Дизайн на нови супрамолекулни наночастици: сферични нуклеинови киселини с полимерни и липозомни ядра
Проект ДН19/8:
Ръководител:
Проф. дхн Станислав Рангелов
Партньорски организации:
Лаборатория Полимеризационни процеси (Институт по полимери) и Катедра Биохимия (Биологически факултет, Софийски университет)
Продължителност:
36 месеца
Резюме на проекта:
Целта на проекта е получаването на специфични супрамолекулни наночастици, наречени сферични нуклеинови киселини (СНК). Те се състоят от полимерно или липозомно ядро, към което са свързани силно ориентирани олигонуклеотиди, образуващи плътна обвивка. Изследванията са фокусирани изключително върху разработването на нови полимерни или липозомни ядра с цел разнообразяването на съществуващите и придаването на нови свойства. Изследователските цели се постигат чрез синтезиране на разнообразни полимер-олигонуклеотидни конюгати, които чрез самоасоцииране или съасоцииране с рационално композирани/съставени съполимери и фосфолипиди са способни да образуват титулните супрамолекулни наночастици. Разнообразни техники за синтез, приготвяне и натоварване (от методи за контролирани полимеризации през “клик“ и други високоефективни реакции до специфични подходи за получаване на структури чрез самоасоцииране/съасоцииране) се използват за дизайн и конструиране на СНК. Пълното физикохимично охарактеризиране, състоящо се в определяне на размер и разпределение по размери, молни маси, размери на ядрото, дебелина на обвивката, повърхностен потенциал и др. е последвано от детайлно изследване на биологичните им свойства. В частност, изследват се взаимодействията на новите СНК и проникването им през биологични мембрани, оценяват се биологическата им толерантност и съвместимост, трансфекционната ефективност и потенциалът им да пренасят ензими, малки молекули, терапевтични и диагностични агенти. Изпълнението на научната програма допринася за натрупване на познание и експериментални данни и факти, които са с потенциална приложимост при решаване на здравни проблеми с обществена и социална значимост, като лечение на рак и генетични заболявания, разработване на ваксини, при регенеративната медицина, разработване на терапевтични и тераностични платформи. Докато планираните изследвания са силно фундаментални, една съществена част от проекта има иновационен характер и потенциал. Реализирането на проекта създава предпоставки за подобряване на уменията и квалификацията на членовете на колектива и повишаване на конкурентноспособността на партниращите организации.
Project Design of Novel Supramolecular Nanoparticles: Spherical Nucleic Acids with Polymeric and Liposomal Cores
Институт по полимери, Българска академия на науките
Институт по микробиология „Стефан Ангелов“, Българска академия на науките
Project DN 19/8:
Coordinator:
Prof. Stanislav Rangelov, DSc
Partner organizations:
Laboratory of Polymerization Processes (Institute of Polymers) and Department of Biochemistry (Faculty of Biology, Sofia University)
Duration:
36 months
Summary:
The aim of the project is preparation of specific supramolecular nanoparticles, called spherical nucleic acids (SNAs). These are composed of polymeric or liposomal cores to which highly oriented oligonucleotides are densely attached thus forming a shell. The focus of the research is placed on the development of novel polymeric or liposomal cores aiming at diversifying the existing ones and producing novel properties. The research goals are achieved by synthesizing various polymer-oligonucleotide conjugates that are able to self-assemble or co-assemble with rationally designed copolymers and phospholipids to form the title supramolecular nanoparticles. A variety of synthetic, preparation, and loading techniques (from methods for controlled polymerization to “click” or other highly effective reactions and specific approaches for preparation of self-assembled/co-assembled structures) are employed to design and construct the SNAs. The full physicochemical characterization of the resulting SNAs in terms of size, size distribution, molar mass, dimensions of the cores, thickness of the oligonucleotide shell, surface potential, etc., is followed by detailed investigation of the biological properties. In particular, investigation of the interactions with and penetration through biological membranes of the novel SNAs, evaluation of their biological compatibility, transfection efficiency and potential to transfer enzymes, small molecules, therapeutic and diagnostic agents are performed. The implementation of the research program will bring to accumulation of knowledge as well as experimental data and findings, which are applicable for solving health problems with significant social importance such as treatment of cancer and genetic diseases, vaccine development, regenerative medicine, development of diagnostic and theranostic platforms. Whereas the research planned in the project is highly fundamental, an essential part of it has an innovation character and potential. The implementation of the project will contribute to improvement of the skills and qualification of the team members and enhancement of competitiveness of the partnering organizations.