RAPORT TWING* Projekt TWING - Transfer Wiedzy Nauka-Gospodarka: Program Stypendialny realizowany był w ramach Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki współfinansowanego ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego w latach 2011-2013. Główną jego część stanowił program stypendialny dla słuchaczy Studiów Doktoranckich w Instytucie Fizyki oraz Instytucie Chemii Wydziału Matematyki Fizyki i Chemii Uniwersytetu Śląskiego oraz staże i szkolenia doktorantów w firmach komercyjnych. Całkowita wartość Projektu: 1 751 660,24 PLN. W programie stażowym udział wzięły następujące przedsiębiorstwa oraz instytucje naukowo-badawcze z obszaru Województwa Śląskiego: STAŻE: 1. Flytronic Sp. z o.o., ul. Góry Chełmskiej 2B, 44-100 Gliwice http://www.flytronic.pl 2. Dynamax sp. z o.o. ul. Konduktorska 39 a, 40-155 Katowice http://www.dynamax.pl 3. Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii im. prof. Zbigniewa Religi ul. Wolności 345a,41-800 Zabrze, http://frk.pl 4. Biochefa Farmaceutyczny Zakład Naukowo-Produkcyjny ul. Kasztanowa 3, 41-205 Sosnowiec http://www.biochefa.pl 5. SGL Carbon Polska S.A. 47-400 Racibórz, Piastowska 29 http://www.sglgroup.com 6. Instytut Metali Nieżelaznych, ul. Sowińskiego 5 44-100 Gliwice http://www.imn.gliwice.pl/ 7. WASKO S.A., ul. Berbeckiego 6, 44-100 Gliwice http://www.wasko.pl 8. Nanoactiv Sp. z o.o., ul. 11 Listopada, 40-387 Katowice http://nanoactiv.imshosting.pl 9. Syntal Chemicals sp. z o.o. ul. Łabędzka 59, 44-121 Gliwice http://www.syntal.rsi.pl/ W programie szkoleń indywidualnych udział wzięły następujące przedsiębiorstwa oraz instytucje naukowo-badawcze spoza obszaru Województwa Śląskiego (transfer wiedzy na Śląsk): * Raport z przyczyn technicznych nie obejmuje wszystkich danych za ostatni miesiąc Projektu (np. publikacje). Dodatkowe dane zostaną umieszczone na stronie internetowej Projektu. 2
1. Selvita S.A. Park Life Science ul. Bobrzyńskiego 14, 30-348 Kraków http://www.selvita.com/pl/ SZKOLENIA INDYWIDUALNE 2. Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu Wydział Chemii Zakład Chemii Metaloorganicznej ul. Grunwaldzka 6, 60-780 Poznań http://amu.edu.pl/ 3. Instytut Chemii Organicznej PAN Ul. Kasprzaka 44/52, 01-224 Warszawa http://www.icho.edu.pl/ 4. University of North Texas, Health Science Center Center for Commercialization of Fluorescence Technologies (CCFT) 3500 Camp Bowie Blvd, Fort Worth, TX 76107 http://web.unthsc.edu/ccft 5. IMMM Institut des Molécules & Matériaux du Mans Université du Maine UFR Sciences Avenue Olivier Messiaen 72 085 Le Mans Cedex France http://sciences.univ-lemans.fr/immm-institut-des-molecules-et-des STYPENDYŚCI 2011 1. Michał Januszewski Wysokowydajne obliczenia dynamiki płynów na procesorach graficznych (GPU) metodą siatkową Boltzmanna w zastosowaniu do aerodynamiki samolotów bezzałogowych w ekstremalnych stanach lotu. (opiekun: dr hab. prof. UŚ Marcin Kostur) 2. Katarzyna Jesionek Zastosowanie symulacji dynamiki cieczy oraz ośrodków sprężystych w symulatorach operacji chirurgicznych. (opiekun: dr hab. prof. UŚ Marcin Kostur) 3. Marzena Rams-Baron, Justyna Wójcik Projektowanie, synteza, badania fizyczne, in vitro i in vivo nowych pochodnych chloryn połączonych z nanoscyntylatorami pod kątem ich zastosowania w nowotworowej terapii (PDT). (opiekun: prof. zw. dr hab. Alicja Ratuszna) 4. Maciej Serda Projektowanie i synteza azanoftalenów jako potencjalnych leków antyrakowych stosowanych w terapii PDT. (opiekun: prof. zw. dr hab. inż. Jarosław Polański) 5. Joanna Malarz Nowe pochodne isoxazoli: projektowanie, synteza, ich aktywność antybakteryjna i antyrakowa. (opiekun: Prof. dr hab. inż. Stanisław Krompiec) 6. Jakub Poła Modelowanie przepływów krwi, procesów krzepnięcia i hemolizy w zastosowaniu do optymalnego planowania operacji. (opiekun: dr hab. prof. UŚ Marcin Kostur) 7. Karol Miszalski-Jamka Zastosowanie technologii GPU do rozpoznawania i analizy (np. rezonansu magnetycznego). (opiekun: dr hab. prof. UŚ Marcin Kostur) 3
8. Anna Nowak Wpływ nanostruktury na własności elektronowe perowskitów ABO_3. (opiekun: prof. dr hab. Jacek Szade) 9. Natalia Woźnica Struktura nanowęgli w atomowej skali: modelowanie i doświadczalna weryfikacja metodami dyfrakcji rentgenowskiej i spektroskopii Ramana. (opiekun: prof. zw. dr hab. Andrzej Burian) 10. Grzegorz Ziółkowski, Krzysztof Ociepka Magnetyczne klastery w połączeniu z diamagnetycznymi półprzewodzącymi nanostrukturami. (opiekun: prof. dr hab. Grażyna Chełkowska; dr hab. inż. Artur Chrobak) 11. Bartłomiej Gardas Kontrola nano- i mezoukładów nieklasycznymi polami elekromagnetycznymi. (opiekun: dr hab. prof. UŚ Jerzy Dajka) STYPENDYŚCI 2012 1. Michał Januszewski Wysokowydajne obliczenia dynamiki płynów na procesorach graficznych (GPU) metodą siatkową Boltzmanna w zastosowaniu do aerodynamiki samolotów bezzałogowych w ekstremalnych stanach lotu. (opiekun: dr hab. prof. UŚ Marcin Kostur) 2. Katarzyna Jesionek Zastosowanie symulacji dynamiki cieczy oraz ośrodków sprężystych w symulatorach operacji chirurgicznych. (opiekun: dr hab. prof. UŚ Marcin Kostur) 3. Justyna Wójcik, Marta Olszówka Projektowanie, synteza, badania fizyczne, in vitro i in vivo nowych pochodnych chloryn połączonych z nanoscyntylatorami pod kątem ich zastosowania w nowotworowej terapii (PDT). (opiekun: prof. zw. dr hab. Alicja Ratuszna, dr hab. prof. UŚ Monika Musiał) 4. Maciej Serda Projektowanie i synteza azanoftalenów jako potencjalnych leków antyrakowych stosowanych w terapii PDT. (opiekun: prof. zw. dr hab. inż. Jarosław Polański) 5. Joanna Malarz Nowe pochodne isoxazoli: projektowanie, synteza, ich aktywność antybakteryjna i antyrakowa. (opiekun: Prof. dr hab. inż. Stanisław Krompiec) 6. Jakub Poła Modelowanie przepływów krwi, procesów krzepnięcia i hemolizy w zastosowaniu do optymalnego planowania operacji. (opiekun: dr hab. prof. UŚ Marcin Kostur) 7. Anna Nowak Wpływ nanostruktury na własności elektronowe perowskitów ABO_3. (opiekun: prof. dr hab. Jacek Szade) 8. Natalia Woźnica Struktura nanowęgli w atomowej skali: modelowanie i doświadczalna weryfikacja metodami dyfrakcji rentgenowskiej i spektroskopii Ramana. (opiekun: prof. zw. dr hab. Andrzej Burian) 9. Grzegorz Ziółkowski, Krzysztof Ociepka Magnetyczne klastery w połączeniu z diamagnetycznymi półprzewodzącymi nanostrukturami. (opiekun: prof. dr hab. Grażyna Chełkowska; dr hab. inż. Artur Chrobak) 4
10. Dawid Wiesław Crivelli Modelowanie własności transportowych nanoukładów daleko od równowagi termodynamicznej. (opiekun: prof. dr hab. Marcin Mierzejewski) 11. Bartłomiej Gardas Kontrola nano- i mezoukładów nieklasycznymi polami elekromagnetycznymi. (opiekun: dr hab. prof. UŚ Jerzy Dajka) 12. Sławomir Kula Projektowanie, otrzymywanie i badanie właściwości pochodnych tiofenu nowych nanomateriałów dla organicznej elektroniki (opiekun: Prof. dr hab. inż. Stanisław Krompiec) 13. Maciej Kapkowski Wykorzystanie nanometali jako katalizatorów w syntezie organicznej (opiekun: prof. zw. dr hab. inż. Jarosław Polański) 14. Patrycja Kozub Projektowanie, synteza i badanie nanonośników liposomowych do transferu leków (porfiryn, chloryn) do komórek nowotworowych (opiekun: prof. zw. dr hab. Alicja Ratuszna) 15. Marta Kempa Badanie aktywności fotouczulaczy stosowanych w terapii PDT metodami fizykochemicznymi (opiekun: prof. zw. dr hab. Alicja Ratuszna) W sumie w latach 2011-2013 roczne stypendia otrzymało 15 doktorantów oraz 9 miesięczne stypendia w roku 2013 otrzymało 4 doktorantów. Łącznie 19 doktorantów. RADA PROGRAMOWA Radę Programową która dbała o prawidłowe wykonanie projektu stanowiły następujące osoby: prof. dr hab. Jacek Szade, prof. dr hab. Grażyna Chełkowska, prof. dr hab. Marcin Mierzejewski, prof. dr hab. inż Stanisław Krompiec, prof. dr hab. Alicja Ratuszna, prof. UŚ, dr hab. Monika Musiał, prof. dr hab. inż. Jarosław Polański, prof. dr hab. Andrzej Burian, prof. dr hab. Stanisław Kucharski, prof. dr hab. Jerzy Łuczka, prof. UŚ dr hab. Jerzy Dajka prof. dr hab. Janusz Gluza KOORDYNATOR PROJEKTU SZKOLENIA GRUPOWE 1. SZKOLENIE Z ZAKRESU KOMERCJALIZACJI WIEDZY obowiązkowe wsparcie dla stypendystów projektu. Prowadzący: Dariusz Laska, Mariusz Grzesiczak termin: 19 23.03.2012 r. ilość godzin: 25 godzin całość szkolenia Ilość osób:13 2. SZKOLENIE INTERPRETACJI WIDM NMR Prowadzący: Dr inż. Tadeusz Bieg; Dr inż. Andrzej Skibiński termin: 22.04. 05.07.2013 r. 5
ilość godzin: 60 godzin całość szkolenia Ilość osób: 25 SZKOLENIA INDYWIDUALNE 1. Selvita S.A. Park Life Science SZKOLENIE W ZAKRESIE WSPÓŁPRACY PRZEMYSŁ - UCZELNIA Doktorant / stypendysta TWING: Maciej Serda okres: 08 25.07.2013 r. 112 godzin 2. Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu Wydział Chemii Zakład Chemii Metaloorganicznej SZKOLENIE W ZAKRESIE TECHNIKI PRACY NA LINIACH PRÓŻNIOWYCH Doktorantka / stypendystka TWING: Joanna Malarz okres: 26.06 06.07.2013 r. 56 godzin 3. Instytut Chemii Organicznej PAN SZKOLENIE W ZAKRESIE NOWOCZESNYCH TECHNIK SPEKTROMETRII MAS Pracownik Instytutu Chemii UŚ: dr Dorota Staszek okres: 19.08 26.09.2013 r. 112 godzin 4. University of North Texas, Health Science Center Center for Commercialization of Fluorescence Technologies (CCFT) oraz University of North Texas Health Science Center SZKOLENIE W ZAKRESIE TECHNIK SPEKTROSKOPOWYCH Doktorantki / stypendystki TWING: Marta Kempa, Patrycja Kozub okres: 04.07. 22.08.2013 r. 200 godzin/os 5. IMMM Institut des Molécules & Matériaux du Mans Université du Maine UFR Sciences STAŻ BADAWCZY Doktorantka / stypendystka TWING: Natalia Woźnica okres: 11.06 25.06.2013 r. 112 godzin SEMINARIA Linki do programów znajdują się na stronie: http://twing.us.edu.pl/wydarzenia/ 1. Seminarium inaugurujące projekt TWING pt. Przedsiębiorstwa oparte na wiedzy, Termin: 14.12.2011 r. Miejsce: Sala Rady Instytutu Fizyki Uniwersytetu Śląskiego Ilość osób które wzięły udział: 73 Czas trwania: 6 h 2. Seminarium inaugurujące II rok projektu TWING pt.: Przedsiębiorstwa oparte na wiedzy, Termin: 13.12.2012 r. Miejsce: Sala Rady Instytutu Fizyki Uniwersytetu Śląskiego Ilość osób które wzięły udział: 57 Czas trwania: 6 h 6
3. Seminarium równościowe pt.: Śląskie ambasadorki innowacji Termin: 28.05.2013 r. Miejsce: Aula II Instytutu Fizyki Uniwersytetu Śląskiego Ilość osób które wzięły udział: 64 Czas trwania: 4 h 4. Seminarium podsumowujące realizację projektu TWING, z udziałem przedstawicieli regionalnej gospodarki pt.: TWING: droga do transferu Termin: seminarium planowane na 26.09.2013 r. Miejsce: Śląskie Międzyuczelniane Centrum Edukacji i Badań Interdyscyplinarnych w Chorzowie. przewidywaną ilość osób: 60 os./ planowany czas trwania 4 h STAŻE Stypendyści odbyli 300 godzinne staże naukowo-badawcze: 1. Flytronic Sp. z o.o. Michał Januszewski 2. Dynamax sp. z o.o. Patrycja Kozub Marta Kempa Anna Nowak Krzysztof Ociepka Justyna Wójcik 3. Fundacja Rozwoju Kardiochirurgii im. prof. Zbigniewa Religi Katarzyna Jesionek Karol Miszlski-Jamka Jakub Poła 4. Biochefa Farmaceutyczny Zakład Naukowo-Produkcyjny Marzena Rams-Baron Maciej Serda 5. SGL Carbon Polska S.A. Natalia Woźnica 6. Instytut Metali Nieżelaznych Joanna Malarz Kapkowski Maciej 7. WASKO S.A. Bartłomiej Gardas 8. Nanoactiv Sp. z o.o., ul. 11 Listopada, 40-387 Katowice Grzegorz Ziółkowski 9. Syntal Chemicals sp. z o.o. Sławomir Kula 7
PATENTY I WDROŻENIA 1. M. Serda, R. Musioł, A. Mrozek-Wilczkiewicz, A. Szurko, M. Rams-Baron, J. Gołąb, A. Muchowicz, A. Ratuszna, J. Polański: Pochodne chinoliny zawierające układ tiosemikarbazonu oraz ich zastosowanie, zgłoszenie patentowe: P-396353, 2011 2. S. Krompiec, J. Malarz, C. Pietraszuk, B. Powała, S. Rogalski, M. Filapek, B. Marcol, M. Penkala, E. Kowalska, J. Polański, A. Słodek, S. Kula, I. Grudzka, P. Bujak, Trisubstituted isoxazolines and the method for their synthesis, zgłoszenie patentowe: Nr. P.401 600. (14.11.2012). 3. S. Krompiec, J. Malarz, C. Pietraszuk, B. Powała, S. Rogalski, M. Filapek, M. Penkala, E. Kowalska, J. Polański, A. Słodek, B. Marcol, S. Kula, I. Grudzka, P. Bujak, Izoksazoliny tripodstawione w pozycjach 3, 4 i 5 oraz sposób ich otrzymywania, zgłoszenie patentowe Nr. P-401601. (14.11.2012). 4. S. Krompiec, J. Malarz, C. Pietraszuk, B. Powała, S. Rogalski, M. Filapek, M. Penkala, E. Kowalska, J. Polański, A. Słodek, B. Marcol, S. Kula, I. Grudzka, P. Bujak, Izoksazoliny 3,4,5-tripodstawione oraz sposób ich otrzymywania, zgłoszenie patentowe: Nr. P-401602. (14.11.2012). 5. S. Krompiec, S. Kula, M. Filapek, T. Flak, I. Grudzka, Nowa pochodna acetylenu oraz sposób jej otrzymywania, zgłoszenie patentowe: Nr. P.402458. (17.01.2013). 6. S. Krompiec, J. Malarz, M. Filapek, M. Paluch, S. Pawlus, C. Pietraszuk, B. Powała, S. Rogalski, B. Marcol, M. Penkala, S. Kula, Sposób otrzymywania 3,4,5-tripodstawionych izoksazolin, zgłoszenie patentowe Nr. P-402909. (26.02.2013). 7. S. Krompiec, M. Filapek, K. Janicka, D. Błach, S. Kula, M. Paluch, S. Pawlus, 3,5-dipodstawione oraz 3,4,5-tripodstawione izoksazole oraz sposób ich otrzymywania, zgłoszenie patentowe: Nr. P.403324. (27.03.2013). 8. J. Polański, P. Bartczak, M. Korzec, M. Kapkowski, Nanokatalizator Pd/Cu, sposób jego otrzymywania oraz zastosowanie, zgłoszenie patentowe Nr w toku nadania 9. J. Polański, P. Bartczak, M. Korzec, M. Kapkowski, Sposób otrzymywania struktur zawierających cząstki o rozmiarach manometrycznych i/lub submikrometrycznych na nośnikach, zgłoszenie patentowe Nr w toku nadania 10. J. Poła Biblioteka oprogramowania SpeedIT 2.3, SpeedIT OpenCL. http://speedit.vratis.com/ 11. J. Poła Opracowanie modeli przepływu krwi z wykorzystaniem biblioteki oprogramowania SpeedIT. Wykorzystane w komercyjnym projekcie pt. Prototyp serwerowego Systemu Akceleracji zadań Analizy i wizualizacji obrazów mikroskopowych oraz Symulacji przepływów krwi do wykorzystania w biomedycznych systemach teleinformatycznychdla dla firmy Vratis. 12. J. Poła Symulacje przepływu krwi z wykorzystaniem modelu turbulencji SST k ω oraz biblioteki oprogramowania SpeedIT. Wykorzystane w komercyjnym projekcie pt. Prototyp serwerowego Systemu Akceleracji zadań Analizy i wizualizacji obrazów mikroskopowych oraz Symulacji przepływów krwi do wykorzystania w biomedycznych systemach teleinformatycznychdla dla firmy Vratis. 13. Jarosław Polański, Maciej Serda, Anna Mrozek-Wilczkiewicz, Robert Musioł, Alicja Ratuszna, Mariusz Grzesiczak, Jakub Gołąb, Angelika Muchowicz, Nowe pochodne tiosemikarbazonów, ich kompozycje farmaceutyczne oraz ich zastosowanie, 2012, P.402030. POSTERY WYSTĄPIENIA NA KONFERENCJACH, SEMINARIA 1. Left Ventricular Twist Abnormalities in Patients With Left Ventricular Non-compaction. A Cardiovascular Magnetic Resonance Study. SCMR 15th Annual Scientific Sessions, Orlando, Fl, USA, Feb 2012, Karol Miszalski-Jamka 2. The Rationale for Different Cut-off Values of Non-Compacted to Compacted Ratio in the Diagnosis of Left Ventricular Non-Compaction. American College of Cardiology ACC, Chicago, USA, 24-27 marzec 2012 3. Paradoxical Increase in Left Ventricular Twist in Patients With Left Ventricular Non-Compaction With Preserved Ejection Fraction. EuroCMR Annual Meeting, Vienna, Austria, 17-19 maj 2012 ( Nagroda za Najlepszy Poster), K.Miszalski-Jamka 8
3. Computational design of porphyrin-based photosensitizers with enhanced NIR absorption ; I ogólnopolska konferencja naukowa pt. Pomiędzy naukami zjazd fizyków i chemików, Katowice, J. Wójcik 4. Computational design of porphyrin-based photosensitizers with enhanced NIR absorption ; 4th Photochemistry Summer School 2012 Photochemistry, fundamentals and applications, Wijk Aan Zee, Holandia, J. Wójcik 5. Zastosowanie nanokatalizatorów złota w selektywnym utlenianiu gliceryny Dokonania Naukowe Doktorantów Kraków, 20.04.2013, M. Kapkowski 6. Investigation of cyclohexene oxidation mechanism over nanogold catalyst using NMR and GC-MS methods XXXVI Sympozjum Chromatograficzne Metody Badania Związków Organicznych Szczyrk, 5 7.06.2013, M. Kapkowski 7. Badanie aktywności nanokatalizatorów Au/SiO2 w reakcji utleniania cykloheksenu w układzie polarnym Konferencja kryształki molekularne 2013 Gdańsk, 10-12.07.2013, M. Kapkowski 8. Workshop on Analysis of Diffraction Data in Real Space w Grenoble we Francji (12.10-14.10 2011), poster: Graphene-like structure of activated anthracites, N. Woźnica 9. W trakcie konferencji Carbon 2012 w Krakowie (17.06-22.06.12), poster: The structure of anthracite and saccharose based carbons, N. Woźnica 10. Workshop on Analysis of Diffraction Data in Real Space w Grenoble we Francji (18-22.03 2013), poster: "The structure of graphene", N. Woźnica 11. A.Nowak, K.Szot, J.Szade, B.Schmelzer Badanie struktury atomowej i elektronowej nanowarstw tlenków tantalu i niobu XI seminarium Katowicko- Krakowskie Śląskie Międzyuczelniane Centrum Edukacji i Badań Interdyscyplinarnych w Chorzowie, 14.12 2012 12. Anna Nowak, Krzysztof Szot, Jacek Szade, Sebastian Schmelzer "Structural and electronic structure studies of the TaxOy and Pt/TaxOy thin films" EUROMAT 2013 7-13.09.2013 Sewilla, Hiszpania 13. Magnetic properties of Tb(Ni 0.95 Fe 0.05 ) 3 crystalline compound and powder, Conference on Applied Crystallography, Targanice, Polska 02 06.09.2012, K. Ociepka 14. Magnetic properties of Tb(Ni 1-x Fe x ) 3 (x = 0.05, 0.20, 0.60) crystalline compounds and powders, XI seminarium Katowicko- Krakowskie w SMCEBI 14.12.2012, K. Ociepka 15. Magnetic properties of Tb(Ni 1-x Fe x ) 3 (x = 0.2, 0.6) crystalline compounds and powders, SMAG 13 15th Czech and Slovak Conference of Magnetism, Słowacja, Košice 17 21.06.2013, K. Ociepka 16. 04-08.02.2012, 39th Winter School of Faculty of Biochemistry, Biotechnology and Biophysics, Jagiellonian University, Zakopane ; "The investigation of antifungal and antitumor properties of novel heteroaromatic iron chelators" Serda M., Musioł R., Mrozek-Wilczkiewicz A., Richardson D., Polański J. 17. 30.05.-2.06 2012 VIII Multidyscyplinarna Konferencja Nauki o Leku, Rawa Mazowiecka, The biological activity of sugar derivatives based on quinoline scaffold, Roman Komor, Wioleta Kowalczyk, Robert Musiol, Gabriela Pastuch Gawołek, Jaroslaw Polanski, Maciej Serda 18. 7.07.-10.07.2012, 22 nd Conference of European Association of Cancer Research, Barcelona, The application of novel iron chelators in cancer treatment, Maciej Serda, Robert Musiol, Anna Mrozek- -Wilczkiewicz, Jaroslaw Polanski, Des R. Richardson. 19. 2.09-6.09 2012, 22 nd International Symposium on Medicinal Chemistry, Berlin; The application of heteroaromatic thiosemicarbazones in cancer treatment ; Maciej Serda, Robert Musiol, Anna Mrozek-Wilczkiewicz, Andrzej Bąk, Jaroslaw Polanski, Des R. Richardson 20. 5.10.2012, Pomiędzy Naukami, Zjazd fizyków i chemików; Chorzów; Chelatory żelaza- nowe podejście do terapii przeciwnowotworowej Maciej Serda, Robert Musioł, Anna Mrozek-Wilczkiewicz, Jarosław Polański, Alicja Ratuszna 21. 16.11-17.11.2013 XVI Gliwice Scientific Meetings, The application of heteroaromatic thiosemicarbazones in cancer treatment Maciej Serda, Robert Musioł, Anna Mrozek-Wilczkiewicz, Alicja Ratuszna, Jarosław Polański 9
22. 16.02-21.02 2013 40th Winter School of Faculty of Biochemistry, Biotechnology and Biophysics, Jagiellonian University, Zakopane, Iron chelators- a highway or dead-end in chemotherapy? Maciej Serda, Anna Mrozek-Wilczkiewicz, Robert Musioł, Des Richardson, Jarosław Polański 23. 30.06-4.07. 2013, VII Joint Meeting on Medicinal Chemsitry, Lublin, Studies on anti-cancer iron chelators, Maciej Serda, Anna Mrozek-Wilczkiewicz, Danuta Kalinowski, Robert Musioł, Des Richardson, Jarosław Polański 24. The European Conference: Physics of Magnetism 2011, 27.06-01.07.2011 Poznań, Polska, G. Ziółkowski 25. Synthesis of hybrid organic-inorganic nanoparticles for innovative nanostructured composites, 28.02-02.03.2011 Neapol, Włochy, G. Ziółkowski 26. 4. SCTE2012 18th International Conference on Solid Compounds of Transition Elements. 31.03-05.04.2012. Lizbona, Portugalia, G. Ziółkowski 27. Conference on Applied Crystallography, 02-06.09.2012 Targanice, Polska, G. Ziółkowski 28. 15 th Czech and Slovak Conference on Magnetism, 17-21.06.2013, Košice, Słowacja, G. Ziółkowski 29. 18-23. 06. 2012, M.Rams-Baron, A. Szurko, F.-P. Montforts, D. Bauer, E. Talik, A. Ratuszna "Photodynamic activity of novel chlorin derivatives photophysical characterization and biological in vitro studies" ESP Photobiology School, Brixen, Włochy wystąpienia ustne: 1. I ogólnopolska konferencja studentów i doktorantów pt. Pomiędzy naukami zjazd fizyków i chemików, 05.10.2012, Chorzów, Polska, G. Ziółkowski 2. Materiały Węglowe I Kompozyty Polimerowe w Ustroniu Jaszowcu (13 16.11.12), prezentacja "The structure of cellulose and saccharose based activated carbons", N. Woźnica 3. ICSFS16 (International Conference on Solid Film and Surface) pt. Electronic structure studies of prototype oxides for resistive switching Nb2O5 and Ta2O5 w dniach 1.07-6.07.2012 w Genui, Włochy, A. Nowak 4. Wpływ mielenia na własności magnetyczne Tb(Ni 1-x Fe x ) 3 (x = 0.05, 0.10): I ogólnopolska konferencja studentów i doktorantów pt. Pomiędzy naukami zjazd fizyków i chemików, 05.10.2012, w SMCEBI, K. Ociepka. 5. 30.05.-2.06 2012 VIII Multidyscyplinarna Konferencja Nauki o Leku, Rawa Mazowiecka, Iron chelators- the novel perspective in cancer treatment Serda M. 6. 13.09.-15.09. 2012 V Konwersatorium Chemii Medycznej, Lublin; Thiosemicarbazones as anti- -cancer iron chelators, Serda M. 7. 8.03.-10.03 2013 Śląska Biofarma, Bochnia; Chelatory żelaza- synteza i właściwości, Serda M. 8. Sailfish: massively parallel LBM simulations with open source software on GPUs, 22nd International Conference on the Discrete Simulation of Fluid Dynamics; Yerevan, Armenia. 15-19 lipca 2013, M. Januszewski. 9. Sailfish: Lattice Boltzmann Fluid Simulations with GPU and Python, GPU Technology Conference 2012, San Jose, USA. 2012, M. Januszewski. 10. J. Malarz, S. Krompiec, C. Pietraszuk, J. Jampilek, M. Vejsová, P. Bujak, R. Musioł, J. Polański, Metateza i izomeryzacja związków allilowych w syntezie izoksazolin, Zjazd PTChem i SITPChem Białystok, 16-21 września 2012. 11. J. Malarz, S. Krompiec, C. Pietraszuk, Synthesis of new trisubstituted isoxazolines, From Molecule to Material. Chemistry for the Future, Central European School on Physical Organic Chemistry, Przesieka, 27-31 maja 2013. 12. Joanna Malarz, Stanisław Krompiec, Cezary Pietraszuk, Synteza 3,4,5-tripodstawionych izoksazolin, Zjazd PTChem i SITPChem Siedlce, 16-20 września 2013. 10
Publikacje 1. B. Gardas and Z. Puchała J. Math. Phys. 53, 012106 (2012) 2. G. Ziółkowski, A. Chrobak, N.Randrianantoandro, G. Chełkowska, Numerical analysis of time dependent effects in bulk nanocrystalline hard magnets. Solid State Phenomena 194 (2012) 62-66. 3. K. Ociepka, A. Bajorek, A. Chrobak, G. Chełlkowska. Magnetic properties of Tb(Ni 0.95 Fe 0.05 ) 3 crystalline compound and powder. Solid State Phenomena 203-204 (2013) 292-295, doi:10.4028/www. scientific.net/ssp.203-204.292 4. Mateusz Dulski, Marta Kempa, Patrycja Kozub, Justyna Wójcik, Marcin Rojkiewicz, Piotr Kuś, Agnieszka Szurko, Alicja Ratuszna, Roman Wrzalik, DFT/TD-DFT study of solvent effect as well the substituents influences on the different features of TPP derviatives for PDT application, Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 104, 315 327 5. Marcin Rojkiewicza, Piotr Kuś, Patrycja Kozub, Marta Kempa; The synthesis of new potential photosensitizers [1]. Part 2. Tetrakis-(hydroxyphenyl)porphyrins with long alkyl chain in the molekule; Dyes and Pigments; 2013, Vol 99, 627 635. 6. Kapkowski M., Bartczak P., Polański J., Zastosowanie nanokatalizatorów złota w selektywnym utlenianiu gliceryny, Kraków: Creativetime, 2013. ISBN 978-83-63058-34 7. J.G. Małecki, A.Maroń, M.Serda, J.Polański, Ruthenium(II) carbonyl complexes with thiosemicarbazone ligands, Polyhedron 56 (2013)44 54 8. Serda M. Małecki J.G., Mrozek Wilczkiewicz A., Musioł R., Polański J., Microwave assisted synthesis, X-ray crystallography and DFT calculations of selected aromatic thiosemicarbazones Journal of Molecular Structure, 2013, 1037, 63 72. 9. Cieslik W., Serda M., Kurczyk A., Musiol R., Microwave assisted synthesis of monoazanaphthalene scaffolds, Current Organic Chemistry, 2013, 17, 491-503 10. Serda M., Mrozek-Wilczkiewicz A., Jampilek J., Pesko M., Kralova K., Vejsova M., Musiol R., Ratuszna A., Polanski J., Investigation of the Biological Properties of (Hetero) Aromatic Thiosemicarbazones, Molecules, 2012, 17, 13483-13502. 11. M. Olszówka, M. Musiał, Coupled cluster calculations in the (0,2) and (2,0) sectors of the Fock space for the lowest electronic states, Mol. Phys. 12. Jakub Pola Wojciech Tarnawski, Lukasz Miroslaw. Semi-automated volumetric mesh generation in medical imaging. In 4th International Workshop 2013 on Computational Phantoms. 13. Graphene-like structure of activated anthracites L. Hawelek et al, 2012 J. Phys.: Condens. Matter 24 495303 (N. Woźnica) 14. The atomic scale structure of nanographene platelets studied by X-ray diffraction, high-resolution transmission electron microscopy and molecular dynamics, L. Hawelek et al, 2013, Diamond and Related Materials, 35 40 (N. Woźnica) 15. A.Nowak, J.Szade, E.Talik, A.Ratuszna, M.Ostafin and J.Peszke Structural, spectroscopic and biological investigation of copper oxides nanoparticles with various capping agents publikacja w recenzji w czasopiśmie Material Physics and Chemistry 16. Riccati equation in studies of spin-boson systems, B. Gardas, PhD thesis, Katowice 2013 17. A. Kuzmin, M. Januszewski, D. Eskin, F. Mostowfi, J.J. Derksen, Lattice Boltzmann study of mass transfer for two-dimensional Bretherton/Taylor bubble train flow, Chemical Engineering Journal, Volume 225, 1 June 2013, Pages 580-596, ISSN 1385-8947, http://dx.doi.org/10.1016/j.cej.2013.03.123. 18. M Matyka, Z Koza, J Gołembiewski, M Kostur, M Januszewski, Anisotropy of flow in stochastically generated porous media; Phys Rev E 88 023018 19. M. Mierzejewski, T. Prosen, D. Crivelli and P. Prelovsek, Eigenvalue Statistics of Reduced Density Matrix during Driving and Relaxation, Phys. Rev. Lett. 110, 200602 20. The Fulde Ferrell Larkin Ovchinnikov State in Pnictides, Andrzej Ptok, Dawid Crivelli, J Low Temp Phys, DOI 10.1007/s10909-013-0871-0 11
21. A.Chrobak, G.Ziółkowski, G.Haneczok. Influence of cooling rate on magnetic properties of (Fe80Nb- 6B14)1-xTbx type of bulk nanocrystalline alloys. Wysłane do Acta Physica Polonica A 22. G.Ziółkowski, A.Chrobak, N.Randrianantoandro, J.Klimontko. Phase structure and magnetic properties of Fe-Nb-B-Pt type of bulk nanocrystalline alloys. Wysłane do Acta Physica Polonica A 23. A.Chrobak, G.Ziółkowski, N.Randrianantoandro. Phase stability of (Fe80Nb6B14)0.9Tb0.1 bulk nanocrystalline magnet. Wysłane do Acta Physica Polonica A 24. A. Szurko; M. Rams-Baron; F.-P. Montforts; D. Bauer; J. Golab; E. Talik; A. Ratuszna "Cellular retention kinetics, subcellular localization and photodynamic activity evaluation against colon adenocarcinoma cells parallel to the photophysical properties of novel amphiphilic chlorin e6 derivatives", Wysłane do Free Radical Biology and Medicine 25. Justyna Wójcik, Jerzy Peszke, Alicja Ratuszna, Piotr Kuś, Roman Wrzalik, Theoretical investigation of porphyrin-based photosensitizers with enhanced NIR absorption w recenzji w czasopiśmie. Wysłane do Physical Chemistry Chemical Physics 26. K.Ociepka, A. Bajorek, A. Chrobak, G. Chełkowska, K. Prusik. Magnetic properties of Tb(Ni 1-x Fe x ) 3 (x = 0.2, 0.6) crystalline compounds and powders. Wysłane do Acta Physica Polonica A. 27. J. Poła, M. Januszewski, K. Jesionek, A. Kosior, L. Mirosław, M. Kostur, Comparative analysis of GPU-based lattice Boltzmann and Finite Volume methods in applications to hemodynamical flows. Wysłane do Computer Physics Communications. 28. Anna Mrozek-Wilczkiewicz, Maciej Serda, Robert Musiol, Grzegorz Malecki, Agnieszka Szurko, Angelika Muchowicz, Jakub Golab, Alicja Ratuszna and Jaroslaw Polanski, Synergistic Photodynamic Effect by Novel Highly Active Thiosemicarbazone Iron Chelators. Wysłane do Chemistry -A European Journal 29. S. Krompiec, P. Bujak, J. Malarz, M. Krompiec, Ł. Skórka, T. Pluta, W. Danikiewicz, M. Kania, J. Kusz,An isomerization - 1,3-dipolar cycloaddition tandem reaction towards the synthesis of 3-aryl- -4-methyl-5-O-substituted isoxazolines from O-allyl compounds, Tetrahedron2012, 68, 6018-6031. W PRZYGOTOWANIU: 1. A. Nowak, J.Persson, B.Schmelzer, J.Szade, K.Szot, Low temperature reduction in Ta and Nb oxides thin films 2. N. Woźnica, Ł. Hawełek, I. Bobrinietskiy, H. Fischer, A. Burian The atomic scale structure of graphene powder by neutron and X-ray diffraction 3. M. Januszewski, M. Kostur, Sailfish: a flexible multi-gpu implementation of the lattice Boltzmann method, do wyslania do Journal of Computational Physics 4. S. Krompiec, A. Słodek, I. Grudzka, M. Filapek, S. Kula, J. Malarz, J. G. Małecki, G. Szafraniec, M. Penkala, M. Paluch, S. Pawlus, B. Marcol, W. Danikiewicz, M. Kania, From 5-Lithio-2,2'-bithiophene to new derivatives containing bithiophene moiety, Adv. Synth. Catal., przewidywany termin wysłania do redakcji to wrzesień 2013 5. S. Krompiec, C. Pietraszuk, J. Malarz, B. Powała, S. Rogalski, M. Filapek, M. Penkala, J. G. Małecki, W. Danikiewicz, M. Kania, M. Paluch, S. Pawlus, Ruthenium and high pressure activated reaction for trisubstitutedisoxazolines synthesis from allyl compounds,adv. Synth. Catal., przewidywany termin wysłania do redakcji to wrzesień 2013 Prace lub odnośniki do publikacji w odpowiednim czasopismie znajdują się na stronie www projektu. INDYWIDUALNE RAPORTY STYPENDYSTÓW PODSUMOWANIE PROJEKTÓW: 12
Stypendysta: mgr Michał Januszewski Opiekun naukowy: dr hab. prof. UŚ Marcin Kostur Wielkoskalowe obliczenia komputerowej dynamiki płynów na procesorach graficznych - pakiet Sailfish Od około 5 lat procesory graficzne (GPU) znajdują coraz szersze zastosowanie w wielu dziedzinach nauki, techniki i przemysłu, gdzie pozwalają wykonywać zadania obliczeniowe o wiele szybciej i taniej niż jest to możliwe przy użyciu standardowych procesorów. Na początku projektu TWING w 2011 roku, pakiet Sailfish rozwijany na Uniwersytecie Śląskim w Katowicach i implementujący metodę siatkową Boltzmanna pozwalał na wykonywanie prostych symulacji przepływu cieczy z wykorzystaniem jednego GPU. Stanowiło to poważne ograniczenie w jego praktycznych zastosowaniach ze względu na ograniczoną ilość pamięci i co za tym idzie, wielkość symulacji. W trakcie 2 lat pracy w ramach projektu, Sailfish został znacznie rozbudowany i może być obecnie wykorzystywany do symulacji wielu typów przepływów, przykłady których podamy poniżej. Pakiet ten stał się również najbardziej zaawansowanym oprogramowaniem open source do symulacji metodą siatkową Boltzmanna i wykorzystującym GPU. Wydajność symulacji jest porównywalna lub lepsza do wyników publikowanych wcześniej w literaturze fachowej. Udało się również opracować nowatorskie, nieprezentowane wcześniej rozwiązania poprawiające wydajność symulacji dwufazowych (Shan-Chen, model energii swobodnej) i symulacji metodą entropową. Wsród najważniejszych nowych elementów należy wymienić: Wsparcie dla rozproszonych symulacji na klastrach GPU. Udało się uzyskać bardzo dobre słabe i silne skalowanie -- testowane były symulacje do 64 GPU na klastrze Zeus dostępnym w ramach projektu PLGRID. Dzięki tej funkcjonalności możliwe jest badanie geometrycznie dużych problemów, wymagających znacznej ilości pamięci operacyjnej. Nowe modele: model entropowy (pozwala na symulacje z dużą liczbą Reynoldsa), model zregularyzowany (bardziej stabilny niż standardowy model BGK) oraz model redukujący błędy zaokrągleń (poprawia dokładność szybkich symulacji w pojedynczej precyzji). Schemat dostępu do pamięci typu AA (50% redukcja użytej pamięci operacyjnej) oraz adresowanie niebezpośrednie (znaczna redukcja użytej pamięci w przypadku nieregularnych geometrii, np. pochodzących ze skanów CT albo z programów CAD). Nowe warunki brzegowe na wypływ (typu Yu, typu Neumanna, metoda kopiowania najbliższych sąsiadów) oraz ugólnienie wszystkich warunków brzegowych pozwalające na ich zmienność w czasie (ważne np. dla przepływów pulsacyjnych). Wsparcie dla wznawiania symulacji (checkpointing) i automatycznej jej weryfikacji w trakcie obliczeń (pozwalają na efektywniejsze wykorzystanie czasu obliczeniowego). Statystyki przepływu na GPU (pozwalają badać przepływy turbulentne bez spadku wydajności symulacji). Wstępna implementacja metody zanurzonej ścianki (ang. immersed boundary method), pozwalająca na budowanie modelu interakcji ciało stałe-ciecz (ważne w niektórych przepływach z zakresu hemodynamiki i zastasowaniach technicznych). Otrzymane wyniki były prezentowane na wykładach na GPU Technology Conference 2012 w San Jose w USA (największa konferencja poświęcona technologii kart graficznych w zastosowaniach naukowych i przemysłowych) oraz na konferencji Discrete Simulations in Fluid Dynamics 2013 w Erywaniu, w Armenii (jedna z dwóch głównych konferencji poświęconych metodzie siatkowej Boltzmanna). 13
Rysunek 1. Skalowanie wydajności symulacji pakietem Sailfish na klastrze do 64 GPU. Walidacja zaimplementowanych modeli W ramach rozwoju pakietu, wszystkie zaimplementowane modele zostały dokładnie zweryfikowane poprzez porównanie wyników symulacji wykonanych pakietem Sailfish z danymi literaturowymi lub przewidywaniami teoretycznymi: przepływ w zagłębieniu w trzech wymiarach dla liczby Reynoldsa 1000 (wszystkie modele jednofazowe: LBGK, MRT, zregularyzowany, ELBM), wir Kidy (w/w modele jednofazowe oraz model ELBM i Smagorinskiego dla liczb Reynoldsa > 100000), wir Taylora-Greena (badanie wpływu pojedynczej i podwójnej precyzji na dokładność wyników oraz wyznaczenie zakresu parametrów gdzie błędy w pojedynczej precyzji są minimalne), fala kapilarna i dwufazowy przepływ Poiseuille (modele dwufazowe: Shan-Chen, wolnej energii). Rysunek 2. Wir Kidy. Kwadrat prędkości cieczy dla Re = 4000.0 po t = 0.706 s 14
Praktyczne zastosowania pakietu Sailfish Dzięki dodanej nowej funkcjalności, pakiet Sailfish znalazł zastosowanie w wielu praktycznych problemach, których przykłady przedstawiono poniżej. Przepływy turbulentne Przy współpracy z Politechniką Federalną w Zurychu (ETH) rozpoczęliśmy badania różnych sposobów modelowania turbulentnego przepływu w kanale za pomocą metody siatkowej Boltzmanna. Pokazaliśmy zakres stosowalności prostego modelu LBGK i ścianek (metoda bounce-back), trwają badania modelu entropowego oraz zaawansowanych modeli ścianek (warunki brzegowe typu Tamm- -Mott-Smith). Przepływy w ośrodkach porowatych Badanie były dwa typy problemów: Rysunek 3. Izopowierzchnie wirowości w turbulentnym przepływie przez kanał. Kolor obrazuje szybkość przepływu cieczy. 1. Przepływ wody przez porowatą skałę (z rzeczywistą geometrią uzyskaną metodą mikrotomografii promieni X udostępnioną przez firmę Chevron); ze względu na duże użycie pamięci, symulacja wymagała klastra GPU; uzyskane wartości współczynnika przenikalności były zgodne z rozwiązaniem referencyjnym. 2. Anizotropia przepływu w ośrodkach porowatych przy współpracy z Uniwersytetem Wrocławskim; udało się wykazać zależność nierównoległości wektora prędkości przepływu i wektora siły wymuszającego w/w przepływ w zależności od stosunku wielkości ziaren do wielkości całej domeny symulacji. Rysunek 4. Powierzchnie stałej prędkości (0.01, 0.015) w symulacji przepływu wody przez skałę o porowatości ok. 14%. Kolor ilustruje rozkład ciśnienia. 15
Stypendystka: mgr Katarzyna Jesionek Opiekun naukowy: dr hab. prof. UŚ Marcin Kostur Zastosowanie symulacji dynamiki cieczy oraz ośrodków sprężystych w symulatorach operacji chirurgicznych Celem realizowanego projektu: Zastosowanie symulacji dynamiki cieczy oraz ośrodków sprężystych w symulatorach operacji chirurgicznych było wykorzystanie metod symulacji dynamiki cieczy do modelowania przypadków związanych z hemodynamiką. Testy walidacyjne Pierwszym zadaniem wykonanym w ramach realizowanego projektu było stworzenie testów walidacyjnych dla rozwijanego pakietu Sailfish. Dzięki nim po każdorazowej modyfikacji programu możliwe było szybkie upewnienie się, że działanie wszystkich elementów w dalszym ciągu jest prawidłowe. Stworzone testy walidacyjne oparte zostały na symulacji przepływu w zagłębieniu (ang. lid-driven cavity-ldc), który jest jednym ze standardowych testów walidacyjnych współczesnej obliczeniowej dynamiki płynów. Stworzone zostały testy dla przypadku dwu- i trójwymiarowego, dla różnych wartości liczby Reynoldsa. Wyniki symulacji porównywane były z danymi opublikowanymi w publikacjach. Przykładowy wynik pokazany jest na rys. 1. Warunki brzegowe swobodnego wypływu Rysunek 1. Wyniki testów walidacyjnych. Drugim ważnym elementem, o jaki został wzbogacony program Sailfish, były warunki brzegowe odpowiadające za swobodny wypływ z naczynia. W tym celu zastosowana została aproksymacja Grada. Jej główną zaletą jest lokalność. Do wyliczenia brakujących dystrybucji algorytm potrzebuje jedynie informacji na temat tego jakie wartości miały wszystkie dystrybucje w poprzednim kroku i nie korzysta on z funkcji rozkładu w innych węzłach. Dla szybkości działania symulacji ważne było bowiem by nie było konieczności kopiowania informacji o innych węzłach, gdyż ta operacja mogłaby znacznie spowolnić działanie symulacji. Aproksymacja Grada działa poprawnie zarówno dla przypadku dwu- jak i trójwymiarowego. 16
Symulacja transportu blaszki miażdżycowej w ściance naczynia krwionośnego W toku prac wyłonione zostało zagadnienie transportu blaszki miażdżycowej w ścianie naczynia. Dzięki wynikom uzyskanym w czasie symulacji przeprowadzonych oprogramowaniem Sailfish lub OpenFOAM możemy otrzymać rozkład naprężenia ścinającego działającego na ścianki naczynia (ang. Wall Shear Stress-WSS). Na podstawie tych wyników możliwe jest modelowanie transportu blaszki miażdżycowej. W tym celu opracowany został model symulacji takiego transportu oparty na metodzie stochastycznej, wykorzystujący możliwości kart graficznych. Oparty jest on o algorytm backward-ito. W wyniku symulacji otrzymywany jest rozkład stężenia LDL w zależności od położenia. Wykonane zostały symulacje jedno- i dwuwymiarowe. Przeprowadzono symulacje dla różnych wartości naprężenia ścinającego. Dla jednego wymiaru wyniki przedstawiono na rys. 2. Jak widać występuje duża zależność absorbcji cząstek LDL od WSS. Wyniki symulacji 2d przedstawi rys 3. Do rozważenia pozostaje kwestia wpływu tej zależności na długoterminowy proces akumulacji blaszki miażdżycowej. a) b) Rysunek 2. Wyniki symulacji 1D dla a) WSS=5.0 Pa i b) 0.5 Pa. ( wyniki otrzymane przy wykorzystaniu różnic skończonych, wynik symulacji statystycznej) Rysunek 3. Zależność stężenia blaszki miażdżycowej od położenia dla zmiennego WSS. W dalszym ciągu trwają również prace nad jeszcze większym przyspieszeniem działania algorytmu. Podsumowanie W celach projektu główny nacisk położony był na rozwój i wykorzystanie programu Sailfish. W czasie trwania projektu rozpoczęto jednak prace na nowym interesującym polu, jakim jest modelowanie transportu blaszki miażdżycowej. Temat ten związany jest z głównym tematem projektu mimo, iż nie było go w początkowych celach. Przeprowadzone prace pozwoliły na stworzenie narzędzi, które będą mogły być wykorzystane w dalszych badaniach. W najbliższym czasie otrzymane wyniki zostaną opublikowane. 17
Stypendystka: mgr Marzena Rams-Baron Opiekun naukowy: prof. zw. dr hab. Alicja Ratuszna Tematem pracy na Temat Projektu było Poszukiwanie aktywnych związków fotouczulających pod kątem ich aplikacji w fotodynamicznej diagnostyce i terapii nowotworowej. Badania zmierzające do tworzenia nowych, skutecznie i selektywnie działających związków fotouczulających są jednym z kierunków rozwoju terapii fotodynamicznej. Dużo uwagi poświęca się problemowi wybiórczego wychwytu fotouczulacza przez komórki nowotworowe i opracowywaniu strategii pozwalających na efektywny transport związków do komórek guza, przy równoczesnej zmniejszonej retencji w zdrowych tkankach. Pozytywne doniesienia na temat zastosowania fotouczulaczy z fragmentami cukrów były motywacją do stworzenia serii zupełnie nowych związków fotouczulających z grupy chloryn. Glikolizacja czyli przyłączenie cukrów, nie tylko modyfikuje właściwości amfifilowe związków ale również pozwala na ich specyficzne oddziaływanie z powierzchnią komórek guza. Związane jest to z nadekspresją wiążących cukier receptorów lektynowych przez niektóre typy nowotworów złośliwych. Ich obecność umożliwia wybiórcze oddziaływanie pomiędzy cząsteczką fotouczulacza a komórką nowotworową, podobne do oddziaływania antygen-przeciwciało. Ponadto, cechą charakterystyczną komórek nowotworowych jest zwiększony wychwyt glukozy oraz wzmożona glikoliza. Wszystko to sprawia, że przyłączenie fragmentów cukrów do cząsteczki fotouczulacza rozważane jest jako jedna ze strategii pozwalających na selektywny transport związków do komórek guza. W ramach pracy przeprowadzono badania pozwalające na charakterystykę fizykochemiczną oraz określenie aktywności biologicznej in vitro sześciu zupełnie nowych pochodnych chlorynowych. Potwierdzono, że wszystkie proponowane związki posiadają odpowiednie z punktu widzenia zastosowań w PDT właściwości fotofizyczne, takie jak silna absorpcja w długofalowym zakresie widma oraz czasy życia w stanie trypletowym, pozwalające na wydajne generowanie tlenu singletowego. Wśród badanych związków niezwykle obiecujące wydały się proponowane pochodne chloryny e6. To właśnie dla nich zaobserwowano najsilniejszy efekt terapeutyczny w badaniach in vitro, porównywalny do wyniku uzyskanego dla związków komercyjnych. Mimo wysokiej wydajności generowania tlenu singletowego, słabszy wynik badań biologicznych in vitro uzyskano dla pochodnych rozpuszczalnych w wodzie. Ich hydrofilowy charakter sprzyjał agregacji w środowisku komórkowym. Dodatkowo, wykazany brak fotostabilności również przyczynił się do uzyskania gorszego efektu terapeutycznego. W przypadku tych fotouczulaczy założone warunki badania efektu fotodynamicznego nie okazały się optymalne i aktualnie z dużym powodzeniem testuję ich skuteczność po podaniu przy pomocy nośników liposomowych. Rysunek 1. Fototoksyczność pochodnej chloryny e6. Przeżywalność komórek linii hct116 oraz hct116 p53-/- po 3,5-godzinnej inkubacji z badanymi pochodnymi chloryny w różnych stężeniach (0,5 μm 5 μm) i naświetleniu światłem czerwonym (20 J/cm2) w odniesieniu do niczym nie traktowanych komórek kontrolnych. 18
Rysunek 2. Zdjęcia komórek gruczolaka okrężnicy linii hct116, które po 3,5-godzinnej inkubacji z pochodną chloryny e6 podano naświetleniu światłem czerwonym (20 J/cm2) oraz zdjęcia nie traktowanych żadnym czynnikiem komórek kontrolnych. Zdjęcia zarejestrowano po 6 oraz 24 godzinach od zakończenia procedury naświetlania Badania wykonane w ramach pracy miały charakter badań podstawowych i pozwoliły na wyjaśnienie wielu kwestii dotyczących aktywności biologicznej i charakterystyki fizykochemicznej proponowanych fotouczulaczy. Wskazały również dalsze kierunki badań. Dla najaktywniejszego związku planowane są testy na modelach zwierzęcych. Oprócz badań skuteczności terapeutycznej omawianych chloryn po podaniu przy pomocy liposomów aktualnie badam także możliwość ich zastosowania w terapii kombinowanej z chelatorami żelaza. 19
Stypendystka: mgr Justyna Wójcik Opiekun naukowy: prof. zw. dr hab. Alicja Ratuszna Terapia fotodynamiczna (PDT, Photodynamic Therapy) jest formą fotochemioterapii, której skuteczność jest uwarunkowana obecnością trzech elementów: tlenu, światła o określonej długości fali oraz światłoczułego związku chemicznego, zwanego fotouczulaczem (PS). Fotouczulacz wzbudzony do pierwszego stanu sigletowego ( 1 PS*, S 1 ), w wyniku bezpromienistego przejścia interkominacyjnego, może przejść do metatrwałego stanu trypletowego ( 3 PS*, T 1 ) i reagować z tlenem występującym w podstawowym stanie trypletowym ( 3 O 2 ). Wówczas cząsteczka tlenu odbierając energię od cząsteczki fotouczulacza przechodzi w singletowy stan wzbudzony ( 1 O 2 ), a fotouczulacz wraca do swego stanu podstawowego ( 1 PS, S 0 ). Powstała w ten sposób reaktywna forma tlenu ma właściwości silnie utleniające i jest uważana za główny czynnik cytotoksyczny w PDT. Zbadanie właściwości spektralnych stanowi ważne zagadnienie w kontekście poznania procesów zachodzących w cząsteczkach fotouczulaczy w stanie podstawowym i w stanach wzbudzonych. Zastosowanie metod obliczeniowych DFT (Density Functional Theory) i TDDFT (Time-Dependent Density Functional Theory) z uwzględnieniem przejść pomiędzy stanami wibracyjnymi ukazało znaczny ich wpływ na kształt widm absorpcyjnych i emisyjnych porfiryn. Obliczenia te zostały wykonane za pomocą programu Gaussian 09 w oparciu o zasadę Franck a-condon a, która głosi że przejścia elektronowe zachodzą bez zmiany położenia jąder oraz, że najbardziej prawdopodobne są te przejścia, dla których maksymalna jest całka nakrywania funkcji wibracyjnych opisujących stany wibracyjne cząsteczki należące do dwóch różnych stanów elektronowych. W rzeczywistości jednak istnieją niewielkie przesunięcia jąder w trakcie wzbudzenia i dlatego dobrym przybliżeniem jest rozwinięcie dipolowego momentu przejścia elektronowego w szereg Taylora w otoczeniu położenia równowagi jednego ze stanów wzbudzonych: Rysunek 1. Wibracyjnie rozdzielcze widmo absorpcyjne wyznaczone metodą B3LYP przy użyciu bazy funkcyjnej 6-311+G** dla pasma Qx i Qy porfiny z uwzględnieniem przybliżenia FCHT (FC+HT) Pierwszy składnik tego rozwinięcia stanowi przybliżenie Franck a-condon a (FC), które zakłada że moment dipolowy pozostaje stały w trakcie przejścia i daje bardzo dobre wyniki w przypadku przejść dozwolonych. Natomiast drugi składnik stanowi przybliżenie Herzberg a-teller a (HT), które zakłada zmianę momentu dipolowego w trakcie przejścia; przybliżenie to jest istotne gdy mamy do czynienia z przejściami wzbronionymi. Zestawienie otrzymanych w wyniku obliczeń danych z danymi eksperymentalnymi umożliwia identyfikację oraz określenie pochodzenia poszczególnych pasm 20
obserwowanych w widmie UV-VIS. Opracowana technika obliczeń może stanowić podstawę do wyznaczenia teoretycznych widm fotouczulaczy z grupy chloryn. Rysunek 2. Wibracyjnie rozdzielcze widma emisyjne (a) i absorpcyjne (b) [cm -1 ] (kolor czarny) obliczone metodą B3LYP przy użyciu bazy funkcyjnej 6-311+G** dla pasma Qx porfiny z uwzględnieniem przybliżenia FC oraz określeniem charakteru przejść wibronowych najintensywniejszych pasm; udział przejścia 0-0 (kolor czerwony), nadtonów (kolor zielony) Fotouczulacze stosowane obecnie w terapii fotodynamicznej nowotworów nie są doskonałe m.in. ze względu na niską absorpcję światła w zakresie bliskiej podczerwieni. Istotną kwestią jest poszukiwanie takich związków fotouczulających, których pierwsze pasmo absorpcyjne Qx(0,0), tj. związane z przejściem S 0 S 1, mieści się w zakresie 700-800 nm. Z jednej strony jest to uwarunkowane tym iż promieniowanie świetlne z zakresu 700-1100 nm najgłębiej penetruje tkankę; z drugiej strony absorpcja fotonów o długości fali powyżej 800 nm nie zapewnia wystarczająco dużej energii stanu trypletowego fotouczulacza do wytworzenia tlenu singletowego, tj. powyżej 1 ev (~1274 nm). Rysunek 3. Widma absorpcyjne związku THPP oraz struktur I, II, III, IV obliczone metodą LR-PCM/ TDDFT/B3LYP/6-31G** z uwzględnieniem wpływu rozpuszczalnika (wody) Analiza dotychczasowych wyników badań zwróciła uwagę na pochodne meso-tetra(4-hydroksyfenylo) porfiryny (THPP) z wiązaniami mostkowymi, które łączą bezpośrednio ze sobą dwa atomy węgla należące do pierścienia pirolowego oraz hydroksyfenylowego. Przeprowadzone obliczenia wykazały że tylko struktura I może znaleźć zastosowanie w terapii fotodynamicznej, ponieważ jako jedyna spełnia wymagane warunki spektralne pasmo Qx(0,0) położone jest przy 708 nm, co prowadzi do stanu trypletowego o energii 1.08 ev (1147 nm). 21
Stypendysta: mgr inż. Maciej Serda Opiekun naukowy: prof. zw. dr hab. inż. Jarosław Polański Projektowanie i synteza AZANAFTALENÓW jako potencjalnych leków antyrakowych STOSOWANYCH w terapii PDT Głównym celem projektu badawczego była synteza, oraz badanie aktywności biologicznej chelatorów żelaza opartych o pierścień azanaftalenowy. W części syntetycznej projektu wspomagano się wynikami analizy chemoinformatycznej ( przeszukiwania baz danych, dokowania molekularne), w celu zidentyfikowania struktur uprzywilejowanych. Synteza związków odbywała się z użyciem reaktora mikrofalowego, zaś produkt finalny reakcji oczyszczano metodą chromatografii kolumnowej, z użyciem chromatografu preparatywnego (BUCHI Sepicore ). Ponadto dla każdego zsyntezowanego związku określono czystość HPLC- co jest szczególnie ważne jeśli chodzi o implementacje w przemyśle farmaceutycznym. Rysunek 1 Struktura krystalograficzna liganda MS199 W wyniku przeprowadzonych syntez udało się otrzymać szereg heteroaromatycznych tiosemikarbazonów i scharakteryzować ich właściwości fizykochemiczne. Analiza parametrów fizykochemicznych m.in. lipofilowości oraz wyznaczenie krzywych izobestycznych dla procesu kompleksowania żelaza (III) pozwoliło na wybranie najkorzystniejszych związków do badań biologicznych. Otrzymane związki zostały przebadane na liniach komórkowych raka okrężnicy, neuroblastomy oraz nowotworu szyjki macicy. Aktywność przeciwnowotworowa dla niektórych grup związków zawiera się w przedziale nanomolowym i jest porównywalna do klinicznego wzorca Dp44mT. Najbardziej atrakcyjnym związkiem okazał się tiosemikarbazon MS168, który wykazuje niezwykle korzystny indeks terapeutyczny (około 3000). Ostatnim etapem projektu badawczego była próba zastosowania otrzymanych chelatorów żelaza do terapii kombinowanej z użyciem kwasu 5-aminolewulinowego. Związek ten podany do komórek, przekształca się w kaskadzie procesów biochemicznych do odpowiedniej protoporfiryny IX, działającej jako fotouczulacz. Pierwsze eksperymenty potwierdzają synergistyczny efekt dla terapii kombinowanej, aczkolwiek dalsze badania na poziomie molekularnym są konieczne. 22