Opći podaci o projektu
Naziv projekta: Mehanizmi i dinamika resorpcije keramičkih čestica za koštanu regeneraciju
Naziv projekta na engleskom jeziku: Mechanisms and dynamics of resorption of ceramic particles for bone regeneration
Akronim projekta: CeRes
Voditelj projekta: doc. dr. sc. Nikola Štoković
Ustrojbena jedinica: Katedra za anatomiju i kliničku anatomiju, Sveučilište u Zagrebu Medicinski fakultet
Partneri na projektu: Sveučilište u Zagrebu Veterinarski fakultet
Trajanje projekta: od 20. listopada 2026. do 19. listopada 2029. (36 mjeseci)
Ukupni iznos sredstava projekta: 200.000,00 €
Izvor financiranja: Hrvatska zaklada za znanost (HRZZ) – Uspostavni istraživački projekti (UIP-2026-7102)
Opis projekta
Projekt je usmjeren na istraživanje bioloških i fizikalno-kemijskih čimbenika koji reguliraju resorpciju kalcij-fosfatnih keramičkih biomaterijala namijenjenih regeneraciji koštanog tkiva. Iako se ovi biomaterijali široko primjenjuju u liječenju koštanih defekata zbog svojih osteokonduktivnih svojstava, mehanizmi njihove razgradnje i integracije u novonastalu kost još uvijek nisu u potpunosti razjašnjeni.
Projekt se temelji na pretpostavci da resorpcija keramičkih čestica ovisi o međudjelovanju njihovih fizikalno-kemijskih svojstava, ponajprije kemijskog sastava i veličine čestica, lokalnog biološkog odgovora organizma te mikrookruženja na mjestu ugradnje. Istraživanje će obuhvatiti sustavnu usporedbu različitih kalcij-fosfatnih biomaterijala primjenom eksperimentalnih modela in vitro i in vivo, s posebnim naglaskom na stanične i molekularne mehanizme resorpcije, upalni odgovor te procese regeneracije koštanog tkiva.
Rezultati projekta omogućit će bolje razumijevanje međudjelovanja biomaterijala i okolnog tkiva te pridonijeti određivanju optimalnih svojstava keramičkih čestica za regeneraciju koštanih defekata. Dobivene spoznaje predstavljat će znanstvenu osnovu za razvoj i optimizaciju novih terapijskih pristupa u regenerativnoj medicini i koštanom tkivnom inženjerstvu.
Ciljevi projekta
Opći cilj
Opći cilj projekta jest razjasniti stanične i molekularne mehanizme te dinamiku resorpcije kalcij-fosfatnih keramičkih biomaterijala u različitim biološkim mikrookruženjima te utvrditi utjecaj njihovih fizikalno-kemijskih svojstava na resorpciju i regeneraciju koštanog tkiva. Stečene spoznaje omogućit će određivanje optimalnih svojstava keramičkih čestica za razvoj učinkovitijih terapijskih pristupa liječenju koštanih defekata.
Specifični ciljevi
- Ispitati brzinu resorpcije keramičkih čestica u uvjetima in vitro primjenom staničnih kultura osteoklasta te analizirati utjecaj kemijskog sastava i veličine čestica na njihovu razgradnju.
- Karakterizirati rani stanični odgovor organizma na keramičke čestice različitih veličina i kemijskih sastava nakon njihove ugradnje na ektopična i ortotopična mjesta.
- Odrediti ekspresiju gena i tkivnu lokalizaciju ključnih molekula uključenih u upalni odgovor, resorpciju biomaterijala i osteogenezu nakon ugradnje keramičkih čestica.
- Usporediti osteokonduktivna svojstva keramičkih čestica različitih veličina i kemijskih sastava te utvrditi njihov utjecaj na stvaranje novog koštanog tkiva.
- Istražiti mehanizme i dugoročnu dinamiku resorpcije keramičkih čestica na ektopičnim i ortotopičnim mjestima te odrediti povezanost njihovih svojstava, lokalnog biološkog odgovora i stupnja resorpcije.
Metodologija projektnog istraživanja
Projektno istraživanje temeljit će se na integriranom pristupu koji objedinjuje eksperimentalne modele in vitro i in vivo te suvremene stanične, molekularne, histološke i slikovne metode. Istraživat će se kalcij-fosfatne keramičke čestice različitih veličina i kemijskih sastava, ponajprije hidroksiapatit (HA) i trikalcijev fosfat (TCP).
Istraživanja in vitro provodit će se na staničnim kulturama osteoklasta diferenciranih iz mišjih makrofaga RAW 264.7 i/ili primarnih monocita koštane srži štakora. Resorpcijska aktivnost osteoklasta procjenjivat će se histokemijskim bojenjem na TRAP, analizom resorpcijskih udubljenja i promjena površine keramičkih čestica primjenom elektronske mikroskopije (SEM) i energijski disperzivne rendgenske spektroskopije (EDS). Otpuštanje kalcijevih iona analizirat će se metodom masene spektrometrije s induktivno spregnutom plazmom (ICP-MS).
Istraživanja in vivo provodit će se primjenom dvaju eksperimentalnih modela na štakorima: modela potkožne ugradnje biomaterijala i modela kritičnog koštanog defekta svoda lubanje. Ovi modeli omogućit će usporedbu biološkog odgovora, osteokonduktivnosti i dinamike resorpcije keramičkih čestica u različitim tkivnim mikrookruženjima.
Za karakterizaciju ranog staničnog odgovora primjenjivat će se protočna citometrija, kojom će se analizirati populacije upalnih stanica i stanica uključenih u regeneraciju koštanog tkiva. Molekularni mehanizmi istraživat će se analizom ekspresije gena primjenom RT-qPCR-a i sekvenciranja RNA (RNA-seq), dok će se koncentracije upalnih biljega određivati metodom ELISA.
Histološke, imunohistokemijske i imunofluorescencijske metode koristit će se za analizu strukture novonastalog tkiva, aktivnosti osteoklasta te prostorne raspodjele molekula uključenih u upalni odgovor i osteogenezu. Osteokonduktivnost i dugoročna resorpcija keramičkih čestica procjenjivat će se primjenom microCT analize, koja omogućuje trodimenzionalnu vizualizaciju i kvantitativnu analizu novonastale kosti i preostalog keramičkog materijala.
Integracijom rezultata dobivenih različitim metodama omogućit će se sveobuhvatna analiza povezanosti svojstava biomaterijala, biološkog odgovora organizma i dinamike njihove resorpcije.
Očekivani rezultati
1. Utvrđivanje utjecaja kemijskog sastava i veličine keramičkih čestica na njihovu resorpciju, uključujući kvantifikaciju resorpcijske aktivnosti osteoklasta u uvjetima in vitro.
2. Karakterizacija ranog staničnog i molekularnog odgovora organizma na keramičke biomaterijale u različitim tkivnim mikrookruženjima te identifikacija ključnih staničnih populacija i signalnih putova uključenih u upalni odgovor, resorpciju i osteogenezu.
3. Utvrđivanje osteokonduktivnih svojstava keramičkih čestica različitih veličina i kemijskih sastava te njihove povezanosti sa stvaranjem i strukturnim obilježjima novonastalog koštanog tkiva.
4. Razjašnjavanje mehanizama i dugoročne dinamike resorpcije keramičkih biomaterijala na ektopičnim i ortotopičnim mjestima, uz uspostavljanje kvantitativnih odnosa između svojstava materijala, lokalnog biološkog odgovora i stupnja resorpcije.
5. Definiranje optimalnih svojstava i formulacija kalcij-fosfatnih keramičkih biomaterijala za regeneraciju koštanih defekata, čime će se stvoriti znanstvena osnova za njihovu daljnju pretkliničku evaluaciju i razvoj novih terapijskih pristupa.
Projektni tim
Popis osoba projektnog tima s Medicinskog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu
1. dr. sc. Natalia Ivanjko, mag. ing. biotechn.
2. dr. sc. Marina Milešević, mag. ing. biotechn.
Popis osoba projektnog tima partnera
1. dr. sc. Ana Javor, dr. med. vet.
2. Niko Ivkić, dr. med. vet.
Diseminacija i vidljivost projekta
Diseminacija rezultata i osiguravanje vidljivosti projekta CeRes provodit će se kontinuirano tijekom njegova trajanja, s ciljem predstavljanja znanstvenih postignuća akademskoj i stručnoj zajednici, industrijskim partnerima te široj javnosti.