„CENTRUM DOSKONAŁOŚCI” – konkurs Ministerstwa Nauki i Informatyzacji

Komitet Badań Naukowych uchwałą z dnia 16 września 2004 r. przyznał status „Centrum Doskonałości” 80 spośród 393 jednostek badawczo-naukowych, które ubiegały się o to wyróżnienie. W konkursie tym status Centrum Doskonałości uzyskało również CBMiM.

W Centrum Badań Molekularnych i Makromolekularnych Polskiej Akademii Nauk w Łodzi prowadzone są, zgodnie ze statutem, badania podstawowe w zakresie chemii organicznej, chemii bioorganicznej oraz chemii i fizyki polimerów. Tematyka badawcza zespołów CBMiM obejmuje kierunki badań stwarzających największe możliwości uzyskania znaczących wyników w takich dziedzinach jak ochrona zdrowia czy nowoczesne materiały. Wspólnym nurtem w badaniach prowadzonych w tych obszarach jest sterowanie procesami na poziomie molekularnym, makromolekularnym i nadcząsteczkowym.

Na poziomie molekularnym opracowywane są nowe metody wytwarzania związków organicznych (szczególnie tych o znaczeniu biologicznym) o określonej budowie przestrzennej poprzez stereokontrolowaną i asymetryczną syntezę. Szczególny nacisk jest położony na opracowanie nowych chiralnych połączeń heteroorganicznych z centrum chiralności na atomach fosforu i siarki znajdujących zastosowanie jako substancje czynne w lekach, jako inhibitory enzymów lub jako ligandy w rozwijającej się ostatnio dziedzinie katalizy metaloorganicznej. Komplementarnym kierunkiem jest zastosowanie reagentów heteroorganicznych zawierających atomy fosforu, siarki i selenu w syntezie związków o znaczeniu biologicznym takich jak antybiotyki cyklopentanoidowe lub innych związków wykazujących aktywność biologiczną jak metylenomycyny, sarkomycyny, rosaprostolu, neoplanocyny czy prostaglandyny B. W ostatnim okresie podjęto badania dendrymerów zawierających atomy fosforu, które mogą znaleźć zastosowanie jako nośniki substancji biologicznie czynnych.

Na poziomie makrocząsteczkowym, badania koncentrują się na kilku wybranych dziedzinach, w których zespoły badawcze CBMiM PAN mają znaczące osiągnięcia.Prowadzone są badania makrocząsteczek o znaczeniu biologicznym (biopolimerów), szczególnie badania modyfikowanych oligonukleotydów. Dotyczy to zarówno metodologii wytwarzania P-chiralnych analogów oligonukleotydów z modyfikowanym wiązaniem internukleotydowym takich jak tiofosforanów, amidofosfonianów, metylofosfonianów lub amidometanofosfonianów nukleozydów jak i badania ich aktywności biologicznej. Prace te wywodzą się z wcześniej prowadzonych badań nad syntezą P-chiralnych związków wykazujących aktywność biologiczną, które doprowadziły między innymi do opracowania leku przeciwnowotworowego o nazwie MACDAFEN.

Rozwijany jest nurt badawczy nad wykorzystaniem oksatiafosfolanowej metody chemicznej fosforylacji, tiofosforylacji i selenofosforylacji dla pozyskiwania analogów biofosforanów przydatnych do badań mechanistycznych, strukturalnych oraz jako potencjalnych czynników terapeutycznych. Kontynuowane są prace w dziedzinie inżynierii DNAzymów, rybozymów oraz małych interferencyjnych RNA (siRNA) jako nowych narzędzi w dziedzinie medycyny molekularnej, ze szczególnym uwzględnieniem hamowania procesów odpowiedzialnych za powstawanie choroby Alzheimera. W tej dziedzinie zespoły CBMiM mają znaczącą pozycję, czego dowodem jest powierzenie naszemu Centrum koordynacji projektu zamawianego „Terapeutyczne kwasy nukleinowe”, w ramach którego prowadzone są w CBMiM prace nad hamowaniem ekspresji białek zaangażowanych w neurodegenerację.

Na poziomie makroczasteczkowym prowadzone są również badania nad syntetycznymi materiałami polimerowymi do zastosowań w medycynie, w ochronie środowiska człowieka oraz w nowoczesnych technologiach.

Opracowanie w zespole CBMiM PAN oryginalnej metody wytwarzania biodegradowalnych mikrosfer polimerowych z homo- i kopolimerów laktydu stwarza nowe możliwości zastosowania mikrosfer w tej dziedzinie. Badania w tym obszarze będą rozszerzone na opracowanie metod wytwarzania biodegradowalnych mikrocząstek o innym (niż mikrosfery) kształcie, które mogą znaleźć zastosowania jako rusztowania do hodowli komórkowych (na przykład w biodegradowalnych transplantach).

Biodegradowalne polimery, szczególnie te otrzymywane z odnawialnych surowców jak na przekład polilaktyd, stanowią przynajmniej częściowe rozwiązanie problemów stwarzanych dla ochrony środowiska przez odpady wyrobów (głównie opakowań) z tworzyw sztucznych. W zespołach badawczych CBMiM jest realizowany szeroki program badawczy dotyczący opracowania podstaw technologii wytwarzania polilaktydu. CBMiM jest koordynatorem stosunkowo dużego (10 placówek badawczych) projektu zamawianego „Materiały polimerowe z odnawialnych surowców. Fizykochemiczne podstawy nowych technologii”.

Nowoczesnym kierunkiem badawczym jest modelowanie procesów biomineralizacji poprzez badanie wpływu szczególnej klasy syntetycznych polimerów, jaką są tzw. podwójnie hydrofilowe kopolimery blokowe lub szczepione na procesy krystalizacji. Badany jest wpływ budowy tych polimerów na ich efektywność jako modyfikatorów procesów zachodzących na granicy faz pomiędzy roztworem wodnym i rosnącym nieorganicznym kryształem.

Na poziomie nadcząsteczkowym badania zespołów CBMiM koncentrują się na syntetycznych materiałach polimerowych o ulepszonych właściwościach mechanicznych jako materiałach konstrukcyjnych. Na podstawie rosnącej wiedzy o nanomateriałach badane są oddziaływania pomiędzy matrycą polimerową a nanomateriałami stosowanymi jako napełniacze oraz wpływ splątań łańcuchów polimerowych na właściwości materiału. Celem tego cyklu badań jest opracowanie metod wytwarzania superwytrzymałych materiałów polimerowych.

Ze względu na istotne znaczenie ekologiczne zamierza się kontynuować prace badawcze dotyczące recyklingu materiałowego polimerów.

W obrębie badań materiałowych mieszczą się również prace nad polimerami krzemoorganicznymi. Celem tych badań jest rozszerzenie gamy potencjalnie użytecznych materiałów poprzez opracowanie metod wytwarzania nowych polimerów zawierających atomy krzemu. Tematyka badawcza w tym obszarze będzie się rozwijać również w kierunku opracowania metod wytwarzania innych materiałów na bazie krzemu. Badane będą procesy wytwarzania materiałów hybrydowych krzemianowo-polisiloksanowych oraz właściwości i potencjalne zastosowania takich materiałów. W obrębie tej tematyki mieści się również wytwarzanie cienkowarstwowych materiałów krzemoazotowęglowych (a-Si:N;CH) w selektywnym procesie plazmowym CVD. Materiały taki stanowią doskonałe powłoki ochronne o dużej twardości.

W zakresie materiałów polimerowych mogących znaleźć zastosowanie w elektronice prowadzone będą badania nad wytwarzaniem i właściwościami zorientowanych, anizotropowych układów dla potrzeb elektroniki molekularnej z zastosowaniem oryginalnej metody wylewania strefowego (zone casting). Kontynuowane będą badania nad nowymi sposobami wytwarzania i właściwościami przewodzących kompozytów polimerowych w oparciu o „metale organiczne” i nanorurki węglowe.

Zapleczem instrumentalnym dla wszystkich prowadzonych w CBMiM badań jest Laboratorium Środowiskowe działające w strukturze CBMiM oraz Samodzielna Pracownia Badań Strukturalnych, której zadaniem jest rozwój metodologii badań materiałów i układów biologicznych z wykorzystaniem spektroskopii MRJ i spektroskopii mas oraz zastosowanie spektroskopii MRJ w ciele stałym jako narzędzia w badaniach organizacji faz w układach polidyspersyjnych.

Jakkolwiek zadania realizowane przez poszczególne zespoły badawcze wydają się być różnorodne, tematyka badawcza CBMiM jest spójna i obejmuje opracowywanie metod wytwarzania związków nisko- i wielkocząsteczkowych o ściśle określonej budowie (w wymaganych przypadkach o określonej budowie przestrzennej), które są ważne z punktu widzenia ich aktywności biologicznej bądź które, tak jak w przypadku syntetycznych polimerów, prowadzą do nowoczesnych materiałów stosowanych w medycynie (mikrosfery), elektronice (materiały na bazie krzemu) lub jako nowoczesne (w tym również biodegradowalne) materiały konstrukcyjne.