Biomateriały przyszłości

Volodymyr Lyakh w ramach swojej pracy doktorskiej koncentruje się na projektowaniu, syntezie oraz szczegółowej charakterystyce biomimetycznych peptydów kolagenopodobnych o potencjalnym zastosowaniu w inżynierii tkankowej. Jego badania wpisują się w jedno z kluczowych wyzwań współczesnej biomedycyny — opracowywanie materiałów, które nie tylko wiernie odtwarzają właściwości naturalnych struktur, lecz także przewyższają je pod względem stabilności i funkcjonalności.

Volodymyr Lyakhstruktur peptydowych zawierających sztywne analogi proliny i hydroksyproliny o szkielecie 2-azabicykloalkanowym,

Naturalny kolagen, mimo swoich właściwości biologicznych, ma również pewne ograniczenia — jego izolacja może wiązać się z ryzykiem zanieczyszczeń, utraty części pierwotnych właściwości oraz problemów z pełną powtarzalnością i kompatybilnością w zastosowaniach biomedycznych. 

Rozwiązanie zaproponowane przez naszego naukowca zakłada opracowanie peptydów kolagenomimetycznych (CLP/CMP), zawierających sztywne analogi proliny i hydroksyproliny o szkielecie 2-azabicykloalkanowym. Wprowadzenie takich modyfikacji pozwala zwiększyć stabilność potrójnej helisy kolagenu oraz umożliwia projektowanie nowej generacji bioaktywnych biomateriałów, które mogą być integrowane z hydrożelami i kompozytami do zastosowań w inżynierii tkankowej.

Zastosowanie metod syntezy peptydów na nośniku stałym (SPPS) umożliwia precyzyjne projektowanie sekwencji aminokwasów, a tym samym kontrolę właściwości materiału. Wprowadzenie sztywnych, bicyklicznych analogów aminokwasów daje dodatkowo możliwość lepszej kontroli konformacji łańcucha peptydowego.

Dotychczasowe badania pozwoliły na opracowanie metod syntezy analogów aminokwasów azabicyklicznych oraz ich włączenie do sekwencji peptydowych. Uzyskane wyniki wskazują, że tego typu modyfikacje mogą prowadzić do zwiększenia stabilności strukturalnej, w tym do podwyższenia temperatury topnienia potrójnej helisy.  Daje to możliwość projektowania stabilnych peptydów kolagenomimetycznych, które mogą stanowić platformę do wprowadzania zdefiniowanych motywów biologicznie czynnych, przy zachowaniu temperatury topnienia powyżej 40°C, co jest istotne z punktu widzenia przyszłych zastosowań biomedycznych.

Potencjał tych badań jest szeroki: od regeneracji tkanki kostnej i miękkiej, przez leczenie ran przewlekłych, aż po tworzenie bioaktywnych rusztowań wspierających odbudowę tkanek.

Projekt realizowany jest we współpracy z Universitat Politècnica de Catalunya (UPC). Drugim promotorem jest dr Carles Mas-Moruno, który specjalizuje się w biomateriałach, inżynierii tkankowej oraz biofunkcjonalizacji materiałów z wykorzystaniem peptydów, co dodatkowo wzmacnia aplikacyjny charakter projektu.

Nowe spojrzenie na okscytocynę

Projekt realizowany przez Bartosza Łagana, również stanowiący część jego pracy doktorskiej, koncentruje się na zaprojektowaniu bardziej stabilnych i przewidywalnych analogów oksytocyny.

– Oksytocyna kojarzy się głównie z porodem i budowaniem więzi, ale jej potencjał terapeutyczny jest znacznie szerszy, szczególnie w obszarze psychiatrii – podkreśla badacz.

Mimo że struktura tego hormonu została poznana ponad 70 lat temu, jego cząsteczka wciąż sprawia trudności badawcze. Wynika to z obecności fragmentu zdolnego do przyjmowania różnych konfiguracji przestrzennych, co utrudnia przewidywanie działania biologicznego.

Celem projektu jest modyfikacja tego kluczowego elementu poprzez wprowadzenie sztywnych aminokwasów bicyklicznych. Takie podejście pozwala precyzyjnie kontrolować kształt cząsteczki i zwiększyć jej stabilność, co ma znaczenie dla projektowania nowych terapii.

– Aktualnie syntetyzujemy bicykliczne aminokwasy – bloki budulcowe przyszłych analogów. Udało nam się już otrzymać natywną oksytocynę, co potwierdza, że nasza strategia syntetyczna jest wykonalna i projekt przebiega zgodnie z planem – wyjaśnia Bartosz Łagan.

Projekt realizowany jest we współpracy z Technische Universität Graz, gdzie drugim promotorem jest prof. Rolf Breinbauer — uznany specjalista w chemii organicznej i medycznej.