Team:Slovenia/Slovenian

From 2012.igem.org

(Difference between revisions)

Revision as of 20:07, 24 September 2012

Izziv

Biološka zdravila, kot so hormoni, encimi, citokini ter protitelesa, se čedalje pogosteje uporabljajo za zdravljenje različnih bolezni. Ker poteka zdravljenje z biološkimi zdravili sistemsko (npr. zdravilo se injicira v kri, tako da doseže celotno telo, ne le obolelega tkiva), ima mnogokrat lahko stranske učinke. Poleg tega cena bioloških zdravil predstavlja hudo breme zdravstveni blagajni.

Naš cilj je bil razviti varen in cenovno ugoden sistem za produkcijo ter dostavo bioloških zdravil, ki bi izboljšal kakovost življenja mnogim pacientom. Zaradi lokalne aplikacije bi bili neželeni stranski učinki zmanjšani, pacienti pa bi se lažje držali režima terapije. Prav tako bi naš sistem zmanjšal število invazivnih zdravniških posegov, hkrati pa omogočil napredno večstopenjsko zdravljenje.

Sistem za produkcijo in dostavo bioloških zdravil smo načrtovali v obliki mikroenkapsuliranih sesalskih celic, ki bi jih lahko kontrolirali ter jih usmerili v produkcijo različnih zdravil. Tak sistem bi bil zanesljiv, cenovno učinkovit in varen.

Stikalo: nov tip ortogonalnega preklopnega stikala S pomočjo DNA-vezavnih proteinov smo pripravili nov tip bistabilnega preklopnega stikala za sesalske celice, ki omogoča tudi razširitev v več ortogonalnih stikal in na ta način pripravo kompleksnih logičnih naprav. Ugotovili smo, da je klasična shema preklopnih stikal neučinkovita, če uporabimo kot represorje efektorje TAL, saj se ti vežejo na DNA nekooperativno kot monomeri. Ta problem smo rešili tako, da smo pripravili stikalo, sestavljeno iz para medsebojnih represorjev (TAL:KRAB), sklopljenega s parom aktivatorjev (TAL:VP16), ki tvorita pozitivno povratno zanko. Eksperimentalno smo potrdili, da lahko takšen sistem v sesalskih celicah vodi do bistabilnega stanja, ki ga lahko nadzorujemo s pomočjo nizkomolekularnih induktorjev. Preberi več...	Varnost Da bi bil naš sistem mikroenkapsuliranih sesalskih celic povsem varen za paciente, smo načrtovali več varnostnih mehanizmov. Tako se bodo alginatne mikrokapsule po koncu terapije lahko varno razgradile, v terapevtskih celicah pa se bo nadzorovano sprožila apoptoza oz. programirana celična smrt. Za vsak slučaj, da ne bi katera od celic nenadzorovano ušla iz mikrokapsule, pa smo celice opremili tudi z oznako, ki omogoča učinkovito odstranitev terapevtskih celic s pomočjo telesu lastnih imunskih celic, t.i. naravnih ubijalk. Preberi več...	Izvedba: napredno zdravljenje različnih bolezni Naš sistem smo oblikovali za zdravljenje hepatitisa C ter srčne ishemije. Uporabili smo pet različnih terapevtskih proteinov, za katere je naš farmakokinetični model pokazal, da bi njihova uporaba lahko zmanjšala neželene stranske učinke in izboljšala učinkovitost terapije. Preklop med produkcijo protivirusnih oz. protivnetnih učinkovin ter produkcijo učinkovin, ki bi pospešile regeneracijo obolelega tkiva, bi od zunaj kontroliral zdravnik s pomočjo nizkomolekularnih induktorjev. Preberi več...
Modeliranje: analiza genskega stikala ter farmakokinetike Obsežno matematično modeliranje je pokazalo, da klasično preklopno stikalo ni stabilno brez kooperativnosti. Hkrati je modeliranje pokazalo, da uporaba modularnih DNA-vezavnih transkripcijskih regulatorjev, ki tvorijo dvojno pozitivno povratno zanko, izboljša robustnost stikala. Takšna topologija ne zahteva kooperativnosti, saj je nelinearnost nastane zaradi pozitivne povratne zanke. Farmakokinetični model lokalne dostave terapevtika z mikroenkapsuliranimi celicami predvidi, da bi predlagana terapija lahko zmanjšala neželene stranske učinke. Preberi več...	Družba: vključenost vseh, na katere lahko vpliva sintezna biologija Pri pripravi našega projekta smo želeli upoštevati mnenja ljudi iz različnih sfer, tako zdravnikov kot pacientov, pripravljalcev in nadzornikov zakonodaje, splošne javnosti, medijev ter znanstvenikov. Z njimi smo se pogovarjali o različnih vidikih našega projekta ter o medicinskih aplikacijah sintezne biologije, saj bodo njihovi pogledi pomembno vplivali na uspešno uvedbo sintezne biologije v klinično prakso. Sintezno biologijo ter njene medicinske in ostale potenciale smo želeli predstaviti tudi mlajšim generacijam, zato smo vspostavili stike tudi z različnimi srednjimi šolami. Preberi več...	Obeti: prispevek k drugim aplikacijam ter načrti za prihodnost Varnostni mehanizmi (oznaka, ki olajša nadzor imunskemu sistemu, nadzorovana razgradnja kapsul ter inducirana smrt terapevtskih celic) omogočajo uporabo tudi za druge terapevtske namene, namen imamo pripraviti stabilne celične linije, ki bi imele vključene vse komponente stikala z različnimi terapevtskimi učinkovinami in varnostnimi mehanizmi, načrtovana ortogonalna logika, ki temelji na transkripcijskih faktorjih povezanih z elementi TAL, bo omogočila pripravo desetine ali stotine različnih stikal in doseganje multistabilnih stanj ter drugih kompleksnih logičnih naprav, pričeti želimo s prvimi in vivo poskusi na področju ishemije in celjenja ran.. Preberi več...

Abstract for non-scientists

We designed a new type of therapy where we modify human cells, pack them into small capsules and introduce into the diseased tissue. In order to make this therapy useful we invented new type of switches that will allow the medical doctors to turn on or off production of different biological drug in the patient. At the end of the therapy the capsule will be degraded and cells that produced drugs will be destroyed. For the first applications we selected therapy of hepatitis C, where we induce production of drug that has antiviral activity and at the later stage a drug that helps regeneration of liver. For the therapy of heart infarction we designed cells that suppress inflammation and promote formation of new blood vessels around the affected tissue. In our experiments we demonstrated function of new devices that have to be integrated into final therapy. Students also made mathematical model of switch and on the distribution of drugs throughout body that should decrease the side effects of therapy.

Outcome

Achievements in technical details:

this is the first experimental implementation of a bistable toggle switch based on noncooperative DNA-binding elements and the first bistable switch based on designed DNA-binding elements,
we designed and tested bistable toggle switch for mammalian cells based on orthogonal TAL-repressors and activators,
modeling demonstrated improved robustness of a switch based on a positive feedback loop with respect to leaky transcription,
introduced three safety mechanisms into microencapsulated mammalian cells:
- escape tag for cell elimination by natural killer cells,
- secretory alginate lyase for degradation of alginate microcapsules,
- induction of apoptosis of therapeutic cells by the introduction of a prodrug,
introduced IFN-alpha/HGH effector pair for the therapy of hepatitis C to inactivate the virus and promote liver regeneration in the later stage,
introduced anakinra/VEGF-PDGF-B for therapy of ischaemia to suppress inflammation and promote angiogenesis in the later stage,
deposited 89 BioBricks,
improved an existing BioBrick.

@@ Line 420: / Line 420: @@
 <img class="pic" src="https://static.igem.org/mediawiki/2012/0/0b/Svn12_homepage_1switch.png" width="300"  height="300" style="left:0px; top:0px;"/>
 <div class="ttip" style="top:100px;">
-<strong>The switch</strong>
+<strong>Stikalo: nov tip ortogonalnega preklopnega stikala</strong>
-<p>We designed a <strong>new type of bistable toggle switch for mammalian cells</strong>
+S pomočjo DNA-vezavnih proteinov smo pripravili <b>nov tip bistabilnega preklopnega stikala za sesalske celice</b>, ki omogoča tudi razširitev v več ortogonalnih stikal in na ta način pripravo kompleksnih logičnih naprav. Ugotovili smo, da je <b>klasična shema preklopnih stikal neučinkovita</b>, če uporabimo kot represorje efektorje TAL, saj se ti vežejo na DNA nekooperativno kot monomeri. Ta problem smo rešili tako, da smo pripravili stikalo, sestavljeno iz para medsebojnih represorjev (TAL:KRAB), sklopljenega s parom aktivatorjev (TAL:VP16), ki tvorita <b>pozitivno povratno zanko</b>. Eksperimentalno smo potrdili, da lahko takšen sistem v sesalskih celicah vodi do bistabilnega stanja, ki ga lahko nadzorujemo s pomočjo nizkomolekularnih induktorjev. <a src="https://2012.igem.org/Team:Slovenia/TheSwitch">Preberi več...</a>
-based on designed DNA-binding proteins, which would allow the simultaneous introduction of
-several orthogonal switches and construction of complex logic devices.
-We discovered that the <strong>classical toggle switch topology was ineffective</strong> since TAL effectors bind
-noncooperatively as monomers. We solved this problem by designing a switch comprising a pair of
-mutual repressors (TAL-KRAB) coupled with a pair of activators (TAL-VP16) that form a <strong>positive feedback loop</strong>.
-This arrangement resulted in experimental confirmation of bistability in mammalian cells that can be regulated by
-small molecule inducers. <a>Read more...</a></p>
 </div>
 </td>
@@ Line 435: / Line 428: @@
 <img class="pic" src="https://static.igem.org/mediawiki/2012/a/a8/Svn12_homepage_2safety.png" width="300" height="300" style="left:300px; top:0px;"/>
 <div class="ttip" style="top:100px;">
-<strong>Safety</strong>
+<strong>Varnost</strong>
-<p>We tailored the benefits of microencapsulated engineered cells by designing safety mechanisms
+<p>Da bi bil naš sistem mikroenkapsuliranih sesalskih celic povsem varen za paciente, smo načrtovali več varnostnih mehanizmov. Tako se bodo alginatne mikrokapsule po koncu terapije lahko varno razgradile, v terapevtskih celicah pa se bo nadzorovano sprožila apoptoza oz. programirana celična smrt. Za vsak slučaj, da ne bi katera od celic nenadzorovano ušla iz mikrokapsule, pa smo celice opremili tudi z oznako, ki omogoča učinkovito odstranitev terapevtskih celic s pomočjo telesu lastnih imunskih celic, t.i. naravnih ubijalk. <a src="https://2012.igem.org/Team:Slovenia/SafetyMechanisms">Preberi več...</a></p>
- to degrade the alginate capsules at the end of therapy,
- terminate therapeutic cells by induction of apoptosis and introduction of an escape killing tag
- that marks potential escaped cells to destruction by the host natural killer cells. <a>Read more...</a></p>
 </div>
 </td>
@@ Line 446: / Line 438: @@
 <img class="pic" src="https://static.igem.org/mediawiki/2012/3/3d/Svn12_homepage_3implementation.png" width="300" height="300" style="left:600px; top:0px;"/>
 <div class="ttip" style="top:100px;">
-<strong>Implementation</strong>
+<strong>Izvedba: napredno zdravljenje različnih bolezni</strong>
-<p>We implemented the effector therapeutics for therapy of hepatitis C
+<p>Naš sistem smo oblikovali za zdravljenje hepatitisa C ter srčne ishemije. Uporabili smo pet različnih terapevtskih proteinov, za katere je naš farmakokinetični model pokazal, da bi njihova uporaba lahko zmanjšala neželene stranske učinke in izboljšala učinkovitost terapije. Preklop med produkcijo protivirusnih oz. protivnetnih učinkovin ter produkcijo učinkovin, ki bi pospešile regeneracijo obolelega tkiva, bi od zunaj kontroliral zdravnik s pomočjo nizkomolekularnih induktorjev. <a src="https://2012.igem.org/Team:Slovenia/Implementation">Preberi več...</a></p>
-and ischaemic heart disease, by introducing five different therapeutic proteins that could,
-in agreement with our pharmacokinetic models, reduce the side effects and improve the efficiency of the therapy.
- Switching between production of effectors with antiviral or anti-inflammatory effect and tissue regeneration
- could be regulated by the physician by delivery of small molecule inducers from the outside. <a>Read more...</a></p>
 </div>
 </td>
@@ Line 462: / Line 450: @@
 <img class="pic" src="https://static.igem.org/mediawiki/2012/0/0a/Svn12_homepage_4modelling.png" width="300" height="300" style="left:0px; top:300px;"/>
 <div class="ttip" style="top:400px;">
-<strong>Modeling</strong>
+<strong>Modeliranje: analiza genskega stikala ter farmakokinetike</strong>
-<p>Exhaustive modeling demonstrated that the classical toggle switch is not stable without cooperativity
+<p>Obsežno matematično modeliranje je pokazalo, da klasično preklopno stikalo ni stabilno brez kooperativnosti. Hkrati je modeliranje pokazalo, da uporaba modularnih DNA-vezavnih transkripcijskih regulatorjev, ki tvorijo dvojno pozitivno povratno zanko, izboljša robustnost stikala. Takšna topologija ne zahteva kooperativnosti, saj je nelinearnost nastane zaradi pozitivne povratne zanke. Farmakokinetični model lokalne dostave terapevtika z mikroenkapsuliranimi celicami predvidi, da bi predlagana terapija lahko zmanjšala neželene stranske učinke. <a src="https://2012.igem.org/Team:Slovenia/Modeling">Preberi več...</a></p>
-while it confirmed the improved robustness of the switch that included two positive feedback loops.
- This topology does not require cooperativity since the nonlinearity is introduced by positive feedback loop.
- Pharmacokinetic model of the local delivery of therapeutics by microencapsulated cells predicted that this system
- has reduced systemic side effects. <a>Read more...</a></p>
 </div>
 </td>
@@ Line 474: / Line 458: @@
 <img class="pic" src="https://static.igem.org/mediawiki/2012/f/fa/Svn12_homepage_5society.png" width="300" height="300" style="left:300px; top:300px;"/>
 <div class="ttip" style="top:400px;">
-<strong>Society</strong>
+<strong>Družba: vključenost vseh, na katere lahko vpliva sintezna biologija</strong>
-<p>Different aspects of the project as well as medical applications of
+<p>Pri pripravi našega projekta smo želeli upoštevati mnenja ljudi iz različnih sfer, tako zdravnikov kot pacientov, pripravljalcev in nadzornikov zakonodaje, splošne javnosti, medijev ter znanstvenikov. Z njimi smo se pogovarjali o različnih vidikih našega projekta ter o medicinskih aplikacijah sintezne biologije, saj bodo njihovi pogledi pomembno vplivali na uspešno uvedbo sintezne biologije v klinično prakso. Sintezno biologijo ter njene medicinske in ostale potenciale smo želeli predstaviti tudi mlajšim generacijam, zato smo vspostavili stike tudi z različnimi srednjimi šolami. <a src="https://2012.igem.org/Team:Slovenia/Society">Preberi več...</a></p>
-synthetic biology were discussed with a wide range of stakeholders,
-including medical professionals, patients, regulators, general public and
-scientists that will support introduction of this technology into clinical use.
- We involved a network of high school students into the dissemination.<a>Read more...</a></p>
 </div>
 </td>
@@ Line 486: / Line 466: @@
 <img class="pic" src="https://static.igem.org/mediawiki/2012/d/d2/Svn12_homepage_6future.png" width="300" height="300" style="left:600px; top:300px;"/>
 <div class="ttip" style="top:400px;">
-<strong>Perspectives</strong>
+<strong>Obeti: prispevek k drugim aplikacijam ter načrti za prihodnost</strong>
 <ul style="padding-left:30px;">
-<li>the safety device including termination, escape and degradation component will allow implementation for different therapeutic purposes,</li>
+<li>Varnostni mehanizmi (oznaka, ki olajša nadzor imunskemu sistemu, nadzorovana razgradnja kapsul ter inducirana smrt terapevtskih celic) omogočajo uporabo tudi za druge terapevtske namene,</li>
-<li>stable cell lines comprising switch with the selected therapeutic effectors and safety mechanisms will be established,</li>
+<li>namen imamo pripraviti stabilne celične linije, ki bi imele vključene vse komponente stikala z različnimi terapevtskimi učinkovinami in varnostnimi mehanizmi,</li>
-<li>we plan to initiate in vivo tests first on ischaemia and wound healing,</li>
+<li>načrtovana ortogonalna logika, ki temelji na transkripcijskih faktorjih povezanih z elementi TAL, bo omogočila pripravo desetine ali stotine različnih stikal in doseganje multistabilnih stanj ter drugih kompleksnih logičnih naprav,</li>
-<li>the designed orthogonal TAL-transcriptional factor logics will allow introduction multistability from several parallel switches and other complex logical devices.</li>
+<li>pričeti želimo s prvimi in vivo poskusi na področju ishemije in celjenja ran..</li>
 </ul>
-<p><a>Read more...</a></p>
+<p><a src="https://2012.igem.org/Team:Slovenia/SocietyEthics">Preberi več...</a></p>
 </div>
 </td>