Projekty Badawcze

Projekt realizowany w ramach grantu badawczego na lata 2017-2020 finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki (nr grantu 2016/23/B/ST8/0016)

 

Założenia projektu:

Obiektem badań projektu są defekty punktowe oraz właściwości transportowe masy i ładunku w tlenkach metali. Celem badań jest opracowanie modeli defektów punktowych w materiałach tlenkowych w zakresie temperatur, w których defekty jonowe są w stanie zamrożonej równowagi chemicznej. Graniczną temperaturę, poniżej której ma to miejsce nazywa się temperaturą Tammanna, TTam. Aby zrealizować ten cel, następujące hipotezy przyjęto:

• kwazi-chemiczne reakcje, w których jednym z elementarnych etapów jest dyfuzja masy są w stanie zamrożenia, w badanym zakresie temperatur,
• kwazi-chemiczne reakcje: samoistnego zdefektowania elektronowego oraz jonizacji jonowych defektów punktowych są w badanym zakresie temperatur w stanie równowagi chemicznej.

Uzyskany w trakcie realizacji projektu materiał doświadczalny oraz teoretyczny daje możliwość sporządzenia ilościowych diagramów defektów. Przydatne wówczas są wyniki doświadczalne, uzyskane podczas schładzania tlenków z wysokiej temperatury.

 

Próbki:

Jako bezpośredni obiekt badawczy wybrano dwie grupy materiałów tlenkowych: tlenki wanadu VO_x gdzie x=2 (VO₂) oraz x= 2.5 (V₂O₅) o przewodnictwie elektronowym oraz roztwory stałe ZrO₂-Y₂O₃ zawierające 3 % mol. Y₂O₃ (3YSZ) i 8 % mol. Y₂O₃ (8YSZ) będące przewodnikami jonowymi. Wybrane materiały wzbudzają szerokie zainteresowanie zarówno w fizyce i chemii ciała stałego, jak i praktyków, gdyż są poważnymi kandydatami w licznych zastosowaniach. Stosując eksperymentalne techniki, typowe w fizyce i chemii ciała stałego możemy wyznaczyć koncentracje i ruchliwości defektów punktowych, a następnie skonstruować diagramy defektów. Cel ten zostanie zrealizowany w dwu przypadkach:

• zakładając zaniedbywalne oddziaływanie między sobą defektów punktowych, czyli model roztworu idealnego,
• oddziaływania pomiędzy defektami nie mogą być zaniedbane.

Wybrane materiały reprezentują grupę półprzewodnikowych tlenków o przewodnictwie elektronowym – tlenki wanadu oraz elektrolitów stałych – roztwory stałe ZrO₂-Y₂O₃. Do badań są wykorzystywane, w przypadku VO_x: monokryształy, spieki ceramiczne, monodyspersyjne materiały nanokrystaliczne, oraz cienkie warstwy. Jako YSZ, są badane: monokryształy 8YSZ, polikrystaliczne roztwory stałe 8YSZ oraz 3YSZ. Stosuje się kilka metod preparatyki tych układów, takich jak współstrącenie, metoda hydrotermalna, rozkład metalicznych prekursorów w płomieniu, reaktywne osadzanie (do nanoszenia cienkich warstw).

 

Techniki badawcze:

Celem charakteryzacji ich struktury i morfologii użyte są techniki dostępne na Wydziale Inżynierii Materiałowej i Ceramiki: XRD, SEM+EDS, AFM, oraz BET. Typy defektów punktowych i ich koncentracja są określane poprzez pomiary impedancyjne, termograwimetrię, pomiary termosiły, kulometryczne miareczkowanie oraz przy użyciu aparatury termoprogramowanej desorpcji (TPD), która została zakupiona w ramach realizacji poprzedniego grantu NCN.

Właściwości transportowe są wyznaczone poprzez pomiary dyfuzji chemicznej metodą kinetyki zmian przewodnictwa elektrycznego oraz metodą SIMS, dzięki czemu możliwe jest wyznaczanie dyfuzyjności kationów w YSZ.

Pomiary impedancyjne są prowadzone przy użyciu dostępnej w Katedrze Chemii Analitycznej aparatury SOLATRON Frequency ResponseAnalyser, Dielectric Interface 1296 (zakupione z poprzednich grantów) oraz przystawki Electrochemical Interface 1287A, która została zakupiona w ramach niniejszego projektu.

Chemisorporpcja tlenu oraz pary wodnej jest badana stosując aparaturę TPD.

Proponowane badania noszą znamiona nowości, szczególnie w chemii ciała stałego. Chemia defektów w tym ich diagramy poniżej temperatury Tammanna są nieznane, jak dotychczas. Proponowane badania systematyczne, przy użyciu wielu technik eksperymentalnych nie były stosowane w tym zakresie temperatur. Mamy nadzieję, że uzyskane wyniki pozwolą na naukowe prognozowanie materiałów o pożądanych właściwościach, zamiast stosowanych dotychczas żmudnych poszukiwań metodą prób i błędów.
 

Aparatura badawcza:

• Spektrometr impedancyjny z przystawką elektrochemiczną
• Analizator Chemisorpcji TPDRO 1100 firmy Thermo Scientific

 

Najważniejsze publikacje:

• M. Dziubaniuk, J. Wyrwa, M. Rękas, K. Kluczewska, P. Czaja, J. Suchanicz, The Sr doping influence on K_0.5Bi_0.5-xTiO₃ electrochemical properties, EYEC Monograph, Warsaw (2018), 145-158;
• M. Dziubaniuk, J. Wyrwa, M. Rekas, K. Kluczewska, The electrochemical properties of La doped BiFeO₃ ceramics, EYEC Monograph, Warsaw (2018), 358-366;
• K. Schneider, K. Kluczewska, M. Dziubaniuk, J. Wyrwa, Electrical properties and defect structure of vanadium pentoxide polycrystalline, EYEC Monograph, Warsaw (2018), 227-240;
• M. Dziubaniuk, J. Wyrwa, M. Rekas, K. Kluczewska, The electrochemical properties of La doped BiFeO₃ ceramics, EYEC Monograph, Warsaw (2018), 511;
• K. Schneider, W. Maziarz, V₂O₅ Thin Films as Nitrogen Dioxide Sensors, MDPI Proceedings Eurosensors 2018, 2 (13), (2018), 759-764;
• M. Dziubaniuk, J. Wyrwa, M. Rekas, K. Kluczewska, The preparation influence on K_0.5Bi_0.5TiO₃ electrochemical properties, EYEC Monograph, Warsaw (2018), 510;
• K. Kluczewska, K. Schneider, M. Dziubaniuk, J. Wyrwa, Impedance spectroscopy of vanadium pentoxide, EYEC Monograph, Warsaw (2018), 512;
• K. Schneider, W. Maziarz, V₂O₅ Thin Films as Nitrogen Dioxide Sensors, Sensors, 18(12), (2018), 4177-4188;
• K. Schneider, M. Rękas, High Temperature Creep of Metal Oxides, Creep, 2018, 49-69;
• M. Dziubaniuk, J. Polnar, Electrochemical properties of Bi₇Fe₃Ti₃O₂₁Bi₇Fe₃Ti₃O₂₁ substituted by rare earth metals, 23_rd Polish conference of chemical and process engineering, Jachranka (2019), 29;
• M. Dziubaniuk, J. Wyrwa, M. Rękas, Electrochemical properties of niobium doped bismuth ferrite, 23^rd Polish conference of chemical and process engineering, Jachranka (2019), 30;
• D. Sitko, M. Dziubaniuk, J. Suchanicz, K. Kluczewska, K. Konieczny, A. Kalvane, M. Nowakowska-Malczyk, Effect of Cu doping on Ba_0.95Pb_0.05TiO₃ electrical properties studied by means of electrical impedance spectroscopy. Integrated Ferroelectrics, 196 (2019), 78-86;
• K. Schneider, M. Dziubaniuk, J. Wyrwa, Impedance Spectroscopy of Vanadium Pentoxide Thin Films. Journal of Electronic Materials DOI: 10.1007/s11664-019-07166-x.
• M. Dziubaniuk, E. Drożdż, J. Wyrwa, M. Rękas, Microstructure and Porosity of 3YSZ Solid Electrolyte Prepared Using Organic Polymeric Matrix, Arch. Metall. Mater. 64 (2019), 2, 753-758

 

Kontakt:

Prof. dr hab. Mieczysław Rękas
Katedra Chemii Analitycznej i Biochemii WIMiC AGH
tel: 617 47 22
Budynek A-3, IV p., pok. 404
E-mail: rekas(at)agh.edu.pl

Projekt realizowany jako zadanie badawcze w ramach grantu NCN Nr 2011/03/B/ST5/02713 w latach 2012-2015

8-kanałowy potencjostat (prototyp) został zaprojektowany jako urządzenie znacząco rozszerzające możliwości metrologiczne wielofunkcyjnych analizatorów elektrochemicznych M161E i M20, do współpracy z czujnikami wieloelektrodowymi i mikro-elektrodowymi platformami, gdy prąd mierzony jest szczególnie niski (<1 nA). Zastosowanie dodatkowego przedwzmacniacza, charakteryzującego się bardzo wysoką rezystancja wejściową (>1015 Ohm), wysoką stabilnością i niskim szumem własnym, w zasadniczy sposób poprawia relacje stosunku mierzonego sygnału do szumu. Wieloletnie doświadczenia zespołu posłużyły do opracowania aparatu, który obok funkcji zasadniczej ułatwia organizację pomiaru, przez zamocowanie na płycie górnej obudowy statywu elektrodowego, obudowanego aluminiową puszką Faraday’a, która w istotny sposób ogranicza wpływ zakłóceń elektromagnetycznych. Zwarta konstrukcja pozwoliła dodatkowo na skrócenie i umieszczenie wewnątrz ekranowanej przestrzeni wszystkich połączeń elektrycznych pomiędzy potencjostatem i celą pomiarową.

8-kanałowy potencjostat, przedwzmacniacz i elektromechaniczne elementy statywu są przystosowane do współpracy z analizatorami M161E i M20, wykorzystując generowane przez nie sygnały sterujące i korzystając z ich zasilania. Współpracy z potencjostatem służy oprogramowanie analizatorów, w wersji EAlab 8.1, umożliwiające przeprowadzanie stosownych pomiarów z uwzględnieniem transformacji sygnału w przedwzmacniaczu. Program EAlab 8.1 jest typową aplikacją działającą w środowisku Windows, która umożliwia programowanie parametrów pomiaru, rejestrację krzywych pomiarowych w czasie wykonywania pomiaru, przechowywanie wyników pomiaru w pamięci masowej, wizualizacje pojedynczych krzywych i grup krzywych, przetwarzanie sygnałów, interpretację wyników, a także drukowanie raportów wg przygotowanego wzoru. Protokół transmisji na poziomie aplikacji został specjalnie zaprojektowany do potrzeb zadań realizowanych podczas pomiarów elektrochemicznych.

Przedwzmacniacz, jego układy sterujące i układ zasilania bateryjnego, układ ładowania baterii wraz z zasilaczem oraz sterowniki akcesoriów statywu i trójdrożny zawór gazu osłonowego potencjostatu są zabudowane w metalowej obudowie typu WAVETRONIC I. Masywna, zapewniająca stabilność i absorbująca wibracje obudowa przedwzmacniacza, obciążona dodatkowo bateriami żelowymi, stanowi podstawę dla puszki Faraday’a i umieszczonej wewnątrz kolumny statywu. Elementy osłonowe i kolumna statywu są pokryte lakierem proszkowym, zapewniającym twardą i trwałą osłonę antykorozyjną. Pozostałe elementy metalowe statywu są wykonane ze stali nierdzewnej. Niemetalowe elementy uchwytów i ruchomych, regulowanych podstaw są wykonane z nylonu, kynaru lub teflonu, zapewniających dużą udarność i odporność na korozję. Elementy statywu pozostające w kontakcie z badanymi roztworami wykonano wyłącznie ze szkła borokrzemowego i teflonu, zapewniających wysoką odporność i obojętność na działanie czynników chemicznych. Wszelkie połączenia pomiędzy elementami wewnątrz obudowy i statywem elektrodowym są przeprowadzone wewnątrz metalowej kolumny statywu, co obok zalet funkcjonalnych dodatkowo polepsza własności tłumienia zakłóceń. Statyw elektrodowy obejmuje podzespoły niezbędne do pracy z elektrodami stałymi: uchwyt naczynia pomiarowego z teflonową pokrywą, wężyki doprowadzające gaz obojętny, przewody do przyłączania elektrod i uchylne mieszadło, stanowiące jednocześnie podstawę naczynia pomiarowego.

Parametry urządzenia

Kontakt:
Prof. dr hab. inż. Bogusław Baś
Katedra Chemii Analitycznej i Biochemii WIMiC AGH
tel.: 617 25 29
E-mail: bas(at)agh.edu.pl

Osoby odpowiedzialne:

• dr hab. Anna Bodzoń-Kułakowska, porf. AGH
• dr Przemysław Mielczarek
• prof. dr hab. Piotr Suder

Projekt:

MALDI mass spectrometry imaging is a unique tool for oocyte analysis. In this approach, a single oocyte is placed on a ITO glass. Then, it has to be covered with matrix - a low molecular weight organic compound, in an organic solvent. Matrix facilitates the desorption and ionization of molecules present in the sample. The process is caused by a hit of a laser beam. The intensity of the peak in obtained lipid profile corresponds with its amount (in comparison with different cells), and a heat map of molecule localization on the glass may be created.
MALDI analysis might be performed in positive and negative ion mode. Each of them demands a characteristic matrix (DHB (2,5-dihydroxybenzoic acid) for positive and 9AA (9-aminoacridine) for negative ion mode). Different ion modes offer the identification of various kinds of lipids. In the positive ion mode, mainly glycerophosphocholines and sphingomyelins are detected. Meanwhile, the negative ion mode is suitable mainly for glycerophosphoethanolamines, glycerophosphoserines, and glycerophosphoinositols.
During our study we are working on sample preparation for lipids analysis. This is the first step in developing mass spectrometry imaging analysis for such material as a single oocyte, and we hope that this technique brings a lot of new discoveries in the field.

Wyposażenie:

Dewar's (Taylor-Wharton/Worthington Technologies, USA)
Kriotom FSE (Thermo, UK)
SunCollect system for wet matrix deposition (SunChrom GmbH, Friedrichsdorf, Germany)
MALDI–TOF/TOF UltrafleXtreme MS (Bruker Daltonics, Bremen, Germany) due to courtesy of the Institute of Pharmacology PAN

Granty:Wielokierunkowa analiza zmian molekularnych wywołanych uzależnieniem od morfiny, techniką MALDI MSI nr grantu: NCN 2018/29/B/NZ4/02243

Osoby odpowiedzialne:

• dr hab. Anna Bodzoń-Kułakowska, prof. AGH
• dr Przemysław Mielczarek
• prof. dr hab. Piotr Suder

Obrazowanie powierzchni za pomocą spektrometrii mas, jako metoda analizy znajduje szerokie zastosowanie w badaniach biologicznych, biochemicznych i medycznych. Technika obrazowania łączy ze sobą dwa elementy. Pierwszy, to możliwość uzyskania widma masowego danego punktu powierzchni. Widmo daje nam informację o masach cząsteczek znajdujących się w analizowanym punkcie. Intensywność piku uzyskanego dla danej wartości m/z pozwala również w przybliżeniu ocenić ilość danej substancji w określonym miejscu. Wykonując analizę MS/MS dla danego jonu można także dokonać pełnej identyfikacji interesującej nas substancji. Drugim elementem jest konstrukcja źródła jonów, która umożliwia ruch badanej powierzchni w płaszczyźnie x, y. Pozwala to na analizę całej siatki punktów na danej płaszczyźnie. Połączenie tych dwóch elementów pozwala na zobrazowanie rozmieszczenia substancji o danej wartości m/z na analizowanej powierzchni, przez wykreślenie intensywności piku charakterystycznego dla danej substancji w każdym analizowanym punkcie na płaszczyźnie.

W technice MALDI zamrożoną tkankę przygotowuje się do analiz przez uzyskanie jej skrawków na mikrotomie. Skrawki umieszcza się na specjalnym szkiełku ITO i pokrywa odpowiednią matrycą pozwalającą, dzięki zastosowaniu lasera na jonizację substancji obecnych na powierzchni. Dzięki temu możliwa jest analiza rozmieszczenia badanej substancji w tkance.

W naszych analizach skupiamy się głównie na badaniu tkanek układu nerwowego i poszukiwaniu zmian molekularnych dotyczących uzależnienia od narkotyków. Współpracujemy również z jednostkami badawczymi zajmującymi się badaniem oocytów (Uniwersytet Rolniczy i Małopolskie Centrum Biotechnologii) i analizujemy lipidy obecne w tych komórkach.

Sprzęt:

• Dewary do przechowywania tkanek (Taylor-Wharton/Worthington Technologies, USA)
• Kriotom FSE (Thermo, UK)
• Napylarka do matrycy SunCollect (SunChrom GmbH, Friedrichsdorf, Germany)
• MALDI–TOF/TOF UltrafleXtreme MS (Bruker Daltonics, Bremen, Germany) - dzięki uprzejmości Instytutu Farmakologii PAN

Rodzaj Grantu: OPUS - Narodowe Centrum Nauki 
Numer Grantu: NCN 2018/29/B/NZ4/02243
Kierownik projektu: dr hab. Anna Bodzoń-Kułakowska, prof. AGH
Czas realizacji: 2019 – 2023

Publikacje:

• Kret P, Bodzon-Kulakowska A, Drabik A, Ner-Kluza J, Suder P, Smoluch M. Mass Spectrometry Imaging of Biomaterials. Materials (Basel). 2023 Sep 21;16(18):6343. doi: 10.3390/ma16186343. PMID: 37763619; PMCID: PMC10534324.
• Mielczarek P, Suder P, Kret P, Słowik T, Gibuła-Tarłowska E, Kotlińska JH, Kotsan I, Bodzon-Kulakowska A. Matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry imaging sample preparation using wet-interface matrix deposition for lipid analysis. Rapid Commun Mass Spectrom. 2023 Jul 30;37(14):e9531. doi: 10.1002/rcm.9531. PMID: 37122262.
• Mielczarek P, Suder P, Kotsan I, Bodzon-Kulakowska A. The influence of matrix concentration and solvent composition on the results of MALDI MSI, with the aid of wet-interface matrix deposition. J Mass Spectrom. 2023 Mar 16;58(4):e4916. doi: 10.1002/jms.4916. Epub ahead of print. PMID: 36959759.
• Bodzon-Kulakowska, A.; Młodawska, W.; Mielczarek, P.; Lachowicz, D.; Suder, P.; Smoluch, M. Mammalian Oocyte Analysis by MALDI MSI with Wet-Interface Matrix Deposition Technique. Materials 2023, 16, 1479. 
• Mielczarek P., Słowik T., Kotlińska J.H., Suder P., Bodzoń-Kułakowska A. The study of derivatization prior MALDI MSI analysis – charge tagging based on the cholesterol and betaine aldehyde. Molecules 2021, 26, 2737, DOI: 10.3390/molecules26092737
• Bodzon-Kulakowska A, Arena R, Mielczarek P, Hartman K, Kozoł P, Gibuła-Tarlowska E, Wrobel TP, Gąsior Ł, Polański Z, Ptak GE, Suder P. Mouse single oocyte imaging by MALDI-TOF MS for lipidomics. Cytotechnology. 2020 Jun;72(3):455-468. doi: 10.1007/s10616-020-00393-9. Epub 2020 Apr 9. PMID: 32274610; PMCID: PMC7225219.
• Milewska A, Ner-Kluza J, Dabrowska A, Bodzon-Kulakowska A, Pyrc K, Suder P. MASS SPECTROMETRY IN VIROLOGICAL SCIENCES. Mass Spectrom Rev. 2020 Sep;39(5-6):499-522. doi: 10.1002/mas.21617. Epub 2019 Dec 25. PMID: 31876329; PMCID: PMC7228374.

Konferencje:

• Bodzon-Kulakowska A., Mielczarek P., Kret P., Suder P. Spektrometria mas jako technika obrazowania powierzchni. XXII Studenckie Spotkania Chemiczne, AGH Kraków, 13 – 14, 04.2023
• Bodzon-Kulakowska A., Mielczarek P., Hareżlak M., Samek A., Suder P. Analysis of cholesterol in the tssue sections by MALDI MSI approach, 39th Informal Mmeeting on Mass Spectrometry, Sorbonne Université, Paris, France 15th – 17th May 2023 (wykład)
• Bodzon-Kulakowska A., Mielczarek P., Hareżlak M., Samek A., Suder P., Cholesterol and glucose analysis in the tissue sections by MALDI MSI approach, 5th Central European Biomedical Congress - Future trends in health interventions Kraków, Poland May 29 - June 1, 2023 (wykład)
• Kret P. Bodzoń-Kułakowska A. Mielczarek P. Suder P.MALDI MSI analysis of proteins with wet-interface matrix deposition 39th Informal Meeting on Mass Spectrometry, Sorbonne Université, Paris, France 15th – 17th May 2023. (poster)
• Bodzoń-Kułakowska A. Mielczarek P. Suder P. Which matrix to choose, that is the question?. OurCon2021: The International Mass Spectrometry Imaging Conference Sheffield UK, October 12-13, 2021 (on-line) (poster)
• Bodzoń-Kułakowska A. Mielczarek P. Młodawska W. Nosal B. Suder P. Matrix deposition optimization during MALDI MSI analysis of oocytes. 9th Congress of the Society for Reproductive Biology (TBR), 02-04.09.2021, Poznań (on-line)
• Górka A., Bodzoń-Kułakowska A., Mielczarek P., Hartman K., Suder P., Obrazowanie powierzchni za pomocą spektrometrii mas jako technika badająca wpływ leków na tkanki, III Poznańska Konferencja Naukowo – Szkoleniowa, „Współczesna analityka farmaceutyczna i biomedyczna w ochronie zdrowia”, Poznań, 4-5 czerwiec 2020 (poster).
• Antolak A., Bodzon-Kulakowska A., Gibula-Bruzda E., Marszalek-Grabska M., Kotlinska J., Suder P., ATP Synthase activity of selected brain structures in morphine addiction, Neuronus 2020 IBRO Neuroscience Forum, 8-11.12.2020 (poster)

Opis projektu:

Morfina jest substancją towarzyszącą nam od wieków. Wykorzystywana jest zarówno z uwagi na swoje działanie przeciwbólowe, jak i z powodu wywoływania uczucia euforii, dobrego samopoczucia, relaksacji. Z jej pozytywnym – przeciwbólowym działaniem wiążą się efekty uboczne, takie jak rozwój tolerancji, zaburzenia oddychania i inne niekorzystne zmiany. Używanie jej jako substancji poprawiającej nastrój prowadzi do rozwoju uzależnienia, które jest złożoną chorobą centralnego układu nerwowego, stającą się coraz większym problemem społecznym. W tym kontekście warto wspomnieć chociażby o coraz częstszym uzależnieniu od nieodpowiednio przyjmowanych opioidowych środków przeciwbólowych. W naszym projekcie chcemy zastosować technikę obrazowania powierzchni za pomocą spektrometrii mas ze źródłem jonów typu MALDI. Jest to nowoczesna metoda analityczna, pozwalająca na zidentyfikowanie substancji znajdujących się na badanej powierzchni (np. na przekroju tkanki) i na określenie ich rozmieszczenia. W zakresie nauk biologicznych pozwala badać skrawki tkanek pochodzących z określonego organu. Jeżeli w czasie eksperymentu porównujemy skrawki pochodzące z tkanki pobranej od zwierzęcia kontrolnego i uzależnionego od morfiny możemy, przez porównanie, zbadać jak zmienia się ilość, czy rozmieszczenie substancji na których wykrywanie nastawiony jest nasz eksperyment. Tym sposobem, używając źródła jonów typu MALDI możemy prześledzić jak morfina wpływa na zawartość lub modyfikacje lipidów, białek, czy niskocząsteczkowych metabolitów, znajdujących się w analizowanym materiale. Technika obrazowania powierzchni za pomocą spektrometrii mas ma tę przewagę nad klasycznymi metodami, że nie wymaga zniszczenia struktury materiału przed analizą (homogenizacji) i zachowuje informację o przestrzennym rozmieszczeniu cząsteczek. Tym samym, dysponując skrawkami pochodzącymi na przykład z mózgu szczura, możemy prześledzić zmiany molekularne, mające miejsce w różnych jego strukturach biorących udział w procesie uzależnienia. W naszym laboratorium zajmujemy się badaniem zmian molekularnych towarzyszących podaniu morfiny. Do tej pory prace te prowadzone były technikami proteomicznymi. Badania wskazały białka zaangażowane w proces uzależnienia i na tej podstawie pozwoliły na wysnucie wniosku, że metabolizm energetyczny komórki prawdopodobnie jest zaburzony przez podanie tej substancji. Obecnie proponowane badania mają na celu zbadanie jak morfina wpływa na poziom metabolitów niskocząsteczkowych, związanych z metabolizmem energetycznym i będą stanowić rozszerzenie wcześniejszych prac. Dodatkowo uzyskane wyniki z analizy zmian w białkach będą mogły zostać skonfrontowane z wcześniej uzyskanymi danymi, co pozwoli na ich weryfikację i ewentualne potwierdzenie roli określonych białek w procesie uzależnienia dwiema niezależnymi technikami – co również ma dużą wartość poznawczą. Mamy nadzieję, że proponowane badania wskażą kluczowe substancje, których ilość istotnie ulega zmianie pod wpływem działania morfiny i tym samym zaburza funkcjonowanie prawidłowego metabolizmu komórki. Po ich zidentyfikowaniu będzie można starać się podjąć takie działania, żeby zaburzony metabolizm z powrotem przywrócić w stan równowagi i tym samym znaleźć sposób na zniwelowanie efektów ubocznych działania morfiny w terapii przewlekłego bólu, jak i uzyskać możliwość pomocy osobom uzależnionym.

Rodzaj Grantu: Współpraca Polska-Tajwan Narodowe Centrum Badań i Rozwoju
Numer Grantu: Polish-Taiwanese Joint Research Grant No. PL-TW/V/2/2018
Kierownik projektu: prof. dr hab. Jerzy Silberring, dr hab. Anna Drabik, prof. AGH
Czas realizacji: 2018 – 2020

Publikacje:

• Przemyslaw Mielczarek, Kinga Hartman, Anna Drabik, Hao-Yuan Hung, Eagle Yi-Kung Huang, Ewa Gibula-Tarlowska, Jolanta H Kotlinska, Jerzy Silberring. Hemorphins-From Discovery to Functions and Pharmacology. Molecules 2021 doi: 10.3390/molecules26133879.
• Kinga Hartman, Przemysław Mielczarek, Marek Smoluch, Jerzy Silberring Inhibitors of neuropeptide peptidases engaged in pain and drug dependence. Neuropharmacology 2020 doi: 10.1016/j.neuropharm.2020.108137.
• Hao-Yuan Hung, Lok-Hi Chow, Jolanta H Kotlinska, Anna Drabik, Jerzy Silberring, Yuan-Hao Chen, Eagle Yi-Kung Huang. LVV-hemorphin-7 (LVV-H7) plays a role in antinociception in a rat model of alcohol-induced pain disorders. Peptides 2021 doi: 10.1016/j.peptides.2020.170455.
• Kinga Hartman, Przemysław Mielczarek, Jerzy Silberring. Synthesis of the Novel Covalent Cysteine Proteases Inhibitor with Iodoacetic Functional Group. Molecules 2020 doi: 10.3390/molecules25040813.
• Dorota Wacławczyk, Jerzy Silberring, Giuseppe Grasso. The insulin-degrading enzyme as a link between insulin and neuropeptides metabolism. J Enzyme Inhib Med Chem 2021 doi: 10.1080/14756366.2020.1850712.

Konferencje:

• Kinga Piechura, Przemysław Mielczarek, Jerzy Silberring. The novel inhibitor of cysteine proteases. Nanomaterials and Nanotechnology Meeting Ostrava, 13-16.05.2019
• Przemysław Mielczarek, Kinga Piechura, Jerzy Silberring. Fluorescent probe to study activity of cysteine proteases. Symposium Chromatographic methods of investigating organic compounds Szczyrk, 4-7.06.2019
• Kinga Piechura, Przemysław Mielczarek, Jerzy Silberring. Study of cysteine proteases using fluorescent probes. CEEPC : Central and Eastern European Proteomic Conference Ustroń, 23–25.09.2019
• Ewa Gibuła-Tarłowska, Ewa Kędzierska, Jerzy Silberring, Jolanta H. Kotlińska Kissorphin, a new anti-opioid peptide that reduces the rewarding/motivational effects of abused drugs. 20th International Congress of the Polish Pharmacological Society Lublin, 5–7.06.2019
• Jerzy Silberring, Anna Drabik, Joanna Ner-Kluza, Anna Bodzoń-Kułakowska, Piotr Suder. Identification of biomolecules – a frustrating nano-business. NanoOstrava 2019 : 6th Nanomaterials and nanotechnology meeting Ostrava, 13–16.05.2019
• Anna Drabik, Joanna Ner-Kluza, Kinga Piechura, Anna Bodzoń-Kułakowska, Przemysław Mielczarek, Piotr Suder, Jerzy Silberring. How to identify a compound? : problems and pitfalls. The 42nd Symposium Chromatographic methods of investigating organic compounds Szczyrk, 4-7.06.2019

Opis projektu:

Głównym celem eksperymentów prowadzonych w ramach projektu HEMO, było ustalenie roli peptydu opioidowego hemorfiny LVV-H7 w mechanizmie powstawania uzależnienia od alkoholu. Badania nad rolą LVV-H7 w mechanizmie powstawania bólu u szczurów przy równoczesnym podawaniu alkoholu było zadaniem partnera Tajwańskiego. W trakcie realizacji projektu opracowano innowacyjną metodę syntezy prototypowej sekwencji hemorfiny LVV-H7, a także przeprowadzono badania analizy poziomu LVV-H7 we krwi obwodowej i w wybranych strukturach mózgu przed, w trakcie uzależnienia od alkoholu oraz w abstynencji, w celu ustalenia potencjalnej roli hemorfiny w procesach związanych z uzależnieniem i odczuwaniem bólu. Wykonano szereg testów behawioralnych na szczurach, po podaniu peptydu opioidowego LVV-H7, alkoholu, oraz inhibitora katepsyny D – pepstatyny A. Równolegle zbadano poziom ekspresji białek w mezolimbicznych i mezokortykalnych zakończeniach dopaminergicznych, mających krytyczne znaczenie dla procesu uzależnienia od alkoholu oraz analgezji za pomocą techniki western blotting. Zidentyfikowano białka wiążące sekwencję peptydu LVV-H7 za pomocą nowo opracowanej metody z użyciem prototypowej sekwencji syntetyzowanej na podłożu stałym. Dodatkowo, przeprowadzono analizę aktywności enzymów odpowiedzialnych za metabolizm hemorfiny LVV-H7 w wybranych strukturach mózgowych. Wyniki uzyskane w trakcie realizacji projektu wnoszą nowatorski pogląd na temat roli peptydu opioidowego oraz procesu degradacji LVV-H7 w centralnym układzie nerwowym, który może przyczynić się do opracowania nowych metod leczenia uzależnienia od alkoholu, wywierając pozytywny wpływ na społeczne i ekonomiczne aspekty życia.