O1. The first objective aims to optimize the modification protocols of PiPOx with: i) a specifically designed red light and pH responsive azo dye, ii) polymerizable agent (crosslinking function), and iii) an antimicrobial agent to obtain PiPOx with balanced functionalization degree and adequate solubility in water (CCO TRL 2)

O2. The second objective is to optimize the electrospinning methodology for the functionalized PiPOx and validate the pH and light sensitivity of the PiPOx nanofibers (TRL 2 for UPB and TRL 3 for CCO in the innovation chain)

O3. The third objective is to produce biohybrid nanofibers dressings, incorporating the pharmacologically active compounds, based on the functionalized PiPOx and GelMA polymers, via one-pot electrospinning and coaxial electrospinning to address both common and chronic wound management (TRL 3 for UPB)

O4. The fourth objective is to validate the in vitro effectiveness of the biohybrid dressings for wound management: drug-release efficiencies in the presence of light stimulation, cytotoxicity, antimicrobial activity, inflammatory response, and tissue regeneration. (TRL 4 for both CCO and UPB in the innovation chain).

Project leader:

Dr. Ing. Florica Adriana Jerca

Email: adriana_jerca@yahoo.com , adriana.jerca@ccocdn.ro

 

Partner responsible UPB:

Prof. Izabela Cristina Stancu

Email: izabela.stancu@upb.ro

 

Research Members:

Dr. Ing. Valentin Victor Jerca

Email: victor_jerca@yahoo.com , victor.jerca@ccocdn.ro

Dr. Ing. Doriana Nicoleta Banu

Email: doriana.banu@yahoo.com , doriana.banu@ccocdn.ro

Dr. Ing. Dumitru Mircea Vuluga

Email: vuluga@yahoo.com

 

Tehnicians:

Alexandru Molenta

Iliana Tunaru

Mariana Balea

Doinita Pasalega

Rezumat Etapa 1/2022

În cadrul primei etape au fost efectuate sinteze organice, polimerizări și reacții polimer analoage, atât în echipa coordonatorului cât și în echipa Partenerului 1, cu scopul de a obține materiale de bază/intermediare folosite în dezvoltarea pansamentelor hibride. Sintezele au fost optimizate și materialele intermediare au fost caracterizate în detaliu din punct de vedere fizico-chimic. S-au optimizat compozițiile chimice ale polimerilor funcționalizați în așa fel încât aceștia să fie solubili în apă sau amestecuri de apă:etanol. Rezultatele științifice preliminarii au fost diseminate parțial în cadrul a 3 conferințe (inter)naționale de echipa coordonatorului.

Activitatea 1.1 Sinteza polimerilor PiPOx, a derivaților azoici sensibili la lumină și pH, și a gelatinei funcționalizate (GelMA) a fost realizată.
Activitatea 1.2 Sinteza de polimeri PiPOx funcționalizați cu derivat azoic sensibil la lumină și pH, cu agentul polimerizabil și cu agentul antimicrobian a fost realizată.
Activitatea 1.3 Caracterizarea fizico-chimică a materiilor prime, a intermediarilor și a polimerilor funcționalizați a fost realizată.
Activitatea 1.4 Diseminare și participare la manifestări tehnico-științifice a fost realizată.

Rezumat Etapa 2/2023

În cadrul celei de-a doua etape au fost efectuate studii de optimizare a parametrilor de electrofilare pentru polimerii GelMA, PiPOx și PiPOx funcționalizat în vederea obținerii de (nano)fibre simple sau hibride. Structura chimică a produșilor intermediari precum și a materialelor finale obținute a fost analizată riguros prin tehnici spectroscopice avansate, iar caracterizarea arhitecturală și morfo-structurală a pansamentelor biohibride a fost efectuată prin analiză SEM, AFM, micro-/nano-CT și XPS. S-au efectuat studii preliminare de screening in vitro privind efectul citotoxic al PiPOx, PiPOx funcționalizat și al (nano)fibrelor asupra unor linii celulare clasice. De asemenea, s-a studiat efectul antibacterian al PiPOx funcționalizat asupra dezvoltării biofilmului de S. aureus. S-au efectuate teste de rehidratare și s-a investigat stabilitatea structurală a pansamentele biohidride obținute în cadrul acestei etape prin diverse metode atât în echipa coordonatorului cât și în echipa partenerului. Rezultatele științifice preliminarii au fost diseminate parțial în cadrul a 5 conferințe (inter)naționale de echipa coordonatorului și a partenerului 1.

Activitatea 2.1 Electrofilarea polimerului PiPOx și a PiPOx funcționalizat a fost realizată.
Activitatea 2.2 Evaluarea sensibilității la lumină și pH, și testarea mecanică a nanofibrelor de PiPOx funcționalizat a fost realizată.
Activitatea 2.3 Evaluarea citotoxicității nanofibrelor de PiPOx și PiPOx funcționalizat a fost realizată.
Activitatea 2.4 Electrofilarea într-un singur pas a polimerilor PiPOx și GelMA funcționalizați, încărcați cu agenți terapeutici a fost realizată.
Activitatea 2.5 Electrofilarea coaxială a polimerilor PiPOx și GelMA funcționalizați, încărcați cu agenți terapeutici și agent hemostatic a fost realizată.
Activitatea 2.6 Caracterizarea specifică a pansamentelor biohibride obținute înainte și după reticularea chimică cu lumină UV a fost realizată.
Activitatea 2.7 Evaluarea stabilității structurale în fluide fiziologice a pansamentelor biohibride optime rezultate prin elecrofilarea într-un singur pas și cea coaxială a fost realizată.
Activitatea 2.8 Diseminare și participare la manifestări tehnico-științifice a fost realizată.

 Rezumat Etapa 3/2024

În cadrul celei de-a treia etape au fost realizate studii privind eliberarea agentului terapeutic din pansamentelor biohibride, atât în prezența, cât și în absența stimulului luminos. De asemenea, s-au efectuat studii cantitative și calitative pentru a evalua creșterea, viabilitatea și proliferarea celulelor fibroblaste simultan cu testarea potențialului citotoxic al pansamentelor biohibride. Totoadată au fost realizate studii privind nivelurile de expresie ale proteinelor specifice din matricea extracelulară secretată de celulele fibroblastele cultivate pe aceste pansamente biohibride. Rezultatele științifice preliminarii au fost diseminate parțial în cadrul unei conferințe internaționale de echipa coordonatorului. Au fost publicate 2 articole ISI, 1 articol trimis spre publicare, și 1 cerere de brevet națională depusă la OSIM.

Activitatea 3.1 Evaluarea in vitro a eficienței eliberării de agent terapeutic a pansamentelor biohibride a fost realizată.

Activitatea 3.2 Evaluarea in vitro a citocompatibilității generale și a profilului antiinflamator al pansamentelor biohibride a fost realizată.

Activitatea 3.3 Evaluarea potențialului pansamentelor biohibride în procesul de formare a matricei extracelulare (ECM) a fost realizată.

Activitatea 3.4 Diseminarea pe scară largă prin comunicarea și publicarea națională sau internațională a rezultatelor a fost realizată.

Activitatea 3.5 Diseminare și participare la manifestări tehnico-științifice a fost realizată.

 Prezentare succintă

Proiectul s-a axat pe dezvoltarea unei platforme versatile de pansamente din nanofibre biohibride care să permită atât monitorizarea stadiului de vindecare al rănii cât și să faciliteze procesul de vindecare prin eliberarea controlată a agentului terapeutic încorporat și prin intermediul proprietăților biomimetice intrinseci ale materialului. Scopul principal al proiectului fost atins prin intermediul obiectivelor și activităților desfășurate în cadrul proiectului experimental demostrativ de echipa multidisciplinară de specialiști care a reușit să demonstreze versatilitatea și superioritatea pansamentelor din nanofibre biohibride fGelMA-PiPOx-F destinate tratamentului rănilor.

Modelul validat din nanofibre biohibride fGelMA-PiPOx-F dezvoltat aici prin tehnica de electrofilare combate dezavantajele actuale pe care le prezintă pansamentele existente în terapia rănilor. Acest model oferă un control precis asupra procesului de eliberare a agentul terapeutic, permite monitorizarea stadiul de vindecare a rănii prin modificarea culorii pansamentului în funcție de pH-ul rănii și demonstrează o activitate antimicrobiană eficientă, contribuind totodată la accelerarea procesului de vindecare.

Publications

1. Merckx R., Becelaere J., Schoolaert E., Frateur O., Leiske M. N., Peeters D., Jerca F.A.; Jerca V.V.; De Clerck K., Hoogenboom R.; „Poly(2-isoproprenyl-2-oxazoline)-based reactive hydrophilic cross-linked nanofiber networks as the basis for colorimetric continuous meat freshness monitoring sensors”, Chemistry of Materials 2023, 35: 7079−7093, FI 7.2, 10.1021/acs.chemmater.3c01355 (CO)

2. Olăreț E., Dinescu S., Dobranici A.E., Ginghină R.E., Voicu G., Mihăilescu M., Curti F., Banciu D.D., Sava B., Amarie S., Lungu A., Stancu I.C., Mastalier B.S.M., „Osteoblast responsive biosilica-enriched gelatin microfibrillar microenvironments”, Biomaterials Advances 2024, 161: 213894, FI= 5.5, 10.1016/j.bioadv.2024.213894 (P1)

3. Ghibu E., Olăreț E., Dinescu S., Pircalabioru G.G., Jerca V.V., Stancu I.C., Jerca F.A.; Poly(2-isopropenyl-2-oxazoline) quaternary ammonium salts copolymers with antimicrobial activity, articol elaborat și trimis spre publicare.

Cerere de brevet național:

E. Olăreț, V.V. Jerca, I.C. Stancu, F.A. Jerca, PANSAMENTE NEȚESUTE DIN NANOFIBRE BIOHIBRIDE DE POLI(2-IZOPROPENIL-2-OXAZOLINĂ) FUNCȚIONALIZATĂ ȘI GELATINĂ METACRILAMIDATĂ OBȚINUTE PRIN TEHNICA DE ELECTROFILARE CU ROL ÎN TRATAMENTUL RĂNILOR ȘI PROCEDEU DE OBȚINERE AL ACESTORA, cerere depusă la OSIM. (CO&P1)

Conferences

1. M.A. Molența, F.A. Jerca, V.V. Jerca, 2-ISOPROPENYL-2-OXAZOLINE A VERSATILE BUILDING BLOCK FOR THE SYNTHESIS OF FUNCTIONAL MONOMERS, a XXXVI-a CONFERINŢĂ NAŢIONALĂ DE CHIMIE, 4-8 octombrie 2022, CĂLIMĂNEŞTI-CĂCIULATA, Comunicare orală

2. N.D. Banu, I. Banu, D.M. Vuluga, F.A. Jerca, V.V. Jerca, THERMAL DEGRADATION OF POLY(2-ISOPROPENYL-2-OXAZOLINE), a XXXVI-a CONFERINŢĂ NAŢIONALĂ DE CHIMIE, 4-8 octombrie 2022, CĂLIMĂNEŞTI-CĂCIULATA, Poster

3. M.A. Molența, F.A. Jerca, V.V. Jerca, 2-ISOPROPENYL-2-OXAZOLINE BASED FUNCTIONAL MONOMERS: CHEMICAL MOIETIES FOR ALL APPLICATIONS, International Symposium on Polymer and Supramolecular Chemistry, 25 Octombrie 2022, Bucuresti, Comunicare orala

4. V.V. Jerca, F.A. Jerca, „Emerging applications of poly(2-isopropenyl-2-oxazoline) materials”, Advanced Polymers via Macromolecular Engineering 2023, 23-27 aprilie 2023, Paris, Franța. Comunicare orală.

5. E. Olaret, I.M. Marinescu, F.A. Jerca, V.V. Jerca, R.-E. Ginghină, B.S. Vasile, I.-C. Stancu, “Optimization of Gelatin-PiPOx Precursors for Electrospinning Fabrication”, 3rd International Conference on bioengineering and Polymer Science, 7-10 iunie 2023, București, România. Poster.

6. E. Olaret, F.A. Jerca, V.V. Jerca, R.-E. Ginghină, I.-C. Stancu, “Fabrication of fish gelatin-PiPOx and GelMA- PiPOx fibrous scaffolds”, 33rd Annual Conference of the European Society for Biomaterials, 4-8 septembrie 2023, Davos, Elveția. Poster.

7. M.A. Molența, V.V. Jerca, F.A. Jerca, “Diversity oriented synthesis of functional monomers starting from 2-isopropenyl-2-oxazoline”, 15th Edition of the Conference ”New Trends in Chemistry Research”, 21-22 Septembrie 2023, Timișoara, România. Prezentare orală.

8. F.A. Jerca, E. Olăreț, I. Stancu, V.V. Jerca, “Biohybrid poly(2-isoproprenyl-2-oxazoline)-gelatine nanofibers for wound healing applications”, 15th Edition of the Conference ”New Trends in Chemistry Research”, 21-22 Septembrie 2023, Timișoara, România. Poster.

9. E. Ghibu, N.D. Banu, D.M. Vuluga, R. Stan; V.V. Jerca, F.A. Jerca, „Designing Degradable Poly(2-Isopropenyl-2-Oxazoline) Hydrogels for Biomedical Applications”, IUPAC MACRO 2024 THE 50TH WORLD POLYMER CONGRESS, 1-4 Iulie 2024, Warwick, U.K., poster.

Awards

Mihai Alexandru Molența, “Costin D. Nenițescu” prize was awarded at the National Chemistry Conference, XXXVI edition, by the Romanian Chemistry Society, for best communication with the title “2-Isopropenyl-2-Oxazoline a Versatile Building Block for the Synthesis of Functional Monomers”.