Baktériumok optikai biochipeken: alapjelenségek és modell rendszerek
Title in English
Bacteria on optical biochips: fundamentals and model systems
Keywords in Hungarian
baktérium, optikai szenzor, bioszenzor
Keywords in English
bacteria, optical sensor, biosensor
Discipline
Medical engineering and technology (Council of Medical and Biological Sciences)
50 %
Material Science and Technology (physics) (Council of Physical Sciences)
30 %
Ortelius classification: Biomedical engineering
Biophysics (Council of Physical Sciences)
20 %
Panel
Clinical Medicine
Department or equivalent
Institute of Technical Physics and Materials Science (Centre for Energy Research)
Participants
Bősze, Szilvia Kovács, Boglárka Kurunczi, Sándor Péter, Beatrix Éva Saftics, András Szabó, Bálint Székács, Inna
Starting date
2017-12-01
Closing date
2020-05-31
Funding (in million HUF)
19.972
FTE (full time equivalent)
4.74
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. Az MTA EK MFA-ban található Nanobioszenzoika Lendület Kutatócsoport az utóbbi években egy unikális műszerparkot alakított ki emlős sejtek adhézióinak tanulmányozására (rákos és immun sejtek). A jelen "pilot" kutatási projekt célja ezen eszközpark és felhalmozott tudás mozgósítása bakteriális sejtek adhéziós folyamatainak alapkutatására. Ennek érdekében modell felületeket fogunk kialakítani, melyek a megfertőzés előtt álló emlős sejt vagy pedig a patogén baktérium felületét imitálják. A biofizikai-biológiai folyamatokat modern optikai bioszenzorokkal és egyedi sejtes erő mérésére alkalmas biofizikai módszerekkel tervezzük nyomon követni. Ezen technikák a számítógép vezérelt mikropipetta és a FluidFM mérőrendszer.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. Pontosan milyen kémiai és biofizikai ingerek és folyamatok befolyásolják a bakteriális sejtek adhézióját és internalizációját.
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! A kutatás várható eredményei közé tartoznak baktérium taszító, illetve megkötő szintetikus felületek kifejlesztései és a bakteriális adhézió, mint alapjelenség, mélyebb és pontosabb megértése. Ezáltal potenciálisan sikerrel szállhatunk szembe az egyre nagyobb gondot jelentő multirezisztens baktériumok elleni küzdelemben is a bakteriális adhézió illetve emlős sejtbe történő baktérium internalizáció specifikus gátlásával.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. A kutatás várható eredményei közé tartoznak baktérium taszító, illetve megkötő szintetikus felületek kifejlesztései és a bakteriális adhézió, mint alapjelenség, mélyebb és pontosabb megértése. Ezáltal potenciálisan sikerrel szállhatunk szembe az egyre nagyobb gondot jelentő multirezisztens baktériumok elleni küzdelemben is a bakteriális adhézió illetve emlős sejtbe történő baktérium internalizáció specifikus gátlásával.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. The Nanobiosensorics Group have developed a unique instrumentation basis and knowledge to study the adhesion of mammalian cells (immune and cancer cells). The aim of the present pilot project is to exploit these unique facilities and knowledge in the field of bacterial adhesion and internalization. Modern optical configuration and force measuring biophysical techniques will be developed and used, such as computer controlled micropipette and FluidFM.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. The more precise understanding of bacterial adhesion processes fro a biophysics perspective.
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. The present research will potentially develop novel surfaces with bacterial repellent or adhesive properties. The more precise understanding of the related biophysical processes will be aimed, too. Therefore, fight against multiresistent bacteria will be strengthened by offering new surfaces and methodologies to block internalization.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. The present research will potentially develop novel surfaces with bacterial repellent or adhesive properties. The more precise understanding of the related biophysical processes will be aimed, too. Therefore, fight against multiresistent bacteria will be strengthened by offering new surfaces and methodologies to block internalization.
Final report
Results in Hungarian
A kutatási projekt célja élő sejtek adhéziós folyamatainak alapkutatása volt, melyet bioszenzorokkal, és egyedi sejtek mérésére alkalmas biofizikai módszerekkel valósítottunk meg. Előkísérleteket is végeztünk ezen módszerekkel (számítógép vezérelt mikropipetta, FluidFM, Epic Cardio bioszenzor), hogy még pontosabb eredményeket kaphassunk a további célzott méréseknél. A kutatás során modell felületeket is ki tudtunk alakítani, melyek baktériumokat és emlős sejteket taszító, illetve azokat specifikusan megkötő tulajdonságokkal bírnak. Méréseink során bakteriális flagellineket, illetve élő baktériumokat imitáló mikrogyöngyöket és nanorészecskéket is alkalmaztunk a folyamatok egyszerű modellezéséhez és megértéséhez. A projekt eredményeképp önszerveződő flagellin monorétegeket alakítottunk ki hidrofób felületeken. Molekuláris szintű interakciókat figyeltün meg, és az adhéziós erő mérését végeztük el mikrogyöngyök, mint modell rendszer, segítségével. Bakteriális sejtek emlős sejtekbe hatolását nanorészecskékkel imitáltuk, és valós időben monitoroztuk, így kinetikai információkat kaptunk a végbemenő folyamatokról.
Results in English
The aim of the project was to perform basic research of living cell adhesion processes, which was carried out with biosensors and biophysical methods suitable for measuring individual cells. Preliminary experiments were also performed with these methods (computer-controlled micropipette, FluidFM, Epic Cardio biosensor), in order to obtain even more accurate results for further targeted measurements. In the course of the research, we were also able to design model surfaces that have repellent and binding properties on bacteria and mammalian cells. In our measurements, we applied bacterial flagellins, microbeads and functionalized nanoparticles to mimic living bacterial cells for simple modeling and understanding of the relevant biophysical processes. As a result of the project, we formed self-assembled flagellin monolayers on hydrophobic surfaces. Molecular-level interactions were observed and surface adhesion forcees were measured using microbeads as a model system. The penetration of bacterial cells into mammalian cells was mimicked with nanoparticles and monitored in real-time to obtain kinetic information about the processes.
