PrintyMed mākslīgais zirnekļu zīds uz spoles
Kristaps Jaudzems, Latvijas Universitātes profesors un Organiskās sintēzes institūta Strukturālās bioloģijas un zāļu dizaina laboratorijas vadītājs, savu ceļojumu zirnekļu tīklu pasaulē sāka pirms aptuveni 10 gadiem, kad viņa komanda sāka pētīt, kā zirnekļa ķermenī veidojas zīds.
"Mūs interesēja, kāds molekulārais mehānisms nodrošina pāreju no šķidras izejvielas zirnekļa dziedzerī uz cietām šķiedrām, kurām piemīt pārsteidzoši iespaidīgas mehāniskās īpašības," saka Kristaps.
Pētniecība turpinājās lēni, taču veiksmīgi – bruņojoties ar izpratni par šī procesa noteicošajiem faktoriem, pirms pieciem gadiem Kristaps ar savu komandu pieteicās Eiropas Reģionālās attīstības fonda līdzfinansētam projektam tehnoloģijas izstrādei, kas laboratorijā mākslīgi atdarinātu dabisko zirnekļu zīda ražošanu. "Īstenojot projektu, mēs veiksmīgi izstrādājām savu metodi, kurā zirneklī notiekošais bioķīmiskais mehānisms tiek apvienots ar papildu ķīmiskās modifikācijas soli – rezultātā mēs varam mainīt iegūtā mākslīgā zirnekļu zīda īpašības daudz plašākā diapazonā, nekā to spēj pats zirneklis."
Kad projekts bija gandrīz pabeigts, Kristaps nolēma pievienoties Commercialization Reactor – Latvijas jaunuzņēmumu ekosistēmas organizācijai, kas nodarbojas ar zinātnes komercializāciju, apmācot zinātniekus un uzņēmējus par jaunuzņēmumu darbību. Divreiz gadā Commercialization Reactor organizē Ignition Event – pasākumu, kurā zinātnieki var prezentēt savus pētījumus un to potenciālos pielietojumus, bet uzņēmēji klausās un piesakās sadarbībai ar tiem, kuru idejas viņus aizrāvušas – pēc tam dibinot uzņēmumu un mēģinot izgudrojumu ienest tirgū. "Mana prezentācija bija ļoti populāra, un ap zirnekļu zīda pētījumu izveidojās trīs biznesa komandas," saka Kristaps. "Katra no tām izvēlējās citu pielietojumu – transporta, aizsardzības un medicīnas jomās. Pašlaik pārējo divu aktivitāte ir apstājusies, taču dibinātais medicīnas jaunuzņēmums – PrintyMed – strauji attīstās, un mēs cenšamies piesaistīt investorus."
PrintyMed dibinātāji, no labās: Sandra Treide, medicīnas direktore; Kristaps Jaudzems, tehniskais direktors; Jekaterina Romanova, izpilddirektore
Labākā pielietojuma meklējumos
PrintyMed atrodas nedaudz neparastā situācijā jaunuzņēmumu jomā – lai gan tehnoloģija ir vērtīga, komanda strādā pie tās pielietojumu izstrādes, īpaši pētot, kā izmaiņas prototipēšanas procesā ietekmē rezultātu. "Zināmā mērā mēs būsim atkarīgi no tā, kādas būs materiāla īpašības, kad izlemsim, ka esam sasnieguši ķīmisko sastāvu, pie kura tuvākajā nākotnē vēlamies palikt," skaidro Kristaps.
Viens no galvenajiem faktoriem, kas svarīgs zirnekļu zīda materiālam, ir tā mijiedarbība ar audiem – ideālā gadījumā tas nebūtu bīstams organismam, nedz arī izraisītu imūnreakciju, kas to pārāk ātri sadalītu. Bioloģiskās noārdīšanās laikam vajadzētu būt vidējam – pietiekami ilgam, lai tas kalpotu kā strukturāls pamats audu reģenerācijai vai mākslīgu orgānu šūnām, bet arī pietiekami ilgam, lai organisms to pēc tam uzsūktu.
Pastāv vairāki potenciālie pielietojumi, kas vēl tiek prototipēti, taču grūti prognozēt, kurš no tiem sniegs PrintyMed izrāvienu, kas palīdzēs jaunuzņēmumam finansiāli nostabilizēties. Turklāt, kā ar visām medicīnas tehnoloģiju inovācijām, šie prototipi prasa padziļinātu izpēti laboratorijā, kā arī preklīniskos pētījumos – pirms tos vispār var izmēģināt praksē. "Mūsu lielākais mērķis ir pielāgot materiālu 3D druka, lai jebkādas struktūras varētu ātri un viegli izdrukāt audu reģenerācijai vai mākslīgu orgānu radīšanai. Taču pagaidām mums jāraugās uz tuvāko nākotni," saka Kristaps.
Ar tagad nobriedušo ideju komanda ir pievienojusies vairākiem biznesa inkubatoriem, no kuriem lielākais atrodas tepat kaimiņos, Igaunijā – Health Founders. Tur sākās jauna nodaļa PrintyMed vēsturē, kad par mentoru pieteicās sirds ķirurgs ar 18 gadu pieredzi – Dāvids Jakobi no Izraēlas.
https://www.scientificanimations.com/wiki-images/, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=96652114
Zirnekļu zīds sirdī
"2019. gadā es pieņēmu lēmumu vairāk laika veltīt savai ģimenei," saka Dāvids Jakobi. "Līdz tam biju ārkārtīgi aizņemts – operēju gan pieaugušos, gan bērnus, ne tikai kā kardiologs, bet dažkārt arī kā torakālais un onkoloģijas ķirurgs, kā arī vadīju ECMO komandu. Nolēmu palēnināt tempu ķirurģijā un vairāk pievērsties darbam, kas manu dzīvi padarītu elastīgāku – un izvēlējos medicīnas tehnoloģiju inovācijas. Šo četru gadu laikā esmu iepazinis simtiem jaunuzņēmumu komandu, un jaunās tehnoloģijas mani pilnībā aizrāvušas. PrintyMed ir lielisks piemērs – kad uzzināju par viņu vērienīgo ideju un aizraujošo pieeju, es uzreiz nolēmu, ka vēlos ar viņiem strādāt. Īpaši tāpēc, ka sapratu, ka mana pieredze kā sirds ķirurgam ļoti noderēs." Kopš Dr. Jakobi iesaistīšanās, darbības fokuss lielā mērā pārcēlies uz mākslīgu sirds vārstuļu izveidi.
Kad pacientam ir problēma ar sirds vārstuli, ārstam ir vairāki veidi, kā viņam palīdzēt, saka Dr. Jakobi. Vispirms nepieciešams novērtēt, vai ir nepieciešama operācija. Lai gan medikamentozā terapija nevar izārstēt problēmu, tā var atvieglot simptomus. Ja operācija tomēr ir nepieciešama, ir divas iespējas – ideālā gadījumā jāsaglabā esošie audi un jāsalabo vārstulis, taču, ja problēma ir pārāk smaga, tas jānomaina.
Pašlaik pastāv divi galvenie mākslīgo sirds vārstuļu veidi – mehāniskie un bioloģiskie. Mehāniskais vārstulis ir izgatavots no oglekļa šķiedras un ir ļoti izturīgs (organismā kalpotu vairāk nekā 200 gadus). Tomēr uz tā var veidoties asins recekļi, kas pēc tam atdalās un rada nopietnas problēmas (piemēram, ja nonāk ekstremitātēs vai smadzenēs). Tas nozīmē, ka pacientiem jālieto antikoagulanti – parasti K vitamīna antagonisti –, kuriem ir smagas blaknes (piemēram, spontāna asiņošana).
Savukārt bioloģiskais vārstulis ir izgatavots no cūkas vai liellopa audiem – taču tas strauji noārdās 8–15 gadu laikā. Turklāt tie jāuzglabā pareizi, parasti glutāraldehīdā, kas pirms implantācijas rūpīgi jāizskalo un izraisa kalcifikāciju.
Mehānisko vārstuli bieži izvēlas jaunākiem cilvēkiem, lai izvairītos no atkārtotu operāciju nepieciešamības – taču diemžēl viņiem visu atlikušo mūžu jālieto antikoagulanti. Savukārt bioloģiskos izvēlas vecāku pacientu gadījumā, cerot, ka tas kalpos līdz pacienta mūža beigām, kas tomēr nav garantēts. Ja risinājums varētu piedāvāt mehāniskajam vārstulim līdzīgu risinājumu – pietiekami plānu, izturīgu, elastīgu un bioloģiski saderīgu –, kam nav nepieciešamas medikamentu lietošana, tirgū būtu milzīgs pieprasījums.
Zirnekļu zīda mērogs
Raugoties nākotnē
"Līdz orgānu drukāšanai vēl ir garš ceļš ejams," saka Dr. Jakobi. "Es ticu, ka tas ir iespējams, taču līdz tam mums jākoncentrējas uz to, ko patiešām var paveikt tuvākajā nākotnē, un sirds vārstuļa radīšanu es redzu kā reālu atskaites punktu, kas praktiski demonstrētu mākslīgā zirnekļu zīda tehnoloģijas spēku. Bet kas zina, varbūt tas būs tik efektīvs, ka mainīsies visi plāni. Sirds vārstuļu nomaiņa ir miljardu eiro tirgus – katrs no tiem Rietumvalstīs maksā no 1000 līdz 7000 eiro."
Virzība uz priekšu prasa preklīniskos (cūku un aitu) un klīniskos pētījumus, kas savukārt prasa palielinātu ražošanas apjomu no laboratoriju iekārtām ar bioreaktoriem. Bioreaktoros zirnekļa gēni tiek ievietoti baktēriju šūnās, kas sāk ražot izejvielu zīdu, ko galu galā atdala no baktērijām. Pozitīvais aspekts – šī procesa mērogošanai nav nepieciešama jauna tehnoloģija. Kristaps cer uz sadarbību ar Latvijas Biomedicīnas pētījumu un studiju centru, kur būs iespējams palielināt pašlaik iegūtos dažus gramus materiāla vienā partijā – līdz pat desmitiem vai simtiem gramu. Turpmākai ražošanas paplašināšanai būs nepieciešama sadarbība ar ārvalstu bioķīmiskās ražošanas rūpnīcām.
Dr. Jakobi aicina: "Es vēlos uzrunāt jebkuru ārstu, kurš ir pamanījis medicīnā neapmierinātu vajadzību (varbūt saplīsušu priekšējo krustenisko saiti, meniska problēmu, nepieciešamību implantēt cīpslas vai pārklāt smadzenes pēc kraniālas operācijas u. tml.), ko varētu atrisināt ar zirnekļu zīda palīdzību, – sazinieties ar mums! Varbūt varam sadarboties."
- * *
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!