The aim of this project is to develop a conceptually new class of biodegradable phosphorus-containing contrast agents for 1H/31P magnetic resonance (MR). The main advantage of these contrast agents, which contain phosphorus compounds connected by biodegradable linkers to Gd3+ or Fe3+, is their ability to switch between 1H and 31P MR contrast in response to external biochemical changes. The contrast agents act solely as T1 contrast agents for 1H MR to provide anatomical information. As the 31P signal gets widen due to the presence paramagnetic of Gd3+/Fe3+ ions in their vicinity, it becomes undetectable by 31P MR. If the link is cleaved in response to an external biochemical stimulus, the paramagnetic switch is released, with the 31P signal appearing. Both 1H and 31P MR imaging can be easily combined within the same experiment, providing both anatomical and functional information.

Cílem projektu je vyvinout koncepčně novou třídu biodegradovatelných responzivních kontrastních látek, které jsou určené pro 1H/31P magnetickou rezonanci (MR). Unikátnost těchto kontrastních látek obsahující sloučeniny fosforu s navázaným gadoliniem nebo železem spočívá v přepnutí z 1H na 31P MR kontrast jako odpověď na vnější biochemické změny. Činidlo obsahující současně fosfor a gadolinium nebo železo vykazuje pouze vlastnosti T1 kontrastní látky u 1H MR zobrazování a poskytuje anatomické informace, protože Gd3+/Fe3+ způsobuje rozšíření 31P MR signálu, a proto není fosforový MR signál detekovatelný. Pokud bude vazba mezi fosforem a Gd3+/Fe3+ přerušena prostřednictvím biochemického podnětu, Gd3+/Fe3+ se uvolní, 31P MR signál ve spektru se zúží a proto bude detekovatelný pomocí 31P MR. Výhodou je, že 1H a 31P MR se může jednoduše kombinovat během jednoho experimentu a proto tato kontrastní látka může poskytovat nejen anatomickou, ale i funkční diagnostickou informaci.

• Klíčová slova
• kontrastní látka, contrast agent, Responzivní kontrastní látky, Drug delivery systémy, 1H/31P magnetická resonance, Responsive contrast agents, Drug delivery systems, 1H/31P magnetic resonance, 31P zobrazování magnetickou rezonancí, funkční nanodiagnostika, 31P magnetic resonance imaging, functional nanodiagnostics,

• NLK Publikační typ
• závěrečné zprávy o řešení grantu AZV MZ ČR

Biofilm-related infections (BRI) are an overwhelming issue for health care systems in Europe and worldwide. BRIs are characterized by a chronic behavior or frequent recurrences, antibiotic resistance, complex and prolonged treatment, poor prognosis, high social and economical costs and difficult diagnosis. Demand in implantable biomedical microsystems, which are used for early detection and diagnosis of diseases is increased and lead to intensive research and innovation in such area. However, there a lack of reliable implantable sensors for detection of onset of bacterial infection. Based on the previous knowledge of research team members and preliminary tests, we will design new type of implantable sensors based either on physical or chemical principles of early biofilm detection.

Infekce spojené s tvorbou biofilmu (BRI) jsou zásadním problémem pro zdravotnictví v Evropě i v celosvětovém měřítku. BRI se vyznačují chronickým chováním nebo častými recidivami, rezistencí na antibiotika, komplexní a dlouhodobou léčbou, špatnou prognózou, vysokými sociálními a ekonomickými náklady a obtížnou diagnózou. Požadavky na implantabilní biomedicínské mikrosystémy, které se používají pro včasné odhalení a diagnostiku nemocí, se zvyšují a vedou k jejich intenzivnímu výzkumu a inovacím. Existuje však nedostatek spolehlivých implantabilních senzorů pro včasnou detekci nástupu bakteriální infekce. Na základě předchozích znalostí členů výzkumných týmů a předběžných zkoušek bude navržen nový typ implantabilních senzorů založených buď na fyzikálních, nebo chemických principech včasné detekce vzniku biofilmu.

• Klíčová slova
• detekce biofilmu, implantable biosensors, detection of colonization, detekce infekce, detection of infection, implantovatelný biosenzory,

• NLK Publikační typ
• závěrečné zprávy o řešení grantu AZV MZ ČR

The project is predominantly focused on applied research of therapeutic polymer nanomedicines for targeted therapy of rheumatic musculoskeletal diseases, especially rheumatoid arthritis and osteoarthritis, with significantly reduced drug side effects. The main aim of the project is preclinical evaluation of therapeutic potential of new biodegradable star polymer nanomedicines. We will benefit from three synergistic mechanisms involved in therapy with nanomedicines: prolonged and adjustable circulation of the entire nanomedicine, targeted delivery to inflamed tissue via ELVIS effect and controlled drug release enabling high anti-rheumatic efficacy. To increase therapeutic efficacy, nanomedicines will be decorated with targeting moieties based on oligopeptide or therapeutic antibody. The polymer systems will be further labeled with fluorescent labels for monitoring of nanomedicine pharmacokinetics. This multifunctional concept enables to flexibly adjust the treatment to a particular rheumatic disease and the nanomedicine pharmacokinetics to desired dosage and frequency of application.

Návrh projektu je zaměřen převážně na aplikovaný výzkum polymerního nanoléčiva pro cílenou terapii revmatických muskuloskeletálních onemocnění, především revmatoidní artritidy a osteoartrózy, při významném snížení vedlejších účinků léčiva. Hlavním cílem projektu je preklinické testování terapeutického potenciálu nových biodegradovatelných hvězdicovitých polymerních nanoléčiv. Terapie navrženým vysokomolekulárním nanoléčivem je založena na třech synergických mechanismech – prodloužené a nastavitelné cirkulaci celého systému, zvýšené akumulaci léčiva v zánětlivé tkáni pomocí ELVIS efektu a jeho řízeném uvolnění za účelem zvýšení antirevmatické účinnosti. Ke zvýšení terapeutické účinnosti budou nanoléčiva obohacena směrujícími skupinami na bázi oligopeptidů nebo terapeutických protilátek. Polymerní systémy budou dále značeny fluorescenčními značkami pro současné sledování farmakokinetiky nanoléčiva. Tento multifunkční koncept umožní flexibilně přizpůsobovat jak léčbu danému revmatickému onemocnění, tak farmakokinetiku nanoléčiva s ohledem na potřebné dávkování a četnost aplikace.

• Klíčová slova
• řízené uvolňování, controlled release, zánět, inflammation, terapeutické protilátky, Therapeutic Antibodies, dexametazon, nanoléčiva, aktivní směrování, dexamethasone, nanomedicines, active targeting,

• NLK Publikační typ
• závěrečné zprávy o řešení grantu AZV MZ ČR

Treatment of diabetic wounds is problematic, long-lasting, expensive and restrictive for patients. Platelets are physiologically present in the process of healing of acute wounds, where they secret growth and angiogenic factors, cytokines, chemokines, cell adhesion-mediating molecules and other bioactive substances that support healing. Lysate prepared from platelet-rich plasma will be incorporated into degradable and non-degradable nanofibrous dressings, prepared from synthetic and natural polymers further modified with fibrin, in order to assure controlled release of growth factors and other bioactive substances. Bioactivity of these dressings will be evaluated in vitro in cultures of human keratinocytes, dermal fibroblasts, vascular endothelial cells and adipose tissue-derived stem cells. Nanofibrous dressings with the best properties will be applied in vivo on wounds of diabetic rats, and their ability to stimulate wound healing will be evaluated.

Léčba diabetických ran je problematická, časově i finančně náročná a omezující pro pacienty. Krevní destičky jsou fyziologicky přítomné v procesu hojení akutní rány, kde produkují růstové a angiogenní faktory, cytokiny, chemokiny, molekuly zprostředkující adhesi buněk a další bioaktivní látky napomáhající hojení. Lyzát připravený z plazmy obohacené o krevní destičky bude zabudován do degradovatelných i nedegradovatelných nanovlákenných nosičů připravených ze syntetických i přirozených polymerů dále modifikovaných fibrinem, a to s cílem postupného uvolňování růstových faktorů a dalších biologicky aktivních látek. Bioaktivita těchto nanovlákenných krytů bude hodnocena in vitro v kulturách lidských keratinocytů, dermálních fibroblastů, cévních endotelových buněk a kmenových buněk tukové tkáně. Nanovlákenné kryty s nejlepšími vlastnostmi budou aplikovány in vivo na rány u diabetických potkanů, a následně bude hodnocena jejich schopnost stimulace hojení ran.

• Klíčová slova
• řízené uvolňování, diabetické rány, lyzát z trombocytů, diabetický potkan, hojení ran, wound healing, diabetic wounds, platelet lysate, control release, diabetic rat, plasma obohacená destičkami, epidermální keratinocyty, dermální fibroblasty, kmenové buňky tukové tkáně, platelet-rich plasma, epidermal keratinocytes, dermal fibroblasts, adipose-tissue stem cells,

• NLK Publikační typ
• závěrečné zprávy o řešení grantu AZV MZ ČR