​

Prezentarea generala a rezultatelor obţinute (Sumar al progresului etapelor I-III)

 

In cadrul primei etape de executie a proiectului au fost proiectate diverse topografii  ce pot influenta tipul de celule ce intra in contact cu implantul mamar, in vederea obtinerii de masti, implicit matrite pentru producerea preliminara de  suprafete texturate prin replicare in PDMS. Studiul caracteristicilor  matritelor  și a replicilor corespunzătoare in PDMS obtinute s-a facut prin analize SEM, AFM, profilometrie si analize preliminare biologice. Au fost proiectate si obtinute geometrii la scala nano / micro-scară a arhitecturii structurilor matritelor. Folosind mastile cu nivel de gri si un laser cu excimer, au fost obtinute  matrițe cu forme definite in policarbonat.   Obtinerea de suprafete micro si nanostructurate in PDMS s-a realizat prin prin replicare-stadiu preliminar. Caracterizarea suprafetelor replicate si a testarii preliminare in vitro a suprafetelor replicate au dat primele indicatii asupra tipurilor de topografii ce pot avea un efect benefic pentru implanturile mamare . 

 

In cadrul celei de a doua etape au fost obtinute si caracterizate  noi substraturi nano-micro structurate de PDMS prin replicare simpla, si structuri micro si macrotexturate prin combinatie cu tehnica pierderii de sare, folosind cristale de sare cu diferite granulatii (de la 20 mm pana la 100 mm). Aceste suprafete multidimensionate in PDMS prin replicare, cu sau fara combinatia cu tehnica folosirii de microcristale de sare si a topirii acestora (salt loss) au fost caracterizate prin SEM, AFM,  unghi contact si energie de suprafata. Studiile  de uzura si frecare ale substraturilor de PDMS au aratat ca subtraturile care prezinta defectele cele mai semnificative, inclusiv pierderea de masa, dupa testarea prin frecare si imersare in solutii cu pH bazic si acid sunt cele obtinute prin tehnica salt loss.  

 

In cea de a treia etapa au fost obtinute si caracterizate noi suprafete noi funcționalizări complexe ale suprafețelor prin metoda MAPLE cu polimeri zwitterionici, compuși antifibrotici și antiinflamatori. pentru aplicatii in obtinerea de invelisuri imbunatatite ale capsulelor implanturilor mamare. Analiza de suprafete multidimensionate si functionalizate a fost coroborata cu raspunsul biologic al biointerfetelor obtinute pentru alegerea suprafetelor optime. Studiul biologic in vitro a fost realizat pe diferite suprafete texturare utilizand ca si in etapa precedenta, celule macrofage  drept model experimental pentru inflamatie. S-a observant ca materialele pe baza de PDMS, indiferent de topografia de suprafata- nestructurata si structurata liniare, fagure, cu sau fara sare favorizeaza in mod diferit aderarea celulelor macrofage. Pentru toate tipurile de texturari, aspectul morfologic al macrofagelor este adaptat la tipul de topografie al suprafetelor materialelor pe baza de PDMS. Celulele se raspândesc intre caracteristicile topografice, ajustând marginea corpului celular pentru a contura peretii laterali ai structurilor. Raspunsul inflamator, si anume secretia de citochine TNFa  a fost cuantificat prin teste ELISA, sugerand  ca structuri optime cele lineare si hexagonale cu adancimi de maxim 5 microni. S-a remarcat ca interactia macrofagelor cu PDMS functionalizat cu topografie tip star si fagure (adancimea de 5µm) si acoperire cu materialul superhidrofilic pMPC si continand Lfcin-PFD s-a concretizat in reducerea semnificativa a proliferarii si adeziunii celulare precum si a capacitatii de a induce un raspuns pro-inflamator. De asemenea, interactia fibroblastelor cu aceste tipuri de structuri a dus la o inhibare a alinierii fibrelor de colagen, ceea ce are implicatii directe in dezvoltarea fenomenului de fibroza. Evaluarea abilitatii capacitatii antibacteriene a substraturilor optimizate s-a realizat pe linii de microorganisme Gram pozitive si Gram negative. Structurile atat nefunctionate cat si functionate cu filme pe baza de pMPC au dovedit a reduce adeziunea initiala a microorganismelor. Cu toate acestea, pe termen lung, structuri lineare dezvoltate intrerupte au dovedit a fi eficiente in inhibarea formarii de biofilm (testari efectuate la intervale de 1, 2, 9  si  21 zile).

 

Rezultate înregistrate în perioada de implementare a proiectului

​

Rezultatele obtinute in cadrul proiectului au fost valorificate si disseminate pe plan national si international sub forma de articole (4 publicate, 2 trimise spre evaluare in jurnale ISI), brevete (3), prezentari invitate(3), orale (4), postere, precum si prin participarea la Saloane Internationale de inventica (4 premii internationale: 1medalie aur Euroinvent, 2 medalii aur PROINVENT si Best student award la conferinta EMRS, Franta pentru Drd. A. Bonciu). Toate rezultatele raportate în urma activităților finanțate au meționat numele finanțatorului și numărul Contractului de finanțare. A fost realizat și actiualizat în permanență site-ul proiectului atat in varianta in engleza  cat si in romana (https://ancabonciuub.wixsite.com/breaslife/).

 

ETAPA DE EXECUŢIE NR. 1 - Designul si obtinerea de masti, matrite si producerea preliminara de  suprafete texturate prin replicare in PDMS; Studiul caracteristicilor  matritelor  și a replicilor corespunzătoare in PDMS obtinute prin analize SEM, AFM, profilometrie si analize preliminare biologice (Ianuarie - Decembrie 2021)

 

Rezultatele care sunt in curs de publicare vor fi incluse in pagina web dupa publicarea articolelor.

​

Rezumat etapă:

            In cadrul primei etape de executie a proiectului au fost proiectate diverse topografii  ce pot influenta tipul de celule ce intra in contact cu implantul mamar, in vederea obtinerii de masti, implicit matrite pentru producerea preliminara de  suprafete texturate prin replicare in PDMS. Studiul caracteristicilor  matritelor  și a replicilor corespunzătoare in PDMS obtinute s-a facut prin analize SEM, AFM, profilometrie si analize preliminare biologice. Au fost proiectate si obtinute geometrii la scala micrometrica a arhitecturii structurilor matritelor.

            Folosind mastile cu nivel de gri si un laser cu excimer, au fost obtinute  matrițe cu forme definite in policarbonat.  

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

 

 

                                          Schema sistemului de microprocesare cu laser a suprafetelor de policarbonat

 

Obtinerea de suprafete micro si nanostructurate in PDMS s-a realizat prin prin replicare-stadiu preliminar. Studiul caracteristicilor  matritelor  și a replicilor corespunzătoare in PDMS obtinute s-a facut prin analize SEM, AFM, unghi de contact, energie de suprafata, profilometrie si au fost corelate , in urma analize preliminare biologice cu raspunsul celular.

​

  

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

​

 

 

Caracterizarea suprafetelor replicate si a testarii preliminare in vitro a suprafetelor replicate au dat primele indicatii asupra tipurilor de topografii ce pot avea un efect benefic pentru implanturile mamare, prin testarea cu fibroblaste si macrofage.

Materialele pe baza de PDMS, indiferent de topografia de suprafata- nestructurata si structurata sunt caracterizate prin faptul ca  aderarea  scazuta a fibroblastelor dermale este sub forma de aglomerari de celule rotunde, sugerand o preferinta pentru interactia celula-celula fata de interactia cu suprafata materialelor.

Celulele macrofage au un comportament diferit fata de fibroblaste, cu aspect morfologic este adaptat la topografia suprafetei materialelor pe baza de PDMS. De remarcat faptul ca fenotipul morfologic al celulelor aderate nu este cel corespunzator macrofagelor stimulate cu endotoxine bacteriene (M1), ceea ce indica absenta unui potential inflamator.

 

​

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                       Raspunsul celular la suprafetele de control si PDMS si PDMS texturat.

          

 

S-a realizat totodata pagina web a proiectului, iar diseminarea a inclus 1 cerere de brevet,  1 articol ISI intr-un jurnal situat in zona rosie (In Vitro Effect of Replicated Porous Polymeric Nano-MicroStructured Biointerfaces Characteristics on Macrophages Behavior, N.L. Dumitrescu et al, Nanomaterials, Volume 11  Issue 8  10.3390/nano11081913) si  5 participari la conferinte(o lectie invitata, 3 prezentari orale si un poster).

Diseminarea a inclus:

• 1 cerere de brevet : Filme polimerice cu caracteristici zwitterionice obtinute prin evaporare laser pentru aplicatii in domeniul biomedical-Anca Bonciu, Nicoleta Dumitrescu, Simona Nistorescu, Valentina Marascu, Laurentiu Rusen, Gratiela Gradisteanu si Valentina Dinca

• 1 articol ISI: In Vitro Effect of Replicated Porous Polymeric Nano-MicroStructured Biointerfaces Characteristics on Macrophages Behavior, Luminita Nicoleta Dumitrescu, Madalina Icriverzi, Anca Bonciu, Anca Roșeanu, Antoniu Moldovan, Valentina Dinca, Nanomaterials, Volume 11  Issue 8  10.3390/nano11081913

• 5 participari la conferinte(o lectie invitata, 3 prezentari orale si un poster):

ICPAM 13, Sant Feliu de Guixol, Spania, 23-sept-1 oct 2021-Prezentare invitata-V. Dinca: On the road to bioactive and multifunctional biointerfaces for implant research: a laser-based approach concept

HPLA 2021, 13 - 15 April 2021, online-Prezentare orala V.Dinca: Mesenchymal Stem Cells Interaction with Hierarchical Textured Surfaces Obtained by Laser Processing

Sesiunea de Comunicări Științifice a Studenților Facultății de Biologie – Ediția 2021, 28 mai, 2021, Modificări ale morfologiei celulare în urma interacției cu microtopografii de PDMS, Simona Stroescu (Nistorescu), Cristina Staicu, Anca Bonciu, Iuliana Urzică, Simona Brajnicov, Dincă Valentina, Anișoara Cîmpean

            EMRS Spring 2021 31Mai-4Iunie, online-Prezentare orala: Pyramidal shaped ceria nano-biointerfaces for early bone cell response, A.F. Bonciu, S. Orobeti, L. E. Sima, M. Icriverzi, V. Dinca,, M. Filipescu, A. Moldovan, A.Popescu and M. Dinescu

EMRS Spring 2021 31Mai-4Iunie, online-Poster : Influence of laser-designed microstructures density on interfaces characteristics and on preliminary responses of cells-Anca Bonciu, Alixandra Wagner, Nicoleta Dumitrescu, Valentina Marascu, Antoniu Moldovan, Cerasela Zoica Dinu, Valentina Dinca

 

Premii internationale: YOUNG SCIENTIST AWARD - ANCA BONCIU, Symposium H

​

ETAPA DE EXECUTIE NR.2 - Design-ul, obtinerea si caracterizarea de noi suprafete nano, micro si macro texturate pentru aplicatii in obtinerea de invelisuri imbunatatite ale capsulelor implanturilor mamare. Studiul dezvoltarii si caracterizarea de suprafete multidimensionate in PDMS prin replicare si/sau replicare combinata cu tehnica folosirii de microcristale de sare (loss salt). Analiza avansata a raspunsului biologic al biointerfetelor obtinute.

(Ianuarie- Decembrie 2022)

​

Rezumat etapă:

 

      In cadrul celei de a doua etape au fost obtinute si caracterizate  noi substraturi nano-micro structurate de PDMS prin replicare simpla, si structuri micro si macrotexturate prin combinatie cu tehnica pierderii de sare, folosind cristale de sare cu diferite granulatii (de la 20 mm pana la 100 mm). Aceste suprafete multidimensionate in PDMS prin replicare, cu sau fara combinatia cu tehnica folosirii de microcristale de sare si a topirii acestora (salt loss) au fost caracterizate prin SEM, AFM,  unghi contact si energie de suprafata. Studiile  de uzura si frecare ale substraturilor de PDMS au aratat ca subtraturile care prezinta defectele cele mai semnificative, inclusiv pierderea de masa, dupa testarea prin frecare si imersare in solutii cu pH bazic si acid sunt cele obtinute prin tehnica salt loss.  

      Studiul biologic in vitro a fost realizat pe diferite suprafete texturare utilizand ca si in etapa precedenta, celule macrofage  drept model experimental pentru inflamatie. S-a observant ca materialele pe baza de PDMS, indiferent de topografia de suprafata- nestructurata si structurata liniare, fagure, cu sau fara sare favorizeaza in mod diferit aderarea celulelor macrofage. Pentru toate tipurile de texturari, aspectul morfologic al macrofagelor este adaptat la tipul de topografie al suprafetelor materialelor pe baza de PDMS. Celulele se raspândesc intre caracteristicile topografice, ajustând marginea corpului celular pentru a contura peretii laterali ai structurilor. Totodata, in functie de dimensiunile structurilor si a distantei intre structuri, celulele fac legatura intre trasaturile topografice; dobândind o morfologie alungita ca si in cazul structurilor lineare. Suprafete hexagonale de tip put impun o restrictionare a celulelor in principal in interiorul cavitatilor. Spre deosebire de celelalte tipuri de texturari, cele micro si macrostructurate folosind microcristale de sare induc un raspuns mult mai slab al celulelor, acestea adaptandu-se in general in cavitatile create de microcristalele de sare .

    Pentru studiile de formare a fibrelor de colagen au fost folosite fibroblastele dermale umane (CCD 1070SK), si adeziunea celulelor, precum si formarea acestor fibre de colagen au fost investigate prin SEM dupa o perioada de 7 zile, fiind observate fibre de colagen in special pe suprafetele folosite ca si Control, dar nu pe cele texturate in PDMS. Raspunsul inflamator, si anume secretia de citochine TNFa  a fost cuantificat prin teste ELISA, sugerand  ca structuri optime cele lineare si hexagonale cu adancimi de maxim 5 microni.

Evaluarea abilitatii capacitatii antibacteriene a substraturilor optimizate s-a realizat pe 3 linii de microorganisme (E. Coli, S. Aureus si C. Albicans). Suprafetele  structurate cu rugozitati mari si unitati structurale topografice de dimensiuni mai mari de 5 microni nu inhiba in mod eficient bacteriile, ceea ce a dus la nevoia extinderii analizelor microbiologice pe alte tipuri de topografii. Au fost propuse structuri lineare multidimensionate in trepte intrerupte cu dimensiuni de ordinul microorganismelor care sa poata segrega coloniile si sa reduca aderarea microorganismelor. Testele microbiologice, precum si cele pe celule macrofage au indicat ca, pe langa structurile lineare radiale si cele de tip fagure gasite ca optime, o noua directie de interes este data de structurile multidimensionate lineare.

​

    Astfel, putem spune ca obiectivele acestei etape au fost indeplinite in totalitate, iar livrabilele au fost realizate. S-a actualizat pagina web a proiectului, diseminarea a inclus 1 cerere de brevet (Noi suprafete polimerice microstructurate folosite ca biointerfete ale capsulelor siliconice in implanturile mamare. (A 16704 din 25.11.2022), 1 articol ISI publicat si unul in curs de publicare, 4 participari la conferinte (2 lectii invitate si 2 postere) si un premiu international (medalie aur Euroinvent).