Orgānu audzēšana uz mikroshēmām: Cellbox Labs

Orgāni uz mikroshēmas (organs-on-a-chip) ir nelielas polimēru ierīces ar mikrokanālu sistēmām, kas ļauj kultivēt dažādas cilvēka šūnas

Kamēr precīzijas medicīnas joma strauji aug visā pasaulē, Cellbox Labs ir Latvijas jaunuzņēmums, kas atrodas šīs tehnoloģijas izstrādes priekšgalā.

Inovācijas pirmsākumi meklējami 2019. gadā, kad viens no Cellbox Labs līdzdibinātājiem, molekulārais biologs un vēža pētnieks Artūrs Ābols, devās no Latvijas Biomedicīnas pētījumu un studiju centra uz Cietvielu fizikas institūtu (CFI) ar mērķi izveidot sadarbību ar zinātniekiem biomedicīnas jomā. Tolaik Roberts Rimša, mikroplūsmu speciālists, bija pārcēlies no Apvienotās Karalistes uz Rīgu un strādāja CFI laboratorijā, ko vadīja Gatis Mozoļevskis. Trijotne nolēma strādāt pie kopīga projekta, taču vispirms bija jāatrod kopīgs pamats savām unikālajām prasmēm.

Savā pēcdoktorantūras pētījumā Artūrs izpētīja baktēriju mazo RNS molekulu klātbūtni cilvēka asinīs. Nezinot to izcelsmi un lomu cilvēka veselībā, Artūrs izvirzīja hipotēzi, ka tās varētu nākt no zarnu mikrobiotas, taču tolaik viņam nebija rīku vai līdzekļu to tālākai izpētei.

Mikroplūsmas paver jaunu iespēju – radīt orgāna-uz-mikroshēmas platformu ārpus cilvēka ķermeņa, lai novērotu mijiedarbību starp zarnu audiem un anaerobo mikrobiotu. "Es izklāstīju šo problēmsituāciju un iespējamo risinājumu Robertam un Gatim. Par laimi, viņi abi jau bija dzirdējuši par šo tehnoloģiju, saprata, ka tā ir lieliska iespēja apvienot mūsu atšķirīgās zināšanas, un piekrita sākt projektu," saka Artūrs. Tikko izveidotā komanda nekavējoties ķērās pie darba un ar šo ideju pieteicās akselerātoros, vienā no tiem iegūstot balvu – kuras saņemšanai bija jādibina uzņēmums, kas nozīmēja oficiālu Cellbox Labs izveidi. "Mēs sapratām, ka varam šo tehnoloģiju izstrādāt labāk nekā citi tā laika konkurenti tirgū, un tai ir labs komerciālais potenciāls."

Cellbox Labs dibinātāji, no kreisās – Artūrs Ābols, Roberts Rimša, Gatis Mozoļevskis

Kas ir orgāns uz mikroshēmas

Orgāni uz mikroshēmas ir nelielas polimēru ierīces ar mikrokanālu sistēmām, kas ļauj kultivēt dažādas cilvēka šūnas atkarībā no tā, kādi audi tiks pētīti. Mikrokanālu sistēma un šķidruma plūsma ļauj šīm šūnām atrasties apstākļos, kas līdzīgi tiem organismā, precīzi atdarinot audu reakcijas uz stimuliem. Lai gan nosaukums varētu likt domāt, ka uz mikroshēmas atrodas viss orgāns, tā tas nav – mikroshēma ir diezgan neliela un satur tikai tik daudz audu, cik nepieciešams, lai atveidotu specifiskas audu funkcijas.

Mikroshēmas galvenokārt izmanto, lai pētītu slimību cēloņus un attīstību, kā arī testētu medikamentus. Piemēram, farmācijas uzņēmuma pētnieks vēlas saprast, kā tikko atklāta ķīmiska viela ietekmē zarnu gļotu sekrēciju vai zarnu barjeru. Orgāns uz mikroshēmas ļauj to pētīt dinamiski – intensīvi testējot šīs vielas dažādās koncentrācijās, neapdraudot cilvēkus vai citas dzīvas būtnes. Tas arī paātrinātu medikamentu izstrādi – palielinot pieejamību par zemākām izmaksām, padarot tos pacientiem pieejamākus.

Šūnu avoti mikroshēmai atšķiras – stabilas šūnu līnijas no šūnu bankām (kuras diemžēl bieži tiek kultivētas laboratorijā tik ilgi, ka ne vienmēr uzvedas līdzīgi cilvēka šūnām), šūnas tieši no donoriem un cilmes šūnas, kas pārveidotas nepieciešamajos audos. Cellbox Labs piedalās dažādos projektos un sadarbojas ar vairākiem Latvijas institūtiem un slimnīcām, saņemot atļauju iegūt pacientu šūnas no Centrālās medicīnas ētikas komitejas. Tomēr Cellbox Labs galvenokārt ražo pašu plastmasas mikroshēmas tehnoloģiju – ja partneri vēlas tās izmantot, viņiem pašiem jāatrod šūnu avots.

Šai tehnoloģijai ir potenciāls savienot vairāku orgānu audus uz vienas mikroshēmas, lai izveidotu sistēmu – organismu uz mikroshēmas, kas varētu simulēt to, kā medikamenti ietekmē konkrēta cilvēka organismu kopumā.

Orgāna uz mikroshēmas struktūra

Vēža ārstēšanas optimizēšana

Mikroshēmas nav vienādas visiem orgāniem, tāpēc Cellbox Labs pašlaik koncentrējas uz zarnām (kur projekts sākotnēji sākās) un plaušām. Plaušu mikroshēmu aizsākums bija Covid-19 pandēmijas laikā – ar mērķi izveidot platformu, kas nākotnē ļautu precīzāk testēt vai pārprofilēt medikamentus pret jaunām elpceļu infekcijām. Neilgi pēc tam Cellbox Labs sāka sadarboties ar Klīniskās un profilaktiskās medicīnas institūtu (KPMI) – plānojot uz mikroshēmas audzēt plaušu vēzi no audiem, kas iegūti pacientu operāciju laikā. Tas ļautu testēt vēža terapijas efektivitāti, pirms medikaments tiek dots pacientam. Raugoties uz priekšu – nākamā Cellbox Labs mikroshēma varētu būt asins-smadzeņu barjera, jo farmācijā pašlaik pastāv problēma nodrošināt medikamentu piegādi no asinsrites sistēmas uz smadzenēm.

Precīzijas medicīna ir joma, kuras mērķis ir izmantot jaunākās tehnoloģijas un izvēlēties katram pacientam vispiemērotāko terapiju. Piemēram, tiek ņemts pacienta vēža audu paraugs, izveidots tā molekulārais profils, un, pamatojoties uz konstatētajām mutācijām, izstrādāta mērķterapija. Tomēr pat šādās situācijās nav iespējams pilnībā prognozēt medikamenta efektivitāti pret vēža šūnām un tā toksicitāti plaušu šūnām. Ārstiem nepieciešams papildu rīks terapijas testēšanai – un tas varētu būt orgāns uz mikroshēmas. "Ir daudz audzēju, kas slikti reaģē uz medikamentozo terapiju. To, vai pacients saņem sistēmisku terapiju, lemj daudznozaru ārstu konsīlijs, pamatojoties uz audzēja stadiju un tā bioloģiskajām īpašībām," saka Dr. Kristaps Eglītis no RAKUS Onkoķirurģijas klīnikas.

Šūnu audzēšanas un analīzes process ilgtu no dažām nedēļām līdz mēnesim (attīstoties tehnoloģijai, ātrums palielinātos), taču Dr. Eglītis uzsver, ka pat mēnesis būtu pietiekami ātrs. Parasti krūts vēža paciente ierodas klīnikā, kur radioloģiskā izmeklējumā tiek novērots potenciāli ļaundabīgs veidojums un tiek veikta audu biopsija. Vienlaikus ar analīzi šos audus jau varētu nosūtīt audzēšanai uz mikroshēmas. Ja ķīmijterapijas efektivitātes rezultāti par šiem audiem būtu zināmi mēneša laikā, tas būtu tieši laikā – ja audzējs ir vēlīnā stadijā un operācija nav pietiekama, paciente saņemtu pirmsoperācijas ķīmijterapiju. Pat ja mikroshēmas rezultāti līdz tam nebūtu iegūti, pacients parasti mēneša laikā saņem pēcoperācijas ķīmijterapiju. Līdz tam noteikti būtu iespējams rūpīgi testēt dažādus medikamentus, precīzi nosakot, kura terapija pacientam būtu vislabvēlīgākā.

Šāda veida Cellbox Labs mikroshēmu izmantošana būs arī pirmais liela mēroga šīs tehnoloģijas pētījums Latvijā – komanda pašlaik gatavojas sadarbībā ar Dr. Eglīti.

Šūnu kultivēšana mikroshēmām

Personalizētā medicīna

Orgāniem uz mikroshēmas ir liels potenciāls sniegt augstu pievienoto vērtību veselības aprūpes sistēmām. Dārgi medikamenti netiktu tērēti pacientiem, kuriem tie nedarbojas, jo to efektivitāti konkrētu pacientu audos var prognozēt pieejamāk. "Orgānu mikroshēmu tehnoloģijai ir potenciāls samērā tuvā nākotnē kļūt par personalizētās medicīnas stūrakmeni," saka Dr. Eglītis. "Lielākais izaicinājums tās ieviešanai, īpaši šeit, Latvijā, ir birokrātija, kas jāpārvar, lai iegūtu atļauju pētīt pacientu audus. Vēl viena būtiska problēma ir valsts sektora finansējuma trūkums zinātnei, kas nozīmē, ka šādiem projektiem jāpiesaista privātie investori un jāmeklē atbalsts Eiropas Savienības projektos un fondos. Un vissarežģītāk būs pārliecināt lēmumu pieņēmējus, ka šī tehnoloģija būtu jāfinansē no valsts veselības aprūpes budžeta, lai gan tas ir labi pamatots no ekonomiskā ieguvuma viedokļa."

Salīdzinājumam – pašlaik ir vairāki komerciāli testi, kas var noteikt, vai agrīnas stadijas krūts vēža pacientēm ar hormonpozitīviem audzējiem ķīmijterapija sniegs labumu vai to var izlaist, neietekmējot ilgtermiņa ārstēšanas rezultātus. Igaunijā šādus testus sedz valsts, taču Latvijā – vēl ne.

"Ja cilvēkus var ātri un efektīvi ārstēt, viņi varēs atgriezties savā dzīvē, būt produktīvi un maksāt nodokļus, kas ir svarīgi valstij. Arī medikamenti maksās mazāk, un, ja terapija būs īsāka, būs nepieciešams mazāk veselības aprūpes sniedzēju. Nemaz nerunājot par ietaupījumu cilvēku ciešanās, jo ķīmijterapija nav patīkama," uzsver Dr. Eglītis. "Neatkarīgi no tā, vai valsts par to maksā vai ne, nākotnē mēs noteikti pirksim šādus risinājumus, un būtu lieliski, ja to varētu darīt lokāli, nevis importēt, piemēram, no ASV."

Gatis Mozoļevskis prezentē Cellbox Labs pasākumā Deep Tech Atelier 2023

Raugoties nākotnē

Viena no Cellbox Labs risinājuma priekšrocībām ir tā saderība ar masveida ražošanu, kas galu galā ievērojami samazinātu mikroshēmu izmaksas. Galvenās izmaksas tad būtu šūnu iegūšana un cilvēkresursi, kas iesaistīti to kultivēšanā un analīzē. To varētu optimizēt, standartizējot procesu un izveidojot laboratorijas, kas automatizē kultivēšanu.

Orgāni uz mikroshēmas ir jauna tehnoloģija, un Cellbox Labs komandai nav daudz zinātnisku publikāciju, uz ko paļauties. "Katru reizi, sākot jaunu procesa posmu, mums jāapgūst jaunas zināšanas, izmēģinot un mācoties no neveiksmēm. Līdz šim iegūtās zināšanas esam paturējuši sev, taču tagad esam iesnieguši patentus un sākam rakstīt publikācijas." Šis process prasa laiku un naudu, tāpēc Cellbox Labs aktīvi meklē investīcijas, kas biotehnoloģiju jomā ir izaicinošs uzdevums. Tomēr par projektu ir interese – no akadēmiskā sektora, kur ir lielāka vēlme strādāt ar jaunām tehnoloģijām; no farmācijas nozares, kur mikroshēmas varētu ietaupīt ievērojamus resursus; un vienkārši tāpēc, ka mērķis pārtraukt dzīvnieku izmantošanu pētījumos kļūst arvien aktuālāks visā pasaulē.

Ja Cellbox Labs tehnoloģija jūs aizrauj, šī raksta publicēšanas brīdī vēl ir pusotra diena laika balsot par viņiem Latvijas Jaunuzņēmumu balvās 2023, kategorijā COMMUNITY CHOICE. Turklāt ceremonija tiks translēta tiešraidē šeit, un Cellbox Labs ir viens no top-3 jaunuzņēmumiem, kas cīnās par IMPACT kategorijas balvu. Skatieties un atbalstiet viņus!

• * *

Šis raksts tapis sadarbībā ar Medicus Bonus – Latvijas žurnālu veselības aprūpes speciālistiem – jaunā sērijā par veselības aprūpes inovācijām Latvijā. Ja esat ārsts, abonements ir bezmaksas – vienkārši rakstiet uz redakcija@medicusbonus.lv!