RO 
EN 
HU Proiecte anterioare
Dezvoltarea unor metode integrate de diagnostic pentru depistarea rapidă a bolilor hepatice
Cod proiect: SMIS 119974
Program: Programul Operațional Competitivitate — Proiect Tehnologic Inovativ
Durata: 27 de luni
Este singurul proiect din portofoliul nostru în care Pro-Vitam a fost lider de consorțiu. Proiectul a pus bazele direcției noastre de cercetare în diagnosticul bolilor hepatice, continuată prin MULTIHEP și astăzi prin PNTS și HepBpanVac. Proiectul se află în prezent în perioada de durabilitate.
MULTIHEP — Implementarea unei metodologii multiplex pentru testarea rapidă a virusurilor hepatice
Cod proiect: PN-III-P2-2.1-PTE-2019-0226
Finanțator: CCCDI-UEFISCDI
Perioada: mai 2020 – mai 2022
Proiect derulat cu Pro-Vitam în calitate de coordonator și Institutul de Biochimie al Academiei Române ca partener. Proiectul a urmărit dezvoltarea unui test rapid multiplex pentru detectarea anti-VHC, anti-VHD și AgHBs în serul pacienților.
DiaScreen — Demonstrator experimental bazat pe spectroscopie Raman pentru cuantificarea proteinelor glicate în screeningul diabetului
Cod proiect: PN-III-P2-2.1-PED-2019-3268
Finanțator: CNCS-UEFISCDI
Coordonator: Universitatea Babeș-Bolyai. Pro-Vitam a fost partener.
Scopul proiectului a fost dezvoltarea unei metode portabile, ușor de utilizat într-un laborator clinic, pentru determinarea cantității de proteine glicate (hemoglobină și albumină) din probele pacienților.
Două proiecte în parteneriat cu Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizica Materialelor
Primul a vizat dezvoltarea de prototipuri de nanosenzori pentru detectarea TSH și EGFR în probe de pacienți, al doilea studiul proprietăților fizico-chimice și antimicrobiene ale atorvastatinei. Publicațiile rezultate se regăsesc în secțiunea Publicații.
Proiectarea computațională a motoarelor supramoleculare autoasamblate și a cvasicristalelor
Proiectul computațional anterior al grupului s-a intitulat „Computational design of self-assembling supramolecular motors and quasicrystals”. Proiectul a fost finanțat de CNCS-UEFISCDI (cod proiect PN-III-P1-1.1-TE-2019-1018) și s-a desfășurat din septembrie 2020 până în august 2022. Este al treilea (și ultimul) meu proiect de tip „Tinere Echipe de Cercetare”.
Domeniul nanotehnologiei a transformat practic fiecare aspect al vieții noastre în ultimele decenii. Pe măsură ce cercetătorii au înțeles treptat bazele structurale ale proceselor biologice complexe, a apărut nevoia de a proiecta rațional structuri artificiale la scară nanometrică, capabile să imite unele dintre aceste procese sau să interfereze cu ele la nivel molecular și supramolecular.
Proiectul și-a propus crearea unor modele noi de blocuri de construcție coloidale care se pot autoasambla în structuri funcționale la această scară. Am modificat un model coarse-grained de particule rigide încărcate electric, având doar interacțiuni ionice și de volum exclus, dezvoltat inițial în grupul nostru pentru învelișuri Goldberg tetravalente autoasamblate. Pornind de la observația că rearanjările cooperative de amploare între structuri concurente din învelișurile model au profile energetice foarte simple, au fost dezvoltate proiecte noi de motoare coloidale, capabile să transforme energia primită din exterior în mișcare de rotație direcționată. Al doilea model vizează blocuri de construcție coloidale care formează cvasicristale bidimensionale. Se estimează că astfel de structuri au proprietăți optice deosebit de interesante și pot fi exploatate în numeroase aplicații fotonice. Realizarea experimentală a motoarelor sau a cvasicristalelor din blocuri coloidale este extrem de dificilă. Modelele computaționale dezvoltate în acest proiect pot ghida experimentele, precizând condițiile minime pe care blocurile de construcție trebuie să le îndeplinească pentru a forma spontan structuri funcționale la scară coloidală.
Membrii echipei
Istvan HORVATH, student-doctorand
Menyhart-Botond SAROSI, cercetător postdoctoral
Szilard FEJER, director de proiect
Rezumatul activităților de cercetare din prima etapă a proiectului
- configurarea cadrului de simulare cu HOOMD-Blue și containere Docker;
- explorarea spațiului parametrilor pentru modele simplificate selectate, pentru o mai bună înțelegere a comportamentului acestora;
- pentru cititorii cu înclinații tehnice, în această etapă am creat trei medii Docker:
1. Mediul de dinamică moleculară:
Constă în principal din biblioteca HOOMD-Blue și o serie de scripturi proprii, folosite pentru automatizarea fluxului de estimare și rafinare a parametrilor de simulare, precum și dintr-o bază de date simplă, scrisă în Pandas, care înregistrează toate datele. Containerul poate fi accesat prin notebook-ul Jupyter integrat, un mediu interactiv de scriptare în Python.
2. Mediul de optimizare a structurilor:
Această imagine Docker este construită pe imaginea Python 2.7, cu Pele și alte pachete Python instalate, precum NumPy și SciPy pentru efectuarea calculelor necesare și Pandas pentru gestionarea datelor. Rolul principal al containerului este optimizarea structurilor moleculare simple, generarea de date de intrare pentru mediul de învățare automată și studiul peisajelor energetice ale moleculelor.
3. Mediul de învățare automată:
Containerul se bazează pe imaginea oficială Tensorflow-Jupyter, cu pachete suplimentare care permit crearea de reprezentări 3D ale structurilor moleculare. Scopul său este crearea unei rețele neuronale care primește ca intrare o structură moleculară generată aleatoriu și prezice o structură de pornire pentru minimizarea energiei, urmărind identificarea unei structuri apropiate de un minim local al energiei potențiale.
Un raport preliminar de progres pentru prima etapă poate fi descărcat de aici.
https://szilard.ro/files/scientific_report_2020.pdf
Rezumatul activităților de cercetare din a doua etapă a proiectului
- explorarea rearanjărilor printr-o singură stare de tranziție, corespunzătoare mișcării de rotație cooperative;
- identificarea designului de bază al unui motor coloidal autoasamblat;
- adaptarea modelului pentru solvent explicit;
- explorarea diferitelor metode de transfer de energie către motoarele coloidale.
Videoclipul următor prezintă o rearanjare lungă, printr-o singură stare de tranziție, între două structuri de energie minimă ale unui înveliș închis:
Animația următoare prezintă mișcarea de rotație susținută a paletei rotorului (un model minimal pentru un motor coloidal):
Animația următoare prezintă asamblarea unei foi cu ordine cvasicristalină locală:
Autoasamblarea ierarhică
Preocuparea principală a grupului este autoasamblarea ierarhică și modul în care astfel de procese pot fi modelate. Primul proiect pe această temă s-a intitulat „Creating a framework for modelling the hierarchical self-assembly of anisotropic building blocks”. Cei doi ani ai proiectului au permis înființarea grupului de cercetare, care la rândul său crește acum în mod ierarhic. Proiectul a fost finanțat de UEFISCDI (cod proiect PN-II-RU-TE-2014-4-1176) și s-a desfășurat din octombrie 2015 până în septembrie 2017.
Rezumat:
Autoasamblarea ierarhică este unul dintre cele mai promițătoare instrumente ale nanotehnologiei. În sistemele biologice, astfel de procese au fost deja perfecționate în cursul evoluției și implică formarea succesivă a unor blocuri de construcție din unități mai mici, care la rândul lor se autoasamblează ierarhic în structuri mai mari (de exemplu proteinele capsidelor virale, filamentele de keratină, fibrilele de amiloid etc.). În prezent, modelarea computațională a proceselor de asamblare la scară nanometrică este posibilă doar prin metode coarse-grained, alese în funcție de dimensiunea sistemului și de problema studiată. Însă autoasamblarea ierarhică se petrece adesea pe mai multe scări de mărime, iar fiecare nivel al procesului trebuie modelat diferit: câmpuri de forțe de mecanică moleculară pentru plierea proteinelor, câmpuri de forțe cu atomi uniți pentru oligomerizare, modele coarse-grained bazate pe formă (de exemplu modele cu bile) pentru asamblarea succesivă a oligomerilor proteici. Până în prezent nu există un cadru care să permită modelarea acestor procese pe mai multe scări de mărime.
Scopul proiectului a fost valorificarea experienței directorului de proiect în modelarea blocurilor de construcție anizotrope în cadrul formalismului corpurilor rigide și extinderea metodei pentru a acoperi decalajul dintre scările de mărime. Metoda presupune calculul ierarhic al parametrilor blocurilor de construcție, obținuți prin studierea amănunțită a peisajului energetic al componentelor acestora. Abordarea este independentă de scară și permite proiectarea bottom-up a unor structuri complexe noi la scară nanometrică.
Al doilea proiect al grupului a continuat primul proiect și s-a intitulat „Coordination chemistry on the nanoscale: Computational design of supramolecular building blocks capable of highly specific, orientation-dependent interactions”. Și acest proiect a fost finanțat de CNCS-UEFISCDI (cod proiect PN-III-P1-1.1-TE-2016-1279) și s-a desfășurat din mai 2018 până în aprilie 2020.
Rezumat
Odată cu apariția metodelor moderne de sinteză a blocurilor de construcție la scară nano și mezoscopică, este acum posibilă codificarea unui comportament complex de autoasamblare în particule relativ simple. Spațiul parametrilor disponibil experimentatorilor este însă imens: trebuie ajustate anizotropia blocului de construcție, anizotropiile interacțiunilor, raza de acțiune, tipul acestora ș.a.m.d. Metodele computaționale pot aduce o contribuție valoroasă la proiectarea rațională a unor astfel de blocuri. Modelarea coarse-grained a interacțiunilor anizotrope poate ghida experimentele către regiunile din spațiul parametrilor relevante pentru structura autoasamblată dorită.
Scopul proiectului a fost crearea unui domeniu nou în autoasamblarea blocurilor de construcție la scară nanometrică, prin aplicarea unor concepte din chimia coordinativă la proiectarea de nanoparticule capabile de coordinare deosebit de specifică la alte nanoparticule. Deși conceptul de „molecule coloidale” există, realizările experimentale sunt încă la început. Pentru a înțelege comportamentul unor astfel de blocuri de construcție și pentru a crea cele mai simple modele posibile ale acestora, am folosit și am dezvoltat metode de ultimă generație din teoria peisajelor energetice (optimizare globală în formalismul corpurilor rigide, discrete path sampling și dinamică moleculară cu corpuri rigide).
În prima etapă am explorat condițiile fizice minime necesare pentru asamblarea cuștilor goale formate din analogi la scară nanometrică ai poliedrelor Goldberg de tip MnL2n, realizate experimental prin complecși ai metalelor tranziționale cu coordinare plan-pătratică și liganzi bidentați neliniari. Am constatat că se pot obține cuști cu aceeași simetrie folosind o combinație de interacțiuni de volum exclus și coulombiene, și am investigat dinamica formării învelișurilor goale și tranziția între structuri concurente. A doua etapă a vizat proiectarea unor nanoparticule anizotrope noi, capabile de coordinare tetraedrică, plană și liniară, care dau naștere unor structuri mezoscopice analoge hidrocarburilor.
Aveți o întrebare?
