diimide
  (EDAC)

18
Evaluarea functionalizarii compozitului magnetic
cu enzima antioxidanta
(a)

(b)
Distributia dimensionala (a) si respectiv
distribu?ia poten?ialului zeta (b) a
compozitelor magnetice inainte si dupa
functionalizare
Distributia dimensionala (a) cat si evaluarea
potentialului zeta (b) a compozitelor magnetice
inainte si dupa functionalizare cu catalaza
confirma imobilizarea enzimei pe suprafata
compozitului magnetic.
19
Activitatea 2.10. Design-ul conceptual si
proiectarea sistemului de cuplare dintre
compozitul magnetic antioxidant si stent

• Procedura de acoperire cu nanoparticule magnetice
  a suprafe?ei stentului s-a realizat în câmp
  magnetic alternant. La proiectarea sistemului si
  pentru realizarea design-ului conceptual al
  noului sistem s-a uzat de faptul ca
  nanocompozitele hibride magnetice, ca suspensii
  coloidale stabile formate din nanoparticule
  magnetice monodimensionale dispersate în solvent
  adecvat, pot genera caldura în câmpul magnetic
  alternativ, si de asemenea, ele prezinta
  afinitate fata de stentul metalic, ceea ce creaza
  condi?iile adecvate pentru o depunere uniforma pe
  suprafa?a stentului. Pentru depunerea
  nanocompozitelor magnetice la suprafata stentului
  s-a folosit un camp magnetic alternant (CMA) de
  intensitate H 200 Oe, obtinut dintr-un solenoid
  cu urmatoarele caracteristici L 700 µH, V
  125 kHz, I 2.5 A, U 1.3 Kv, P 3 Kvar).

• Dupa 10 minute de mentinere a stentului in
  prezenta CMA si al nanoparticulelor magnetice
  temperatura mediului nu a depasit 52?C ceea ce
  atesta o temperatura Curie relativ joasa pentru
  nanoparticulele magnetice. Se poate concluziona
  ca nanoparticulele evita supraîncalzirea
  tesutului in cazul excitarii cu un câmp magnetic
  alternativ. Astfel, aceste nanoparticule
  magnetice pot fi utilizate inclusiv pentru
  tratament de hipertermie (cand mentinerea in CMA
  se face doar pentru 2-3 minute).

20
Evaluarea susceptibilitatii magnetice precum si a
morfologiei filmului din compozit magnetic depus
pe stent
Imagistica prin microscopie optica a suprafe?ei
stentului acoperit cu compozit magnetic ?i de
asemenea evaluarea susceptibilita?ii magnetice a
acestuia confirma prezen?a nanoparticulelor
magnetice pe suprafa?a stentului.
Ciclul de depunere Masa stent, g Masa stent, g Susceptibilitatea Magnetica a stent, e4 V Susceptibilitatea Magnetica a stent, e4 V
Ciclul de depunere Inainte de depunere Dupa depunere Inainte de depunere Dupa depunere
- 0.0120 - 0.023 -
I - 0.0140 - 0.052
II - 0.0142 - 0.054
III - 0.0146 - 0.058
IV - 0.0150 - 0.069
- Dupa 5 spalari repetate Dupa 5 spalari repetate Dupa 5 spalari repetate Dupa 5 spalari repetate
- - 0.0130 - 0.036
21
Activitate 3.3.Testarea materialelor hibride
biomagnetice autoasamblate cu caracteristici
antioxidante
Noile structuri polimere sintetizate au fost de
asemenea, evaluate din punctul de vedere al
caracterului antioxidant prin reactii in prezenta
radicalului 2, 2-difenil-1-picrilhidrazil (DPPH).
O inhibare de 28 a radicalilor DPPH a fost
înregistrata în cazul copolimer functionalizat la
un raport 1/5 copolimer/eritritol, în timp ce
componenta martor eritritol prezinta doar
29 inhibare, iar copolimerul PMAU ne-
functionalizat prezinta si el un caracter
antioxidant de 14,75. Se poate concluziona ca
abilita?ile antioxidante ale copolimerului
func?ionalizat sunt conferite de prezenta
eritritol dar, în acela?i timp si copolimerul
PMAU are caracter antioxidant. Este de remarcat
faptul ca pentru sistemul PMAU_E 1/5 se manifesta
caracterul antioxidant, chiar ?i dupa 72 de ore
de la prima testare.
22
Activitatea 4.1. Metode si protocoale de lucru
pentru noi strategii terapeutice, aplicatii si
tehnici de testare a sistemelor hibride obtinute.
Rezultatele investigarii toxicitatii acute si
a biocompatibilitatii compozitelor magnetice
Conform scalei de toxicitate Hodge Sterner se
observa ca valoarea LD50 este situata în
intervalul 500 5000 mg/kbw ceea ce permite
plasarea MC în grupa substantelor cu toxicitate
joasa.
Nu sunt variatii semnificative între valorile
elementelor formulei sanguine leucocitare la
soarecii din lotul tratat cu MC fata de cei din
lotul martor tratat cu apa distilata, pentru
experimentul la 24 ore si 14 zile. Totodata,
analizele de laborator nu prezinta diferente
semnificative pentru activitatea transaminazei
glutamico piruvice (TGP), transaminazei glutamico
oxalacetice (TGO) si dehidrogenaza lactica (LDH),
între lotul de control si cel tratat cu compozit
magnetic MC, dupa 24 ore si dupa 14 zile de la
administrare. In ceea ce priveste capacitatea
opsonica a serului (OC), capacitatea fagocitara
(FC) si capacitatea bactericida (BC) seroasa a
macrofagelor peritoneale pentru lotul de control
tratat cu apa distilata si cel tratat cu
compozitul magnetic MC, nu exista variatii majore
pentru rezultatele obtinute.
23
Metode de evaluare toxicologica a noilor
nanoparticule sintetizate pentru testarea
acestora ca sisteme de eliberare tintita
Investigarea toxicitatii acute demonstreaza ca
particulele de compozit magnetic MC studiate sunt
relativ nepericuloase din punct de vedere
toxicologic când sunt administrate la soareci.
Ele exercita modificari similare asupra
elementelor formulei leucocitare si în
activitatea enzimatica ca si apa distilata
administrata prin injectare i.p. la lotul de
control. Administrarea de MC nu modifica
capacitatea de aparare imunitara a animalului,
comparativ cu lotul de control. De asemenea
modificarile histopatologice majore nu apar în
structura hepatica. Aceste rezultate sugereaza
biocompatibilitate buna la testele in vivo dupa
administrarea de MC la soareci.
Imagine microscopica a structurii hepatice a
normala la lotul martor b - cu staze hepatice
difuze si regenerare hepatica la lotul tratat cu
MC (colorare Van Gieson, x 40)
24
Studii de optimizare si sinteza
In incercarile de a obtine o matrice polimerica
avand cele mai bune caracteristici pentru
obtinerea unui compozit magnetic dar si
multifunctionalitate in vederea cuplarii
ulterioare de substante biologic active (enzime)
s-a urmarit sinteza, proprietatile si
comportamentul sensibil al unui set de copolimeri
pe baza anhidrida itaconica (IA) cu diferite
rapoarte molare de 3,9-divinil-2,4,8,10-tetraoxasp
iro 5,5 undecan (U) cu structura schematizata
in figura alaturata.
Poli(anhidrida itaconica-co- 3,9-divinil-2,4,8,10-
tetraoxaspiro 5,5 undecan)
Aceste noi structuri polimere, datorita
capacitatii de formare de re?ea, prezinta
proprietati de biodegradabilitate ?i
biocompatibilitate, capacitate de formare de gel,
amfifilicitate, proprieta?i oxidative bune si
stabilitate termica, sunt buni formatori de
filme, prezinta sensibilitate la pH acid, dar si
posibilita?i de legare necesita investigatii
suplimentare. Acest comportament poate fi
justificat prin conforma?ia aleatorie tip spirala
a copolimerilor, macromolecule care pot fi pliate
?i impachetate prin interac?iuni fizice
intervenite între lan?uri. Fragmentul
spiroacetalic, care prezinta ?i sensibilitate la
pH acid, are capacitatea de a interac?iuna la
oxigenul eteric cu alte grupari func?ionale prin
legaturi de hidrogen sau coordinative, care induc
schimbarea dinamica a stereochimiei lanturilor
macromoleculare prin efect anomeric intervenit o
data cu cre?terea temperaturii ?i respectiv în
condi?ii de agita?ie termica.
25
Diseminarea rezultatelor

• Lucrari publicate
• Design and synthesis of a new polymer network
  containing pendant spiroacetal moieties autori
  A. Diaconu, A. P. Chiriac , L. E. Nita, N.
  Tudorachi, I. Neamtu, C. Vasile, M. Pinteala
  Designed Monomers and Polymers, 2015, 18(8),
  780-788, IF2.78
• New nanocomposite based on poly(lactic-co-glycolic
  acid) copolymer and magnetite. Synthesis and
  characterization autori N. Tudorachi, A. P.
  Chiriac, F. Mustata Composites Part
  B-Engineering, 2015, 72, 150-159, IF2.983.
• Synthesis and thermal investigation by TG-FTIR-MS
  analysis of some functionalized acrylic
  copolymers and magnetic composites with Fe3O4, N.
  Tudorachi, I. Bunia J. Anal. Appl. Pyrolysis,
  2015, http//dx.doi.org/doi10.1016/j.jaap.2015.09
  .010, IF3.56.
• Degradation of poly(vinyl alcohol)-graft-lactic
  acid copolymers by Trichotecium roseum fungus
  autori R. Lipsa, N. Tudorachi, V. C. Grigoras,
  C. Vasile J. Appl. Polym. Sci. 2015, 132, 14.
  (DOI 10.1002/APP), IF1.77.
• Static and dynamic investigations of
  poly(aspartic acid) and Pluronic F127 complex
  prepared by self-assembling in aqueous solution
  autori L.E. Nita, A. P. Chiriac, M. Bercea, MT.
  Nistor Applied Surface Science, 2015, 359,
  486495, IF2.711.
• Possibilities of quercetin insertion into poly(N,
  N-dimethylacrylamide-co-3, 9-divinyl-2, 4, 8,
  10-tetraoxaspiro (5.5) undecane) network autori
  A. P. Chiriac, L.E. Nita, I. Neamtu Materials
  Science and Engineering C, 2015,47, 1725,
  IF3.088.
• In situ preparation of a magnetic composite
  during functionalization of polymaleic
  anhydride-co-3,9- divinyl-2,4,8,10-tetraoxaspiro(5
  .5)undecane with erythritol autori I. Neamtu,
  A. P. Chiriac, L.E. Nita, N. Tudorachi, A
  Diaconu J Nanopart Res, 2015, 17254, IF2.184.
• An investigation on multi-layered hydrogels based
  on poly(N, N-dimethylacrylamide co 3,
  9-divinyl-2, 4, 8, 10-tetraoxaspiro (5.5)
  undecane) autori A.P. Chiriac, M. T. Nistor,
  L.E. Nita Rev. Roum. Chim., 2014, 59(11-12),
  1059-1068, IF0.311
• Patterning poly(maleic anhydride-1 co-3,
  9-divinyl-2, 4, 8, 10- tetraoxaspiro (5.5)
  undecane) copolymer bioconjugates for controlled
  release of drugs autori L.E. Nita, A.P.
  Chiriac, L. Mititelu-Tartaua, E. Stoleru, F.
  Doroftei, A. Diaconu International Journal of
  Pharmaceutics, 2015, 493, 328-40, IF3.65.
• Upon synthesis of a polymeric matrix with pH and
  temperature responsiveness and antioxidant
  bioactivity based on poly(maleic
  anhydride-co-3,9-divinyl-2,4,8,10-tetraoxaspiro5.
  5 undecane) derivatives autori A. P. Chiriac,
  L. E. Nita, N. Tudorachi, I. Neamtu , V. Balan,
  L. Tartau Materials Science and Engineering C
  2015, 50, 348357, IF3.088.
•  

26
Diseminarea rezultatelor

• Lucrari publicate in volum
•  Study on poly(vinyl alcohol) copolymers
  biodegradation autori R. Lipsa, N. Tudorachi,
  A. Grigoras, C. Vasile, P. Gradinariu Memoirs of
  the Scientific Sections of the Romanian Academy,
  Tome XXXVIII, 2015, 1-22.
• Comunicari la manifestari stiintifice
• Biocompatible magnetic nanoparticles with
  antioxidant enzymes for cardiovascular
  applications autori L. Lungoci, V. Balan, M.
  Butnaru, C. Dimitriu, L. Verestiuc 6th
  International Seminar on Biomaterials
  Regenerative Medicine, Oradea, România, 17-19th
  September 2015.
• Cerere brevet de inventie
• Procedeu de sinteza a unui copolimer matrice
  pentru aplicatii biomedicale autori AP Chiriac,
  LE Nita, A Diaconu, I Neamtu, N Tudorachi, V
  Balan, Dosar Nr. A/00341/15.05.2015

27
Diseminarea rezultatelor

• Postere la manifestari stiintifice
• Upon synthesis of a comprehensive copolymer
  network based on itaconic anhydride and 3,
  9-divinyl-2, 4, 8, 10-tetraoxaspiro (5.5)
  undecane for bioconjugation autori A. Diaconu,
  L. Ni?a, A. Chiriac, E. Butnaru, N. Tudorachi, C.
  Vasile, M. Pinteala Frontiers in Macromolecular
  and Supramolecular Science, Simpozionul
  International Cristofor I. Simionescu , editia a
  VII a.
• Smart polymeric systems based on n,n
  dimethylacrylamide and 3, 9-divinyl-2, 4, 8,
  10-tetraoxaspiro (5.5) undecane, V. Balan
  autori A. Diaconu, M. Asandulesa, E. Butnaru,
  L. E. Nita, I. Neamtu, N. Tudorachi, A. P.
  Chiriac. Zilele Academiei iesene, ed. XXV, 24-26
  sept. 2015
• SOD and catalase immobilization onto
  superparamagnetic nanoparticles for
  cardiovascular applications autori L. Lungoci,
  V.Balan, M. Butnaru, O.Bredetean L.Verestiuc
  12th International Conference on Nanosciences
  Nanotechnologies (NN15), 7-10 July 2015,
  Thessaloniki, Greece.
• Antioxidant enzymes immobilized on biocompatible
  SPIONS for cardiovascular applications autori
  L. Verestiuc, L. Lungoci, V. Balan, M. Butnaru,
  O. Bredetean 27th European Conference on
  Biomaterials, 30 august-3 sept. 2015, Kracovia,
  Polonia.
• Investigation upon a novel poly(maleic anhydride
  co - 3, 9 divinyl - 2,4,8,10-tetraoxaspiro
  (5.5) undecane) / magnetite hybrid nanocomposite
  preparation autori I. Neamtu, A. P. Chiriac, L.
  E. Nita Fourth International Conference on
  Multifunctional, Hybrid and Nanomaterials 9-13
  March 2015, Sitges, Spain.
• Possibilities for Quercetin insertion into
  poly(N,N-dimethylacrylamide-co-3,9- divinyl -
  2,4,8,10-tetraoxaspiro (5.5) undecane) network
  autori A. P. Chiriac, L. E. Nita, I. Neamtu
  Fourth International Conference on
  Multifunctional, Hybrid and Nanomaterials 9-13
  March 2015, Sitges, Spain.