Knygos „Pandoros sėkla“ autorius Spenceris Wellsas atkreipia mūsų dėmesį į įdomų dėsningumą. Nuo paleolito iki šių dienų matome tris mirštamumo priežasčių bangas.
Pirmoji – tai mirtis nuo sužeidimų, prasidėjusi drauge su mūsų protėviais hominidais ir besitęsusi iki neolito pradžios. Kai žmonės tapo sėslūs ir prisijaukino gyvulius, mirtį nuo traumų pakeitė mirtys nuo užkrečiamųjų ligų. Iki skiepijimo atsiradimo XVIII amžiuje, tymais, tuberkulioze, raupais ir gripu žmonės užsikrėsdavo nuo ūkiuose auginamų gyvūnų. Buboninį marą iš žiurkių žmonėms pernešdavo blusos. Ši banga tęsėsi iki XX a. vidurio, kol buvo atrasti antibiotikai, kurių vartojimas užkrečiamųjų ligų grėsmę labai sumažino.
Deja, mikroorganizmai taip lengvai nepasiduoda, ką liudija tebeaugantis jų atsparumas antibiotikams. Tačiau šiuo metu vis didesnį pavojų kelia lėtinės ligos. Iki XX amžiaus dauguma žmonių mirdavo gana jauni, todėl cukrinis diabetas, hipertenzija, insultas ar vėžys nespėdavo išsivystyti. Šiuo metu jos tampa pagrindine grėsme, įskaitant ir neurodegeneracines bei psichikos ligas.
Svarbiausia – rezultatai
Taigi šiuolaikinei medicinai iššūkių nemažėja ir suprantama, kodėl viena iš šešių sumaniosios specializacijos krypčių yra skirta sveikatos technologijoms ir biotechnologijoms.
„Prioritetai, atspindintys specializacijos esmę, turi remtis trimis baziniais principais. Tyrėjų ir verslo veiksmai turi būti orientuoti į visuomenei svarbių problemų sprendimą. Antra, tose kryptyse turi būti stiprus mokslo potencialas. Trečia, kad būtų potencialas privačiam arba viešajam sektoriui absorbuoti žinias ir technologijas, kurios būtų kuriamos universitetuose ar institutuose“, – sako VU Biochemijos instituto Bioelektrochemijos ir biospektroskopijos skyriaus vedėjas dr. Gintaras Valinčius.
Ekspertai atrinko tris šios krypties prioritetus. Pirmojo iš jų tikslas – kurti molekulines technologijas farmacijai ir medicinai. Antrojo – pažangios sveikatos technologijos visuomenei. Ši veikla bus orientuota į pacientą arba visuomenę, jos sveikatos gerinimą. Trečiasis tikslas – pažangi medicinos inžinerija, subursianti tyrėjus, dirbančius inžinerijos ir programavimo srityse, medicinos prietaisų gamybos kompanijas ir pan.
„Svarbu tai, kad pabaigoje šio proceso, kuris bus lydimas didelių investicijų, būtų rezultatas. Vienas dalykas kurti laboratorijas, pripildyti jas prietaisais. Kitas dalykas – įdarbinti prietaisus, kad pasiektume rezultatus, kurie būtų juntami visuomenėje. Kad žmonės, nenutuokiantys apie mokslinius tyrimus, vienaip ar kitaip pajaustų sveikatos paslaugų prieinamumą arba diagnostikos priemonių kokybės padidėjimą“, – LRT Televizijos laidai „Mokslo ekspresas“ sako G. Valinčius.
Finansuojant pasirinktas kryptis, bus siekiama struktūrinių pokyčių šalies ūkyje ir skatinama, kad atsirastų naujos įmonės, nauji produktai, duosiantys naudos ne tik Lietuvos, bet ir kitų šalių gyventojams.
Lietuvos mokslininkai ir aukštųjų technologijų kompanijos jau dabar yra nemažai nuveikę, kurdami įvairias molekulines technologijas. Šioje srityje yra net keletas sėkmės istorijų.
„Molekulinių technologijų tikslas yra nukreiptas į naujų produktų, susijusių su genomo bei postgenominėmis technologijomis, plėtrai. Tai – įvairūs molekuliniai įrankiai, naudojami tyrimuose, diagnostikoje ir kituose taikymuose. Pavyzdžiu galėtų būti „Thermo Fisher Scientific“ kompanija, taip pat kai kurios mažesnės kompanijos. Antra kryptis orientuota į rekombinantinius baltymus, t.y. vaistinius preparatus. Juos Lietuvoje kuria kompanija „TEVA/Sicor Biotech“, – aiškina G. Valinčius.
Ieškoma pigiausio ir prieinamiausio sprendimo
Viena perspektyviausių sričių – naujų biofarmacinių preparatų kūrimas ir sintezė. Tai – naujos kartos vaistai – baltymai, kuriuos specialiuose bioreaktoriuose gamina genetiškai modifikuotos bakterijos arba gyvūnų ląstelės. Po to belieka juos išgryninti.
Tokie baltymai neretai būna kur kas efektyvesni už cheminius vaistus. Jie ne tik mažiau nuodija paciento organizmą, bet kartai būna tiesiog nepakeičiami. Pirmasis rekombinantinis baltymas – žmogaus insulinas pradėtas naudoti daugiau kaip prieš 30 metų. Kadangi tokie vaistai būna itin brangūs ir apsaugoti patentais, Lietuvos koziris – galimybė kurti panašius preparatus, kurie gydo taip pat efektyviai, bet yra kur kas pigesni.
Kita vertus, pasaulyje vis daugiau investuojama į kamieninių ląstelių tyrimus. Didžiausias iššūkis ir bene svarbiausias tikslas – išauginti iš jų norimus organus transplantacijai.
Apie tokius eksprimentus ir mėgintuvėlyje jau auginamas ir sėkmingai implantuojamas biosintetines ragenas esame pasakoję. Kuo anksčiau ir tiksliau diagnozuojamos ligos, tuo mažiau reikia brangių vaistų. Ypač biofarmacinių preparatų. Todėl tiesiog privalu kurti naujus ligų diagnostikos metodus, jautresnius biožymenis ir jų nustatymo metodus.
„Tie biožymenys gali būti įvairiausi. Tai gali būti specifiniai baltymai, antikūnai, kuruos reiktų identifikuoti. Tai gali būti ir instrumentinės priemonės, nauji signalų registravimo būdai, lazerinių technologijų, kurios stiprios Lietuvoje, pagrindu“, – „Mokslo ekspresui“ sako G. Valinčius.
Kaip kuo anksčiau diagnozuoti rimtą ligą?
Ketvirtoji kryptis – tai įvairūs jutikliai ir mikroskysčių manipuliavimo sistemos. Tikimasi sukurti sistemas, kuriose būtų galima atlikti ląstelių genominius bei postgenominius tyrimus, naudojant vos kelias ląsteles. Tokios sistemos būtinos, kuriant labai jautrius ligų diagnostikos metodus.
„Šios technologijos kartu su kitomis technologijomis, kur pasinaudojama biologinėms sistemoms būdinga savybe, antai savitvarka, gali būti viena iš technologinių sričių, kur galėtų atsirasti nauji jutikliai, naujos detekcijos sistemos, panaudojant stiprius spektroskopinius ir lazerinius resursus Lietuvoje“, – tvirtina G. Valinčius.
Naudojant chromatografines sistemas, įmanoma atskirti įvairius baltymus. Deja, šiuo metu tokiose sistemose naudojami jutikliai yra ne itin specifiški. Jie „pastebi“ baltymą, bet negali nustatyti, kokia yra jo funkcija.
Jutikliuose panaudojus elementus, imituojančius žmogaus organizmo audinių ar ląstelių dalis, bus galima įvertinti, kaip vienas ar kitas baltymas kenkia organizmui. Pavyzdžiui, su Alzhaimerio liga siejamas beta amiloido peptidas gali būti kelių formų. Tik kai kurios iš jų sukelia neuronų žūtį. Sukurti išmanieji jutikliai leis nustatyti, kuri baltymo forma labiausiai kenkia žmogui.
„Čia galėtų būti pavyzdys dabar vykstančių darbų VU Biotechemijos institute, kur bandoma kurta specifinius jutiklius bakteriniams toksinams. Bakteriniai toksinai yra didžiulė problema. Kadangi viena iš didžiausių grėsmių XXI a. yra antibiotikams atsparūs mikroorganizmai. Aptikti ir tiksliai nustatyti, kokie tai organizmai, – vienas svarbiausių uždavinių“, – pasakoja G. Valinčius.
Bakterijos – tarsi teroristai
Įvairios žmogaus sveikatai pavojingos bakterijos pažeidžia organizmo ląstelių sieneles – iš fosfolipidų molekulių sudarytą membraną. Ji yra būtina, ląstelėms perduodant nervinį signalą, medžiagų apykaitoje, energijos gamyboje, kovojant prieš svetimkūnius. Todėl mikroorganizmai kenkėjai dažnai nusitaiko į mūsų kūno ląstelių membranas.
Bakterijos išskiria specialius nuodus – baltymus, kurie įsiskverbia į membraną ir joje suformuoja kanalus, kaip separatistai valstybės sienoje, pro kurią ima plūsti priešo technika. Tai ir pražudo ląstelę.
Tokį žudymo mechanizmą naudoja auksinis stafilokokas, išskiriantis alfa hemolizino baltymą ir sukeliantis sepsį, įvairūs streptokokai, išskiriantys infekcijas sukeliančius streptolizinus.
Toks pat klastingas mechanizmas veikia ir kai kurių degeneracinių ligų atveju. Antai neurodegeneracines ligas sukeliantys baltymai, kurie atlieka svarbias funkcijas smegenyse, gali transformuotis į ligas sukeliančias baltymų formas, pažeidžiančias smegenų ląstelių membranas. Vienas plačiausiai žinomų – žmogaus smegenyse besikaupiantis beta amiloido peptidas, siejamas su Alzheimerio liga. Šis peptidas jungiasi į grupeles, kurios tarsi teroristai pažeidžia fosfolipidų membranas.
Kaip su tuo kovoti? VU Biochemijos instituto mokslininkai sukūrė dirbtinius tokių membranų modelius, gan tikroviškai atspindinčius toksinų veikimo mechanizmus. Tokios membranos naudojamos tirti patogenų poveikį ląstelėms.
Kita vertus, patogenai demaskuojami, naudojant šiuolaikinius elektrocheminius ir spektroskopijos metodus. Pavyzdžiui, vibracinės spektroskopijos instrumentais ieškoma naujų molekulinių žymenų, padedančių aptikti bakterinius ir žmogaus organizme susidarančius toksinus.
Vibracinės spektroskopijos metodai leidžia tiesiogiai „pažvelgti“ į molekulių sandarą, nustatyti kaip prasideda ligas sukeliantys struktūriniai molekulių pakitimai. Bendradarbiaujant su JAV mokslininkais, naudojami unikalūs įrenginiai, kurių nėra Lietuvoje. Pavyzdžiui, neutronų spinduliuotė, kurią generuoja branduoliniai moksliniai reaktoriai arba elementariųjų dalelių greitintuvai.
Biologiniai pavyzdžiai – neįkainojama medžiaga
Jeigu pirmosios prioritetų grupės tyrimų objektas yra molekulės, tai antrojo – pacientas arba pacientų grupės. Tyrimai planuojami dviem kryptimis. Pirmoji iš jų skirta klinikinių tyrimų plėtrai.
„Tai – įvairūs naujų vaistinių preparatų tyrimai. Kryptingi klinikiniai tyrimai, specializuojantis vienoje ar kitoje srityje galėtų būti labai naudingi. Pirmiausia įvedant naujus vaistus. Kita vertus, jie būtų naudingi ir pacientams, kuriems kol kas nėra vaistų. Jie galėtų būti tokių tyrimų objektai ir gauti naudą, išbandydami naujus vaistus“, – „Mokslo ekspresui“ tvirtina G. Valinčius.
Antroji kryptis, glaudžiai susijusi su pirmąja, – tai pacientų audinių biobanko sukūrimas. Toks biobankas būtinas biofarmaciniams ir biotechnologiniams tyrimams. Tai – ne tik informacijos ar mėginių saugykla, bet būtina pagalbinė priemonė mokslininkui, laboratorijoje tiriančiam ligas sukeliančias molekules ir mėginančiam suprasti pokyčių mechanizmą.
„Geriausias pavyzdys būtų lėtai progresuojančios ligos. Neurodegeneracinės ligos – Alzhaimerio ar Parkinsono. Pirmieji požymiai atsiranda palyginti ankstyvame amžiuje. Gali būti ta liga nepastebėta. Bet nutinka, kad asmuo diagnozuojamas 60 metų ir sėkmingo gydymo atveju jis gyvena iki 85 metų. Tokio asmens biologiniai pavyzdžiai yra neįkainojama medžiaga tyrėjams, sekant kaip keičiasi žmogaus organizmas, vystantis vienai ar kitai patologijai“, – aiškina G. Valinčius.
Kenksmingas streso poveikis
Dar vieną tyrimų temą padiktavo visuomenė. Atlikus apklausas paaiškėjo, kad viena aštriausių šiuolaikinių problemų yra psichinė visuomenės sveikata. Ir ne tik dėl milžiniško savižudybių, bet ir dėl augančio tokių sutrikimų, kaip depresija, nerimo būsenos ir panašiai skaičiaus.
Mokslininkai turi daug įrodymų, jog nuolatinė įtampa labai kenksminga, pradedant žala psichikos sveikatai ir baigiant nepalankiu poveikiu lytiniam gyvenimui ir imuninei sistemai, knygoje „Pandoros sėkla“ teigia S. Wellsas.
Ilgalaikis stresas mažina jautrumą gliukokortikoidiniams hormonams, kurie sukelia uždegimines reakcijas. Jeigu imuninė sistema per daug stimuliuojama, ji apgaunama ir verčiama manyti, kad organizmas kenčia nuo lėtinės infekcijos ar kitos negalios, kuri kėsinasi į mūsų kūną. Štai kodėl dažniau pasigauname slogą, auga tikimybė, kad patirsime arterijų užsikimšimą ir susirgsime autoimuninėmis ligomis.
Visuomenės struktūra glaudžiai susijusi su mūsų biologija. Psichologinis tankiai apgyvento ir triukšmingo pasaulio poveikis yra viena iš daugelio psichologinio nerimo priežasčių. Tokia per didelė foninė socialinė stimuliacija neabejotinai lemia augantį susirgimų psichikos ligomis skaičių.
Mintimis valdomi implantai ir 3D spausdintuvai
Paskutinis prioritetas susijęs su pažangia medicinos inžinerija. Tai – didelė veiklos sritis. 2012 metų duomenimis, apyvarta Lietuvoje veikiančių įmonių, kurios gamina arba parduoda medicininės inžinerijos produktus bei paslaugas, siekia kelis šimtus milijonų litų.
„Įsivaizduokime naujas prostetines medžiagas, implantus. Tai – didžiulė sritis biosuderinamų medžiagų. Tyrėjų grupė gali dirbti universitete ir gali atrodyti, kad jie neturi nieko bendro su medicina. Bet tos medžiagos, pasižyminčios specifine funkcija, pavyzdžiui, leidžiančios išvengti padidinto kraujo krešėjimo, arba baltymų denatūracijos ir paviršiaus užterštumo yra labai svarbios“, – aiškina G. Valinčius.
Implantų pramonė pasaulyje auga itin sparčiai. Be abejo, tai lemia ir didžiulė paklausa, pradedant įvairiuose konfliktuose suluošintų kariškių ir baigiant vyresnio amžiaus žmonių, neįgaliųjų reabilitacija. Todėl jau yra sukurti ir išbandomi netgi mintimis valdomi implantai, kai kurių implantų gamybai naudojami 3D spausdintuvai.
„Kalbant apie sveikatos krypties prioritetus, numatoma sukurti dešimtis naujų produktų, dešimtis prototipų, kurie galėtų būti toliau komercializuojami. Numatoma, kad bus sukurta ne mažiau kaip 5–6 naujos įmonės ir pavyks pritraukti bent vieną užsienio investuotoją“, – viliasi G. Valinčius.
Rolandas Maskoliūnas, LRT Televizijos laida „Mokslo ekspresas“
