Dr hab. inż. Agnieszka Sobczak-Kupiec, prof. PK Kraków, dn

Transkrypt

1 Dr hab. inż. Agnieszka Sobczak-Kupiec, prof. PK Kraków, dn Politechnika Krakowska tel fax: Recenzja rozprawy doktorskiej mgr Karoliny Tokarczyk pt. Physicochemical characteristics of polyelectrolyte structures based on dendrimers and proteins Recenzja została wykonana na podstawie pisma Dyrektora Instytutu Katalizy i Fizykochemii Powierzchni im. Jerzego Habera Polskiej Akademii Nauk, prof. dr hab. Małgorzaty Witko o sygnaturze SN/4/2019 z dnia r. Rozprawa doktorska mgr Karoliny Tokarczyk została zrealizowana w Instytucie Katalizy i Fizykochemii Powierzchni im. Jerzego Habera PAN w Krakowie pod kierunkiem dr hab. inż. Barbary Jachimskiej, prof. IKiFP PAN. Jej zakres wpisuje się w nowoczesną tematykę badań, realizowanych w wiodących ośrodkach naukowych zarówno polskich jak i zagranicznych. Szczególnie istotny jest rozwój systemów kontrolowanego dostarczania substancji aktywnych biologicznie do organizmu. Technologie optymalizujące dostarczanie substancji czynnych rozwijają się bardzo dynamicznie. Dzięki nowym metodom medycyny molekularnej oraz innowacjom technologicznym i materiałowym wzrosło zainteresowanie poszukiwaniem nowych form dostarczania substancji czynnych. Zasadniczym elementem systemów dostarczania leków DDS Drug Delivery Systems jest użycie odpowiedniego nośnika, który nie powinien być toksyczny, powinien dobrze wiązać lek, ale też umożliwić uwolnienie go w docelowym miejscu w stężeniu mieszczącym się w zakresie terapeutycznym. Istotne są modyfikacje w zakresie rozpuszczalności, czasu retencji i przechodzenia przez bariery biologiczne co wpływa w bezpośredni sposób na biodostępność oraz zwiększa efektywność terapii pacjenta i ogranicza do minimum objawy niepożądane wynikające z długiego stosowania preparatów leczniczych. Strona 1 z 6

2 Specyficznym rodzajem polimerów są dendrymery, w których strukturze można wyróżnić trzy zasadnicze elementy, tj: rdzeń (stanowiący pojedynczy atom lub symetryczną cząsteczkę zawierającą dwie identyczne grupy funkcyjne), ramiona (utworzone z monomerów, których ilość odpowiada kolejnym generacjom) oraz powierzchniowe grupy funkcyjne (nadające charakter cząsteczce dendrymeru). Specyficzne właściwości dendrymerów wynikają z faktu obecności w ich wnętrzu wolnych przestrzeni, które są wystarczająco obszerne aby pomieścić w nich mniejsze cząsteczki. W śród możliwości aplikacyjnych na szczególne zainteresowanie zasługują te, w których dendrymery można wykorzystać w diagnostyce i terapii. Przedłożona do recenzji rozprawa doktorska mgr Karoliny Tokarczyk wpisuje się w tę bardzo aktualną tematykę. Celem jej badań była ocena efektywności immobilizacji w strukturze dendrymeru czynnika aktywnego 5-fluorouracylu, który jest lekiem stosowanym w monoterapii lub w terapii skojarzonej, w leczeniu nowotworów złośliwych, takich jak rak piersi, okrężnicy, odbytnicy, żołądka czy trzustki. Rozprawa doktorska została przygotowana w formie opracowania, którego integralną część stanowi przedruk pięciu publikacji, w których zawarto rezultaty badań związanych z tematem pracy. Wszystkie artykuły zostały opublikowane w czasopismach indeksowanych w bazie Journal Citation Report JCR i są to: The Journal of Physical Chemistry C 2016 o współczynniku oddziaływania IF 4,484 (publikacja nr 1), Journal of Colloid and Interface Science 2017 o współczynniku oddziaływania IF 5,091 (Publikacja nr 2), The Journal of Physical Chemistry B 2017 (publikacja nr 3) i czasopismo 2018 (publikacja nr 4) o współczynniku oddziaływania IF 3,146, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 2019 o współczynniku oddziaływania IF 2,829 (publikacja nr 5). Warto podkreślić, że w trzech artykułach mgr Karolina Tokarczyk jest pierwszym autorem, a w jednym autorem korespondującym. Do dokumentacji dołączono oświadczenia autorów publikacji, wraz ze wskazaniem na czym polegał udział każdego z autorów w przygotowaniu publikacji. W bazie Scopus łączna liczba cytowań publikacji wynosi 35. Oprócz wyżej wymienionych przedruków, opracowanie zawiera streszczenie w języku polskim i angielskim, wprowadzenie oraz omówienie metod badawczych stosowanych w trakcie realizacji prac badawczych. Opracowanie zawiera również podsumowanie badań. Całość wieńczy spis cytowanej literatury oraz spis wystąpień konferencyjnych związanych bezpośrednio z przedstawionymi badaniami. Opracowanie liczy łącznie 131 stron. Do dysertacji dołączono również oświadczenia określające precyzyjnie dorobek naukowy, stanowiący podstawę Strona 2 z 6

3 rozprawy doktorskiej wraz z wyszczególnieniem wkładu Doktorantki w każdą z pięciu publikacji. Wkład Doktorantki w publikacje obejmował: Przygotowanie próbek oraz wykonanie charakterystyki fizykochemicznej dendrymerów G6 PAMAM metodami QCM-D i MP-SPR, sprawdzenie stabilności monowarstw dendrymerów na powierzchni złota, wykonanie obliczeń stopnia hydratacji monowarstw o gęstości ładunku przy użyciu modelu Gouya-Chapmanna (publikacja nr 1), przygotowanie próbek oraz wykonanie charakterystyki fizykochemicznej dendrymerów G6 PAMAM, sprawdzenie stabilności monowarstw dendrymerów na powierzchni krzemu w zależności od ph i siły jonowej roztworu, wykonanie wszystkich obliczeń (publikacja nr 2), wykonanie symulacji metodą sterowanej dynamiki molekularnej, wykonanie pomiarów adsorpcji surowiczej albuminy wołowej (BSA) na powierzchni krzemu w zależności od ph roztworu metodą MP-SPR, wykonanie większości obliczeń dla części eksperymentalnej, analizie i interpretacji części wyników eksperymentalnych (publikacja nr 3), wykonanie symulacji metodą sterowanej dynamiki molekularnej, wykonanie wszystkich obliczeń energii układów, analizie i interpretacji wyników uzyskanych zarówno metodą dynamiki molekularnej, jak i sterowanej dynamiki molekularnej (publikacja nr 4) oraz przygotowanie próbek oraz wykonanie charakterystyki fizykochemicznej dendrymerów G6 PAMAM oraz ich kompleksów z modelowym lekiem oraz BSA, zarówno w roztworze jak i na powierzchni, sprawdzenie stabilności monowarstw dendrymerów i ich kompleksów na powierzchni krzemu, wykonanie wszystkich obliczeń, (publikacja nr 5). Ponadto, Doktorantka we wszytkach publikacjach brała udział w przygotowaniu wykresów, tabel, rysunków oraz w przygotowaniu artykułów wraz z przeglądem literaturowym i dodatkowych materiałów do publikacji. Jej wkład obejmował również korekty artykułu po recenzjach. Promotor pracy dr hab. inż. Barbara Jachimska, prof. IKFP PAN była twórcą koncepcji realizacji badań oraz zaproponowała mechanizm adsorpcji dendrymerów. Znaczący był również wkład dr Kariny Kubiak-Ossowskiej w publikację nr 3 i nr 4. Polegał on na przeprowadzeniu wszystkich symulacji dynamiki adsorpcji BSA na krzemie, włączając w to sprawdzenie poprawności wyników poprzez porównanie z dostępnymi w literaturze wynikami symulacji BSA jak również porównanie z wcześniejszymi wynikami eksperymentalnymi, wszechstronnej analizie wyników symulacji, napisaniu większości tekstu publikacji nr 3. W publikacja nr 4 wkład dr Kariny Kubiak-Ossowskiej obejmował zaplanowanie serii symulacji, Strona 3 z 6

4 nadzorowanie poprawności przeprowadzenia symulacji od strony technicznej, nadzorowanie poprawności wykonywanych obliczeń i analiz wyników. Ze względu na fakt, iż zaprezentowane wyniki zostały już wcześniej poddane krytycznej ocenie recenzentów czasopism o znaczącym współczynniku oddziaływania Impact Factor, w niniejszej recenzji ograniczę się jedynie do krótkiego omówienia przeprowadzonych badań i otrzymanych wyników. Układ rozprawy, na który składa się pięć tematycznie powiązanych publikacji w czasopismach naukowych stanowi ciąg logiczny, w którym podjęto się rozwiązania problemu badawczego na drodze empirycznej oraz teoretycznej (symulacje). W trakcie rozdziałów 1 i 2 czytelnik zostaje wprowadzony w tematykę pracy, zostaje naświetlony problem badawczy i sposób jego rozwiązania. Czytelnik, w prosty sposób może przyswoić specyficzne zagadnienia związane z tematyką pracy. Przed każdą publikacją jest zwięzłe podsumowanie przeprowadzonych badań oraz opis uzyskanych rezultatów. Głównym celem badań opisanych w artykułach nr 1 i 2 była szczegółowa charakterystyka dendrymerów G6 PAMAM zaadsorbowanych na powierzchni modelowej. W przypadku artykułu pierwszego powierzchnią modelową było złoto natomiast w drugim artykule był to krzem. Badano również tworzenie się i stabilność monowarstwy w zależności od ph, oraz szczegółowo opisano zachowanie konformacyjnego dendrymeru G6 PAMAM. Kolejna publikacja dotyczyła analizy procesów adsorpcji białek na różnych powierzchniach, która jest niezwykle istotna w produkcji biokompatybilnych materiałów i powłok, które mogą ułatwiać lub zapobiegać adsorpcji białek. Celem badań przeprowadzonych w tym artykule było kompleksowe przedstawienie mechanizmu adsorpcji białek albuminy na powierzchniach krzemionkowych przy użyciu kombinacji metod eksperymentalnych i teoretycznych. Modelowym białkiem osocza krwi była surowicza albumina wołowa (BSA). Przeprowadzono symulacje metodą dynamiki molekularnej (MD) i podjęto próby wyjaśnienia mechanizmu adsorpcji BSA na powierzchni Si/SiO2, oraz badania eksperymentalne. W połączeniu, obie metody mogą przedstawić kompleksowy obraz adsorpcji białek i tworzenia filmów białkowych. Istotnymi wnioskami wynikającymi z przedstawionych badań jest stwierdzenie, iż heterogeniczny rozkład ładunku na powierzchni BSA, jak i zróżnicowana hydrofobowość poszczególnych domen białka determinują proces jego adsorpcji czego wynikiem jest możliwość immobilizacji ujemnie naładowanego białka na Strona 4 z 6

5 ujemnie naładowanej powierzchni. W ramach prac wyznaczono również energię adsorpcji oraz bariery energetyczne. Ostatni artykuł obejmuje badania skuteczności działania nośnika poprzez efektywność immobilizacji w strukturze dendrymeru czynnika aktywnego. Do badań wybrano 5- fluorouracyl. Zrealizowano badania dotyczące określenia oddziaływania aktywnego kompleksu z cząsteczkami BSA. Omówione powyżej artykuły zawierają wszystkie szczegółowe informacje dotyczące realizowanych badań oraz zwieńczone są stosownymi wnioskami. Ogólnie praca została przygotowana w sposób jasny, czytelny i przede wszystkim prawidłowy. Nie mam zastrzeżeń co do sposobu opracowania i przygotowania dysertacji. Strona graficzna jest poprawna. Przedstawione rysunki, wykresy i tabele są czytelne, również strona językowa dystertacji jest poprawna. Po wnikliwym zapoznaniu się z poszczególnymi artykułami w pełni podzielam poglądy zarówno recenzentów jak i edytorów uznających, że przedstawiony materiał jest wartościowy i wnosi wiele istotnych informacji w zakresie układów dendrymerowych oraz aspektów związanych z możliwością ich wykorzystania jako nośników substancji aktywnych biologicznie. Ogólnie, nie mam zastrzeżeń odnośnie przyjętych metodyk badawczych, sposobu wykonania eksperymentów, przedstawienia i dyskusji uzyskanych wyników. Uważam także, że przedstawiony w pracy problem badawczy został sformułowany poprawnie, a postawione cele zostały w większości osiągnięte. Materiał przedstawiony w poszczególnych publikacjach stanowi spójne i ciekawe opracowanie. W zasadzie nie mam do pracy merytorycznych uwag krytycznych. Chciałabym, aby podczas obrony Doktorantka odniosła się do następujących kwestii: 1. Czy Doktorantka stosowała w swoich badaniach metody planowania eksperymentu 2. Z czego mogą wynikać różnice w pokryciu G6PAMAM powierzchni złota i krzemu w zależności od ph, na czym polega zaproponowany mechanizm adsorpcji i jakie są różnice w stosunku do mechanizmów opisanych w literaturze. 3. Jaka jest korelacja danych eksperymentalnych z obliczeniami / symulacjami. 4. Dlaczego w badaniach zrezygnowano z metod porównawczych, takich jak np. metody elipsometryczne, AFM, SPM czy XRD Chciałabym jednak w tym miejscu podkreślić, że wymienione przeze mnie uwagi nie mają wpływu na przyswajanie treści rozprawy, a tym bardziej na wartość merytoryczną pracy. Strona 5 z 6

6 W podsumowaniu pragnę podkreślić, że sposób zaplanowania badań, forma przedstawienia wyników oraz ich analiza świadczą o bardzo wysokich kompetencjach naukowo-badawczych Doktorantki oraz o właściwym przygotowaniu Jej do pracy naukowej. Prezentowana praca wnosi istotny wkład w badania nad układami dendrymerowymi w aspekcie aplikacji jako nośniki substancji aktywnych. Praca spełnia wymagania Ustawy o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki z dnia 14 marca 2014 r. wraz z późniejszymi zmianami i zwracam się do Rady Naukowej Instytutu Katalizy i Fizykochemii Powierzchni im. Jerzego Habera PAN z prośbą o dopuszczenie pani mgr Karoliny Tokarczyk do dalszych etapów przewodu doktorskiego. Jednocześnie, biorąc pod uwagę aktywność naukową Doktorantki, na którą składa się znaczącą liczba publikacji z listy JCR, liczne nagrody i wyróżnia oraz zagraniczne staże naukowe, uczestnictwo w warsztatach, kursach i szkoleniach oraz dojrzałość naukową o czym świadczy sposób napisania rozprawy doktorskiej, zwracam się do Rady Naukowej Instytutu Katalizy i Fizykochemii Powierzchni im. Jerzego Habera Polskiej Akademii Nauk z wnioskiem o wyróżnienie. Z poważaniem, Strona 6 z 6