állapotát összesen tizenhárom klinikai paraméter
alapján rögzítjük. A fognyaki kopásba véletlen kiválasztás alapján
rutineljárással tömést helyezünk. A plakkképződés mértékét és a fogíny
reakcióját az ínyvérzési index, sulcus váladék mérése alapján a 21.
napon, majd a 6. és 12. hónapban értékeljük. Projektünk eredményeként
olyan technológiához juthatunk, amely hatékonyan alkalmazható a
legnagyobb fogveszteséget okozó állapotok javításában, gyógyításában.
Mágneses részecske alapú érzékeny
laborvizsgálati módszer fejlesztése
Az Orálbiológiai Tanszéken biokémiai kötések erősségének mérésére
alkalmas módszereket fejlesztünk. Mágneses mikrorészecskék és
mikrofluidikai eszközök felhasználásával építettünk nagyérzékenységű
mérőműszereket. Mikroszkóp tárgyasztalán elhelyezhető speciális
kamrában, finoman szabályozott mágneses tér segítségével mágneses
mikrogyöngyöket tudunk mozgatni. Ha a mikrogyöngyök felületén egy
molekulakomplex található, akkor azt módszerünkkel szabályozott
körülmények között tudjuk mechanikai erővel terhelni, felszakítani, és
ezáltal a kötés erősségét nagy pontossággal megmérni. Rutin
diagnosztikai laboratóriumokban általában csak vegyületek
koncentrációját mérik. Fejlesztéseink alapján azonban az is lehetővé
válhat, hogy a mért molekulák funkcióit, kapcsolódásait is
rutinszerűen vizsgálhassuk.
Testi őssejtek, szignálok és géntranszfer –
eszközök a bioszövet-építés technológiájához
A Molekuláris Orális Biológiai Kutatócsoportban a keményszövet
megújulását vizsgáljuk. A fog- és csontszövetek kialakulásának és
szerkezeti átrendeződésének lépéseit az intenzív kutatások ellenére a
mai napig nem ismerjük pontosan. Vizsgálatainkban emberi és patkány
fogbél eredetű őssejtek tenyészeteit állítottuk elő. Kimutattuk, hogy
ezek csontos, és – meglepetésre – idegi differenciálódásra képes
sejteket is tartalmaznak. Mesterségesen elődifferenciáltatott sejteket
kérgi sértésen átesett kísérleti patkányok agyába ültettünk. A sejtek
a beültetést követően a sértés helyére vándorolva idegsejt jellegű
tulajdonságokat vettek fel. Vizsgálataink felvetik a fogeredetű
őssejtek alkalmazhatóságát nemcsak keményszövetek pótlására, de
neurodegeneratív folyamatok gyógyításában is. A keményszövet
újjáépülésének egyik kulcsa a fehérjék nanoméretű szerkezeti
kölcsönhatásainak megértése. Ezért bioinformatikai közelítéssel a
folyamatban részt vevő fehérjék szerkezetét összehasonlítottuk.
Kiderült, hogy ezek többnyire rendezetlen fehérjék, amelyek
szerkezetet, és ezáltal funkciót csak akkor vesznek fel, ha
partnerekhez kapcsolódnak. A kölcsönhatások pontos megértésével
lehetőség nyílhat a keményszövetek hatékony, mesterséges megújítására.
A keményszövet-megújítást célzó vizsgálatainkban az
emberi és patkány fogbél eredetű, őssejteket tartalmazó kultúrákat
állítottunk elő. Kimutattuk, hogy ezek a kultúrák mind oszteogén, mind
idegi differenciálódásra képes sejtpopulációt is tartalmaznak.
Előzetesen in vitro elődifferenciáltatott sejteket kortikális sértésen
átesett kísérleti patkányok agyába ültettük. A sejtek a beültetést
követően a sértés helyére vándorolva funkcionálisan és molekuláris
markereket mutatva is idegsejt jellegű tulajdonságokkal rendelkeztek.
Vizsgálataink felvetik a fogeredetű őssejtek alkalmazhatóságát nemcsak
keményszövetek pótlására, de neurodegeneratív folyamatok gyógyításában
is.
A fog- és csontszövetek kialakulásának és
szerkezeti elrendeződésének számos elemét az intenzív kutatások
ellenére a mai napig nem ismerjük. Az újjáépítés egyik kulcsa a
fehérjék nanoméretű szerkezeti kölcsönhatásainak megértése. Ezért
bioinformatikai közelítéssel összehasonlítottuk a biomineralizációban
részt vevő proteinek szerkezetét. Kutatásaink szerint a proteinek
döntő többsége rendezetlen fehérje. A rendezetlen fehérjék eredeti
funkcionális állapotukban sem rendelkeznek jól definiált
térszerkezettel, így feladatukat nem önmagukban, hanem partnerek
felismerése, és azok jelenlétében történő közös szerkezetkialakítás,
direkt kontaktus révén érik el. Sok ilyen fehérje jelátviteli
folyamatokban vesz részt, mutációik ezért gyakran okoznak betegséget.
Megfigyelésünk szerint azonban a csont- és fogépülés legfontosabb
fehérjéi is rendezetlenségük révén képesek feladatuk ellátására,
szoros összefüggésben többszörös negatív töltésű aminosav
sorozataikkal.
Az emberi nyálmirigy megújítását célzó vizsgálatainkban nyáleredetű
progenitorokból vektoriális elektrolit transzportot mutató
kétdimenziós monolayer nyálmirigymodellt hoztunk létre. A sejtek
bazolaterálisról apikális irányba Cl-- és bikarbonát transzportot
mutatnak, amelyet ellenirányú Na+-transzport kísér, azaz a sejtek
kevert módon mutatják az acináris és duktális jellemzőket. Munkánk
jelentős lépés a mesterséges nyálmirigyszövet építésének irányában.
Génterápiás in vivo eszközrendszer kidolgozása
A felnőttkori fogvesztés leggyakoribb oka a fogágygyulladás
következtében fellépő csontpusztulás, és ennek révén a fog tapadásának
csökkenése. Az oszteoprotegerin (OPG) fehérje a
RANK–RANKL-kölcsönhatás gátlása révén gátolja a csontfalósejtek
létrejöttét, és megakadályozza a csontvesztést. Célunk a csontvesztés
gátlása terápiás génbevitellel kísérletes parodontitisz során. Előbb
egér OPGt cDNS-t adenovirális shuttle vektorba klónozva
AdCMVmOPG-adenovírust készítettünk. Mivel az adenovirális vektor magas
dózisokban szövetkárosítás jeleit mutatta, ezt követően mOPG-t
tartalmazó adenoasszociált vírust (AAV6mOPG) állítottunk elő, amelynek
in vivo alkalmazása rendkívül ígéretes.
A fogakat felépítő keményszöveteket epitéliális és
mezenchimális progenitorokból differenciálódó, aktív,
elektrolittranszportra képes sejtek hozzák létre, amelynek eredménye a
speciálisan rendezett nanostruktúrájú zománc és dentin létrejötte. A
folyamatot megalapozó kálcium- és foszfáttranszport, valamint a
lokálisan esszenciális megfelelő pH-szabályozás kialakulásának
molekuláris mechanizmusáról nagyon keveset tudunk. Számos proton és
HCO3- szekrécióban érintett transzporter
jelenlétét mutatták ki ezekben a sejtekben immunhisztokémiai és
PCR-módszerekkel. Célunk, hogy polarizált modellt létrehozva
funkcionális vizsgálatok segítségével tanulmányozzuk az ameloblasztok
és az odontoblasztok proton és HCO3-
transzportfolyamatait. Az ameloblaszt eredetű Hat-7-sejteket Transwell
poliészter membránokra ültetve megfelelő tápközeg kidolgozásával
elértük, hogy a sejtek polarizálódtak, és nagy ellenállású monolayerré
váltak, elkülönülő apikális és bazolaterális felszínt mutatva. Ez, a
sejtek elektrolit transzportfolyamatainak tanulmányozására kidolgozott
módszer a világon egyedülálló. Ezen a polarizált epitéliumon
bazolaterálisan kimutattuk két, a pH-szabályozásban és
bikarbonáttranszportban kulcsszerepet betöltő fehérje működését.
Vizsgálataink alapján a HCO3- transzport
nátriumfüggő és nátriumfüggetlen mechanizmuson keresztül valósul meg.
A mezenchimális eredetű, odontoblaszt prekurzor jellegű MDPC23-sejtek
eredetüknek megfelelően nem alakítanak ki szoros kapcsolatokat a
Transwell-membránokon, összhangban eddigi dentinképződéssel
kapcsolatos ismereteinkkel. Ezeken a sejteken sikerült ugyanakkor az
intracelluláris és extracelluláris pH-szabályozásban szerepet játszó
nátrium-proton kicserélő és HCO3- transzportáló
membránfehérjék funkcionális jelenlétét kimutatnunk. Eredményeink
jelentős lépésnek tekinthetők a rendezett nanoszerkezetű zománc és
dentin kialakulási mechanizmusának megértésében, s így közelebb
visznek a szerkezetek megújításának jelenleg még nem megoldott
problematikájához.
Kitekintés
Bár a nanorobotok, intracelluláris nanoszenzorok megvalósulására még
várnunk kell, a nanoméretű kapszulákba/hordozókba zárt célzott
gyógyszerterápia már a mindennapi gyakorlat részévé vált. A
felhasználás idáig leginkább a célzott tumorterápiában terjedt el,
ahol a nanohordozó eszköz a liposzóma. A célzott terápia jelentőségét
az adja, hogy a kismolekula-alapú, hagyományos gyógyszercélpontok
közül ma már nehéz újat találni. Csak a terápia hatékonyságának
javítása és a mellékhatások csökkentése révén lehet előrelépni. A
nanotechnológia, nanobiotechnológia és nanomedicina azonban jóval
szélesebb spektrumot tár elénk, mint a célzott terápiák. Ezen a
fejlesztési területen a közeljövő sok érdekes felfedezéssel és
látványos megoldásokkal kecsegtet: például jó hatásfokú, nagy
specifitású költséghatékony diagnosztikai, terápiás eljárások, új
gyógyszerek, nagyérzékenységű olcsó bioszenzorok, nagy elemsűrűségű
elektronikai áramkörök, integrált optikai eszközök.
Élő sejtek, szövetek fejlődése, differenciálódása
molekuláris biofizikai mechanizmusainak megismerése, és ebből fakadóan
mesterséges bioszövetek tervezése és építése az utóbbi évek tudományos
kutatási és fejlesztési fókuszpontjába került, és várhatóan az
érdeklődést az alkalmazások terjedése csak növelni fogja. Ennek oka
az, hogy egyre realisztikusabb megoldásként kínálkozik az a lehetőség,
hogy elhalt vagy károsodott biológiai szöveteket funkciót pótló vagy
éppen különleges funkciókkal felruházott mesterséges szövetekkel
lehessen lecserélni, pótolni. A biológiailag inspirált mesterséges
szövetek vizsgálata hagyományosan a bio-anyagtudomány része, ám a
szakmai terület látványos fejlődése miatt önálló tudománnyá,
kutatás-fejlesztési és innovációs területté nőtte ki magát. Mára
elérhető közelségbe került a biológiai szövetek mesterséges pótlásának
lehetősége számos technológia rendkívül gyors előrehaladásával. A
technológiai fejlesztések elsősorban az intelligens mátrixok
fejlesztésére, illetve szöveti „nyomtatásra” fókuszálnak. A
mesterséges biológiai szövettervezés és -előállítás (tissue
engineering) részéről óriási igény érzékelhető multifukcionális,
intelligens, nano- és mikroskálán orientált, kémiailag könnyen
funkcionalizálható hálózatok iránt, amelyek vezérelhető kitapadási
vázként szolgálhatnak élő sejtek számára. A tissue engineering
gazdasági jelentőségét egyelőre nehéz megbecsülni, de a szerv- és
szövetpótlások iránti óriási igény a szakmai terület hasznosítását
jelentősen motiválja.
Kulcsszavak: biokompatibilitás, biodegradáció, polimérek,
anyagtudomány, molekulatervezés, őssejtek, mágneses mikropartikulumok
IRODALOM
Énzsöly A. – Dunkel P. – Récsán Zs. –
Győrffy H. – Tóth J. – Marics G. – Bori Z. – Tóth M. – Zelkó R. – Di
Paolo, M. L. – Mátyus P. – Németh J. (2011): Preliminary Studies of
the Effects of Vascular Adhesion Protein-1 Inhibitors on Experimental
Corneal Neovascularization. Journal of Neural Transmission. 118,
1065–1069.
Grimm, W-D. – Dannan, A. – Becher, S. –
Gassmann, G. – Arnold, W. – Varga G. – Dittmar, T. (2011): The Ability
of Human Periodontium-derived Stem Cells to Regenerate Periodontal
Tissues – A Preliminary in Vivo Investigation. The International
Journal of Periodontics & Restorative Dentistry. 31, 6, e94–e101.
Hajdú A. – Szekeres M. – Tóth I. Y. –
Bauer R. A. – Mihály J. – Zupkó I. – Tombácz E. (2012): Enhanced
Stability of Polyacrylate-Coated Magnetite Nanoparticles in
Biorelevant Media. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. 94,
242–249.
Kuznetsova, N. R. – Sevrin, C. –
Lespineux, D. – Bovin, N. V. – Vodovozova, E. L. – Mészáros T. –
Szebeni J. – Grandfils, C. (2011): Hemocompatibility of Liposomes
Loaded with Lipophilic Prodrugs of Methotrexate and Melphalan in the
Lipid Bilayer. Journal of Controlled Release. 21 Dec. Epub ahead of
print: PubMed PMID: 22210161.
Lohinai Z. – Keremi B. – Szoko E. – Tabi
T. – Szabo,C. – Tulassay Z. – Levine, M. (2011): Bacterial Lysine
Decarboxylase Influences Human Dental Biofilm Lysine Content, Biofilm
Accumulation and Sub-Clinical Gingival Inflammation. Journal of
Periodontology. Online 5 Dec. DOI: 10.1902/jop.2011.110474
Milosevits. G. – Rozsnyay Z. – Kozma G. T.
– Milosevits J. – Tömöry G. – Robotka H. – Rosivall L. – Szebeni J.
(2011 ): Flow Cytometric Analysis of Supravesicular Structures in
Doxorubicin-Containing Pegylated Liposomes. Chemistry and Physics of
Lipids. Dec 20. [Epub ahead of print] PubMed PMID: 22206709.
Sinkó K. – Szabó G. – Zrinyi M. (2011):
Liquid-Phase Synthesis of Cobalt Oxide Nanoparticles. Journal of
Nanoscience and Nanotechnology. 11, 1–9,
Szebeni J. – Bedőcs P. – Rozsnyay Z. –
Weiszhár Z. – Urbanics R. – Rosivall L. – Cohen, R. – Garbuzenko, O. –
Báthori G. – Tóth M. – Bünger, R. – Barenholz, Y. (2012):
Liposome-induced Complement Activation and Related Cardiopulmonary
Distress in Pigs: Factors Promoting Reactogenicity of Doxil and
AmBisome. Nanomedicine. In press
Szebeni J. – Muggia, F. – Gabizon, A. –
Barenholz, Y. (2011): Activation of Complement by Therapeutic
Liposomes and Other Lipid Excipient-Based Therapeutic Products:
Prediction and Prevention. Advanced Drug Delivery Reviews. 16 Sept.
63, 12, 1020–1030.
Tian, K. – Nagy I. P. – Chass, G. A. –
Fejerdy P. – Nicholson, J. W. – Csizmadia I. G. – Dobo-Nagy, C.
(2012): Qualitative assessment of microstructure and Hertzian
indentation failure in dental glass ionomer cements. Journal of
Materials Science: Materials in Medicine. 23, 3 , 677–685. (minor
revision)
Varga Zs. – Molnár K. – Juriga G. – Torma
V. – Ji-Heung, K. – Zrínyi M. (2011): Duzzadási kinetika térhálós
poliaszparaginsav gélek példáján. Magyar Kémiai Folyóirat. 117, 4,
153–204-
Weiszhár Z. – Czúcz J. – Révész C. –
Rosivall L. – Szebeni J. – Rozsnyay Z.: Complement Activation by
Polyethoxylated Pharmaceutical Surfactants: Cremophor-EL. – Tween-80
and Tween-20. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 22 Sept.
Epub ahead of print: PubMed PMID: 21963457.
Zrinyi, M. (2011): Colloidal Particles
that Make Smart Polymer Composites Deform and Rotate. Colloids and
Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 382, 1–3,
192–197. DOI: 10.1016/j.colsurfa.2011.01.047
|