Latvijas zinātnieki apvienojas, lai attīstītu jaunu tehnoloģiju – orgānus uz čipa
Gatis Mozoļevskis un Roberts Rimša darbojas Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūta (CFI) Mikro un nanoierīču laboratorijā. Savukārt Artūrs Ābols vada ārpus šūnu vezikulu un mikrofluidikas izpētes grupu Latvijas Biomedicīnas pētījumu un studiju centrā. Abu institūtu zinātnieki apvienojuši zināšanas, lai Latvijā attīstītu un izgatavotu orgānus uz čipa – jaunu augsto tehnoloģiju nozari ar milzīgu potenciālu. Par čipu to dēvē tādēļ, ka izgatavošanā izmanto pusvadītāju tehnoloģiju – mikroshēmas gluži kā telefonos. Nelielajā plastmasas gabaliņā vienu uz otra izveido mikrokanālus. Starp tiem ir membrāna, kas imitē cilvēka orgānu sieniņas. Viens mikro kanāls atdarina orgāna audus. Otrs – asinsvadus.
Raidījumu #Aculiecinieks skaties šeit: “Aculiecinieks” – Orgāni uz čipa
Raidījumu klausies arī raidierakstu kanālos: https://open.spotify.com/episode/7iaL15Mqw2R7ppeOTCrqKk…
Rakstu par šo tēmu lasiet šeit: Latvijas zinātnieki apvienojas, lai attīstītu jaunu tehnoloģiju – orgānus uz čipa / Raksts (lsm.lv)
Foto: Judīte Čunka
“Mazajos mikro kanālos varam ielikt šūnas. Pievadām plūsmu ar barības vielām un visām nepieciešamajā vielām, lai šūnas varētu augt. Šūnas sāk vairoties. Izveido tādu šūnu mono slāni, teiksim plaušai vai zarnai, un arī asinsvadam. Tādā veidā iegūstam miniatūrus orgānus, kas sastāv no zarnu kanāla un asinsvada kanāla,” skaidro LU CFI Mikro un nanoierīču laboratorijas vadītājs Gatis Mozoļevskis. “Šīs šūnas izaug ļoti līdzīgas tām, kādas mums ir orgānos. Piemēram, zarnu gadījumā mūsu organismā zarna ir noklāta ar bārkstiņām, un zarnā uz čipa arī izveidojas bārkstiņas, ko mēs nevaram iegūt, piemēram, eksperimentos ar petri trauciņiem.”
“Mūsdienās joprojām plaši pielietojam parastos petri trauciņus. Tur mēs audzējam šūnas statistikā vidē. Tas, ko esam mūsdienās sapratuši, ka, lai šūna varētu saprast, kur tā atrodas un kā tai jāuzvedas, tai vajag šo mehānisko stresu, kas tai ir, atrodoties mūsu ķermenī. Kad šķidrums plūst garām, tas jau izdara mehānisko spiedienu uz šūnām. Vai tas, ka mēs kustamies, ka mūsu zarnas kustās, mūsu plaušas elpo. Tas viss vajadzīgs, lai šūna saprastu, kur tā atrodas un kas tai jādara. Ja mēs tās audzējam statiskā vidē, mēs bieži vien nevaram noķert tos momentus, kā šūnas atbildēs vai nu uz jaunākiem medikamentiem, vai kaut kādiem slimības izpausmes mehānismiem. Tāpēc, audzējot šajos čipos, mēs varam būvēt jau nedaudz sarežģītākus modeļus un varam dot šo mehānisko stresu, un panākt to, ka šūna uzvedas līdzīgāk, kā tas ir mūsu ķermenī. Un tad mēs varam precīzāk noskaidrot dažādus slimību attīstības mehānismus vai zāļu iedarbības mehānismus,” papildina Latvijas Biomedicīnas pētījumu un studiju centra vadošais pētnieks Artūrs Ābols.
Orgāni uz čipa ir jauna augsto tehnoloģiju nozare ar milzīgu potenciālu. Piemēram, farmācijā un ārstniecībā. Čipus jau izmanto, testējot zāļu efektivitāti pirmsklīniskajos pētījumos. Latvijā tos pielieto vēža biomarķieru izpētē. Kā uzsver zinātnieki, čipi neaizstāj īstus cilvēka orgānus, bet kalpo kā testa modelis.
“Mēs izmantojam reālas cilvēka šūnas. Tas ir tas iemesls, kāpēc varam iegūt šos orgānus ļoti līdzīgus cilvēka orgāniem. Tā ir viena no lielākajām priekšrocībām, salīdzinot ar pirms klīniskajiem pētījumiem, ko taisa uz pelēm. Pelēm vai citiem dzīvniekiem bieži vien reakcija attiecībā uz jaunām zāļu vielām vai medikamentiem ir savādāka,” uzsver Gatis Mozoļevskis, stāstot, ka, izmantojot pacienta šūnas, ir iespējams audzēt personalizētus čipus ar tādām īpašībām, kādas ir konkrētam cilvēkam.
Turklāt Latvijas zinātnieku izstrādātā čipu tehnoloģija ir unikāla. Tā nelaiž cauri gaisu. Kā skaidro Mozoļevskis, tas ir svarīgi mūsu zarnās, kur arī ir ļoti maz skābeklis un baktērijas dzīvo tikai bezgaisa vidē.
Jaunā tehnoloģija ļaus arī atteikties no dzīvnieku izmantošanu pētniecībā, ko pieprasa vides un dzīvnieku tiesību aizstāvji.
“ASV šobrīd vien vairāk nekā 100 miljoni dzīvnieku katru gadu tiek nogalināti zāļu vielu testos. Un viens no mērķiem ir pilnībā aizstāt nākotnē dzīvnieku testus ar testiem uz cita veida modeļiem. Kā, piemēram, šie orgāni uz čipa. ES līdz 2050. gadam ir plānojusi pilnībā atteikties no dzīvnieku testiem,” turpina Mozoļevskis.
Savukārt ASV Vides aizsardzības aģentūra līdz 2035. gadam ir plānojusi atteikties no dzīvnieku testiem.
Tas ļaus padarīt efektīvākus un precīzākus klīniskos pētījumos, kur medikamentus pārbauda uz cilvēkiem. Orgānu čipu izmantošana ļautu izvairīties no gadījumiem, kad zāles nelabvēlīgi ietekmē, piemēram, pacienta aknas.
“Tas ir vēl viens papildinstruments, kā mēs nākotnē varam padarīt lētāku zāļu attīstību, kas savukārt padarītu modernu terapiju pieejamību pacientam, jo mūsdienās modernas terapijas ir pietiekami dārgas,” uzsver Artūrs Ābols. “Un tas ir tāpēc, ka šis zāļu izstrādes mehānisms, posms ir ļoti dārgs un ilgstošs un ar ļoti lielu neizdošanās risku. Tāpēc jebkurš instruments, kas to procesu var padarīt lētāku, atsauksies uz to, ka modernās terapijas būs pacientam daudz pieejamākas. Veselības aprūpes sistēma būs pieejamāka. Un tas ir arī tas, kāpēc šai tehnoloģijai būs ļoti liels potenciāls nākotnē.”
“Ne pārāk tālā nākotnē mums būs iespēja darboties, kur pacientiem jau būs paņemtas viņu šūnas un sagatavotas šādos orgānu čipos. Tie tiks glabāti bio bankās gadījumam, ja pacients pēkšņi saslimst. Tad varam paņemt kādu no pacienta šķidruma paraugiem, uzlikt uz čipa un testēt specifiskas zāles specifiskās koncentrācijās pirms zāles dot pacientam. Tādā veidā mēs uzreiz varam pārliecināties, ka mēs dodam pacientam efektīvāko un optimālāko,” nākotni iezīmē LU CFI vadošais pētnieks Roberts Rimša.
Ideja par orgānu čipu attīstīšanu pētniekiem radās pirms diviem gadiem. Cietvielu fizikas institūtam ir iekārtas un tehnoloģijas, lai nodarbotos ar pētījumiem tīrtelpā un izgatavotu čipus. Tika meklēti sadarbības partneri. Savukārt Biomedicīnas pētījumu un studiju centrā Artūrs Ābols meklēja veidu uzlabot savus pētījumus. Uzzinot, ka Gatim un Robertam ir zināšanas, lai izveidotu čipus no inženiertehniskā viedokļa, Artūrs uzreiz izdomājis, ka var būvēt zarnu uz čipa, lai varētu sākt pētīt šos jautājumus.
LU Cietvielu fizikas institūtā paveic tehnisko pusi. Izgatavo tukšus čipus. Savukārt to uzpildi ar dzīvām šūnām paveic Biomedicīnas studiju un pētījumu centrā. Pirmais pusgads pagājis, izstrādājot čipu. “Gāja kā pa kalniem un lejām. Tas bija sarežģīti,” atzīst Roberts Rimša.
Tas, ko stāsta zinātnieki, izklausās pēc zinātniskās fantastiskas. Mūsdienu zinātnieku iespējas reizēm liek uzdod jautājumus par ētiskajiem aspektiem. Ir daļa sabiedrības, kas šūnu un gēnu pētījumus uztver kā iejaukšanos Dieva pasaulē.
“Mēs atdarinām kaut kādas noteiktu orgānu funkcijas. Mēs neveidojam, neaudzējam cilvēkus ar savu domāšanu, intelektu un tā tālāk uz čipiem,” norāda Gatis Mozoļevskis.
“Kādreiz par mikropasauli – baktērijām, vīrusiem, vēl kaut ko, izteica minējumus, ka tāda pasaule eksistē, visi teica – nē, tā ir Dieva pasaule. Bet, re, mēs izdomājām mikroskopu, mums tagad ir instruments, kā mēs tās lietas redzam. Tā jau ir kļuvusi par zinātnieku ikdienu. Tad uz jautājumu – jaukties vai nejaukties Dieva pasaulē – man liekas, ka atbilde ir – vai mēs esam, vai neesam atraduši pareizo instrumentu vai pareizo veidu, kā uz to skatīties,” uzskata Artūrs Ābols.
