Grant/Projek zakończony
Rozwój metod komputerowych służących ocenie ryzyka stwarzanego przez chemiczne zanieczyszczenia środowiska przyrodniczego
Identyfikator grantu: PT00481
Kierownik projektu: Tomasz Puzyn
Uniwersytet Gdański
Wydział Chemii
Gdańsk
Data otwarcia: 2015-03-25
Data zakończenia: 2021-03-16
Streszczenie projektu
Gwałtowny wzrost liczby nowych substancji chemicznych, syntetyzowanych w celach przemysłowych i trafiających do środowiska w sposób celowy lub też niezamierzony, spowodował że niezbędne stało się opracowanie metod ocen ryzyka dla tych chemikaliów. Badania nad rozwojem narzędzi do komputerowej oceny ryzyka ze strony nowych substancji chemicznych są badaniami rekomendowanymi przez wiele międzynarodowych regulacji prawnych, m.in. europejskiego systemu gospodarowania chemikaliami REACH w zakresie oceny ryzyka dla nowych grup związków. Poprzez zastosowanie metod chemometrycznych możliwe staje się zastąpienie części kosztownych i czasochłonnych eksperymentów modelami matematycznymi w oparciu, o które prowadzi się wiarygodne przewidywanie interesujących właściwości (np. właściwości fizykochemicznych odpowiedzialnych za rozprzestrzenianie się substancji w środowisku, toksyczności substancji, itd.). Możliwe jest również ekstrahowanie użytecznej informacji z wielowymiarowych danych analitycznych pochodzących z monitoringu środowiska.
Celem projektu jest rozwijanie metod chemometrycznych oraz (i) stworzenie narzędzi do modelowania właściwości fizykochemicznych oraz toksyczności wybranych grup związków (m. in. trwałych zanieczyszczeń organicznych (TZO), nanocząstek (NPs), leków i produktów higieny osobistej (PPCP), cieczy jonowych (CJ) i innych) w oparciu o metodę ilościowego modelowania zależności pomiędzy strukturą chemiczną a aktywnością/właściwościami (QSAR/QSPR) (ii) opracowanie narzędzi przydatnych do modelowania procesów transportu i trwałości w środowisku wyżej wymienionych związków, w oparciu o wielokomponentowe modele środowiska, (iii) dostarczenie nowej wiedzy o badanych związkach, niezbędnej do przeprowadzenia kompleksowej oceny narażenia w oparciu o opracowane modele.
Wymiernym rezultatem podjętego problemu badawczego będzie zweryfikowanie, przydatności metod ilościowego modelowania zależności pomiędzy strukturą chemiczną a właściwościami fizykochemicznymi, aktywnością, toksycznością, ekotoksycznością, transportem w środowisku różnych grup związków (TZO, NPs, PPCPs, CJ) w ocenie ryzyka tych związków dla zdrowia człowieka. Wyniki uzyskane podczas trwania zadania badawczego mogą stanowić podstawę dla konieczności wprowadzenia odpowiednich nowych uregulowań prawnych w państwach Unii Europejskiej, które jasno określą sposoby produkcji, importu, utylizacji oraz wykorzystania cieczy jonowych.
Wymiernym rezultatem projektu będzie również rozwinięcie i ulepszenie dotychczasowej metodyki badawczej podejścia QSPR-MM w modelowaniu środowiskowym związków jonowych. Pozwoli to, w przyszłości w szybki sposób ocenić mobilność związku w środowisku naturalnym oraz jego potencjalne ryzyko dla ekosystemów i zdrowia człowieka.
Wyniki projektu zostaną opublikowanie w czasopismach indeksowanych przez Filadelfijski Instytut Informacji Naukowej, jak również będą zaprezentowane na międzynarodowych konferencjach naukowych. Dodatkowo tematyka projektu zostanie wykorzystana do rozprawy habilitacyjnej oraz pracy doktorskiej nowo zatrudnionych osób.
Celem projektu jest rozwijanie metod chemometrycznych oraz (i) stworzenie narzędzi do modelowania właściwości fizykochemicznych oraz toksyczności wybranych grup związków (m. in. trwałych zanieczyszczeń organicznych (TZO), nanocząstek (NPs), leków i produktów higieny osobistej (PPCP), cieczy jonowych (CJ) i innych) w oparciu o metodę ilościowego modelowania zależności pomiędzy strukturą chemiczną a aktywnością/właściwościami (QSAR/QSPR) (ii) opracowanie narzędzi przydatnych do modelowania procesów transportu i trwałości w środowisku wyżej wymienionych związków, w oparciu o wielokomponentowe modele środowiska, (iii) dostarczenie nowej wiedzy o badanych związkach, niezbędnej do przeprowadzenia kompleksowej oceny narażenia w oparciu o opracowane modele.
Wymiernym rezultatem podjętego problemu badawczego będzie zweryfikowanie, przydatności metod ilościowego modelowania zależności pomiędzy strukturą chemiczną a właściwościami fizykochemicznymi, aktywnością, toksycznością, ekotoksycznością, transportem w środowisku różnych grup związków (TZO, NPs, PPCPs, CJ) w ocenie ryzyka tych związków dla zdrowia człowieka. Wyniki uzyskane podczas trwania zadania badawczego mogą stanowić podstawę dla konieczności wprowadzenia odpowiednich nowych uregulowań prawnych w państwach Unii Europejskiej, które jasno określą sposoby produkcji, importu, utylizacji oraz wykorzystania cieczy jonowych.
Wymiernym rezultatem projektu będzie również rozwinięcie i ulepszenie dotychczasowej metodyki badawczej podejścia QSPR-MM w modelowaniu środowiskowym związków jonowych. Pozwoli to, w przyszłości w szybki sposób ocenić mobilność związku w środowisku naturalnym oraz jego potencjalne ryzyko dla ekosystemów i zdrowia człowieka.
Wyniki projektu zostaną opublikowanie w czasopismach indeksowanych przez Filadelfijski Instytut Informacji Naukowej, jak również będą zaprezentowane na międzynarodowych konferencjach naukowych. Dodatkowo tematyka projektu zostanie wykorzystana do rozprawy habilitacyjnej oraz pracy doktorskiej nowo zatrudnionych osób.
Publikacje
- Sikorska C., Puzyn T. , Sikorska C., Puzyn T. The performance of selected semi-emiprical and DFT methods in studying C60 fullerene derivatives. , Nanotechnology 26, (2015) 455702
- Paweł Pingot, Zależność pomiędzy strukturą kationu, a toksycznością cieczy jonowych, Uniwersytet Gdański -, (2015) -
- Lewandowska W., Gromelski M, Nano-QSAR modeling for cellular uptake of superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) in human umbilical vein endothelial cells (HUVEC)., Chemistry, Environment and Nanotechnology International Science Conference -, (2015) -
- Gromelski M., Lewandowska W., Gajewicz A., Puzyn T., Modelowanie nano-QSAR zależności pomiędzy wychwytem komórkowym a strukturą superparamagnetycznych nanotlenków żelaza (SPIONs). , IV Ogólnopolska Konferencja Studentów i Doktorantów Nauk Ścisłych Człowiek Nauka Środowisko (CNŚ) -, (2015) -
- Gromelski M., Lewandowska W., Gajewicz A., Puzyn T. , Ilościowe modelowanie zależności pomiędzy strukturą modyfikowanych powierzchniowo superparamagnetycznych nanotlentów żelaza (SPIONs), a wychwytem komórkowym w ludzkich komórkach raka trzustki (PaCa2)., IV Ogólnopolska Konferencja Studentów i Doktorantów Nauk Ścisłych Człowiek Nauka Środowisko (CNŚ) -, (2015) -
- Lewandowska W., Gromelski M., Gajewicz A., Puzyn T. , Model nano-QSAR wychwytu komórkowego superparamagnetycnzych nanotlenków żelaza (SPIONs) względem lini komórkowej ludzkich komórek śródbłonka żyły pępowinowej (HUVEC)., IV Ogólnopolska Konferencja Studentów i Doktorantów Nauk Ścisłych Człowiek Nauka Środowisko (CNŚ) -, (2015) -
- Lewandowska W., Gromelski M., Gajewicz A., Puzyn T. , Modelowanie zależności pomiędzy strukturą chemiczną supermagnetycznych nanotlentów żelaza (SPIONs), a wychwytem komórkowym ludzkich komórek śródbłonka żyły pępowinowej (HUVEC)., IV Ogólnopolska Konferencja Studentów i Doktorantów Nauk Ścisłych Człowiek Nauka Środowisko (CNŚ) -, (2015) -
- Zaborowska M., Sosnowska A., Barycki M., Rybińska A., Puzyn T., Wpływ cieczy jonowych na ich toksyczność wobec bakterii Vibrio fischeri. Modelowanie QSAR., IV Ogólnopolska Konferencja Studentów i Doktorantów Nauk Ścisłych Człowiek Nauka Środowisko (CNŚ) -, (2015) -
- Odziomek K., Ushizima D., Oberbek P., Kurzydłowski K., Puzyn T., Harańczyk M., Skaningowa mikroskopia elektronowa jako źródło morfologicznych danych o nanocząstkach: reprezentatywność obrazów., IV Ogólnopolska Konferencja Studentów i Doktorantów Nauk Ścisłych Człowiek Nauka Środowisko (CNŚ) -, (2015) -
- Rybińska A, Sosnowska A., Barycki M., Puzyn T. , Problem optymalizacji geometrii struktury cieczy jonowych w metodzie QSAR/QSPR., IV Ogólnopolska Konferencja Studentów i Doktorantów Nauk Ścisłych Człowiek Nauka Środowisko (CNŚ) -, (2015) -
- Lewandowska W., Gromelski M., Gajewicz A., Puzyn T. , Nano-QSAR modeling for cellular of superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) in human umbilical vein endothelial cells (HUVEC). , CompNanoTox 2015-European Conference on Computational Nanotoxicology -, (2015) -
- Gromelski M., Lewandowska W., Gajewicz A., Puzyn T. , Is more expensive always better? Comparison of different computational methods in nano-QSAR modeling of cellular uptake for nanoparticles., CompNanoTox 2015-European Conference on Computational Nanotoxicology -, (2015) -
- Grzonkowska M., Jagiello K., Swirog M., Ahmed L., Rasulev B., Leszczynski J., Avramopoulos A., Puzyn T., The applicability of QSAR and 3D-QSAR approaches in nanoQSAR studies., CompNanoTox 2015-European Conference on Computational Nanotoxicology -, (2015) -
- Wyrzykowska E., Puzyn T. , The assessment of existing methods in determining applicability domain of the model in the nano-QSPR approach., CompNanoTox 2015-European Conference on Computational Nanotoxicology -, (2015) -
- Barycki M., Puzyn T. , Computational modeling of aggregation and sedimentation on nanoparticles based on population balance equation., CompNanoTox 2015-European Conference on Computational Nanotoxicology -, (2015) -
- Jagiello K., Chomicz B., Avramopoulos A., Papadopoulos M., Puzyn T. , Size-dependent Properties of Nanomaterials ? The New Class of Nanodescriptors., CompNanoTox 2015-European Conference on Computational Nanotoxicology -, (2015) -
- Mikołajczyk A., Malankowska A., Gajewicz A., Hirano S., Zaleska-Medynska A., Puzyn T., Design of new efficient and environmentally friendly photocatalysts: Application of nano-QSPR and mixture descriptors., CompNanoTox 2015-European Conference on Computational Nanotoxicology -, (2015) -
- Karolina Jagiello, Anita Sosnowska, Supratik Kar, Sebastian Demkowicz, Mateusz Daśko, Jerzy Leszczynski, Janusz Rachon, Tomasz Puzyn, Geometry optimization of steroid sulfatase inhibitors - the influence on the free binding energy with STS, Structural Chemistry -, (2017) pp 1-16
- Karolina Jagiello, Bartłomiej Chomicz, Aggelos Avramopoulos, Agnieszka Gajewicz, Alicja Mikolajczyk, Pierre Bonifassi, Manthos G. Papadopoulos, Jerzy Leszczynski, Tomasz Puzyn, Size-dependent electronic properties of nanomaterials: How this novel class of nanodescriptors supposed to be calculated?, Structural Chemistry -, (2016) pp 1-9
- Karolina Jagiello, Monika Grzonkowska, Marta Swirog, Lucky Ahmed, Bakhtiyor Rasulev, Aggelos Avramopoulos, Manthos G. Papadopoulos, Jerzy Leszczynski, Tomasz Puzyn, Advantages and limitations of classic and 3D QSAR approaches in nano-QSAR studies based on biological activity of fullerene derivatives, Journal of Nanoparticle Research 9, (2016) 256
- Monika Grzonkowska, Anita Sosnowska, Maciej Barycki, Anna Rybinska, Tomasz Puzyn, How the structure of ionic liquid affects its toxicity to Vibrio fischeri?, Chemosphere Volume 159, (2016) 199-207
- Mikolajczyk A., Puzyn T., Quantitative Structure-Property Relationship modeling for surface modified TiO2 based nanoparticles: achievements and perspectives, Nanoscience Summer School held at YACHAY 2017, Quito, Ecuador -, (2017) -
- Mikolajczyk A., Puzyn T., Application of novel additive descriptors for mixtures in Nano-QSAR modeling of heterogeneous TiO2-based nanomaterial, 9th International Symposium on Computational Methods in Toxicology and Pharmacology Integrating Internet Resource, CMTPI 2017 -, (2017) -
- Mikolajczyk A., Zaleska-Medynska A., Puzyn T., Combined experimental and computational approach to develop efficient photocatalysts based on Me@TiO2 nanoparticles, Nanoscience Summer School, YACHAY 2017, Quito, Ecuador -, (2017) -
- Mikolajczyk A., Puzyn T., Computational modelling - how to design environmentally friendly photocatalyst based on Me@TiO2?, Nanoscience Summer School, YACHAY 2017, Quito, Ecuador -, (2017) -
- Mikołajczyk A., Metody komputerowego projektowania modyfikowanych powierzchniowo nanocząstek tlenków metali o właściwościach fotokatalitycznych, Rozprawa Doktorska, Uniwersytet Gdański -, (2017) -
- Mikolajczyk A. , Heterogeneous nanomaterials Safer-by-design: towards computational characterization of novel TiO2-based photocatalyst, nternational Conference on Computational Chemistry and Toxicology in Environmental Science, Tajchung, Tajwan, 4-6 May 2018, invited speaker -, (2018) -
- Mikolajczyk A., Puzyn T. , Quantitative Structure-Property Relationship modeling for surface modified TiO2 based nanoparticles: achievements and perspectives, Nanoscience Summer School held at YACHAY 2017, Quito, Ecuador, oral presentation -, (2018) -
- Mikolajczyk A., Zaleska-Medynska A., Puzyn T., Combined experimental and computational approach to develop efficient photocatalysts based on Me@TiO2 nanoparticles., Nanoscience Summer School, YACHAY 2018, Quito, Ecuador, poster -, (2018) -
- Mikolajczyk A., Puzyn T., Computational modelling - how to design environmentally friendly photocatalyst based on Me@TiO2? , Nanoscience Summer School, YACHAY 2018, Quito, Ecuador, poster -, (2018) -
- A. Mikołajczyk, Lessons from the past, vision for the future: Application of Nano-QSAR for design of safe nanomaterials, 27th The International Conference on Current Trends in Computational Chemistry CCTCC 2019 -, (2019) -
- A. Mikołajczyk, Computational methods for supporting risk assessment of Nanomaterials. Towards developing computational models for risk assessment of engineered nanoparticles, 1st Interprofessional Education Nano Training School Cutting Edge Approaches for the Risk Assessment and Management of Nano-(bio)materials: From the Lab to the Market -, (2019) -
- A. Mikołajczyk, T. Puzyn, Heterogeneous nanomaterials safer-by-design: towards computational characterization of novel TiO2-based photocatalyst, The Nanoscience Summer School NSS 2019 -, (2019) -
- A. Mikołajczyk, A. Gajewicz, E. Wyrzykowska, M. Gromelski, T. Puzyn, Computational modelling in nanotoxicology, The Nanoscience Summer School NSS 2018 -, (2019) -