Nauja priemonė sunkioms žaizdoms gydyti: tarptautinė mokslininkų komanda kurs įšvirkščiamą pleistrą

Kaip galima labiau padėti šiems žmonėms? Lietuvių, norvegų, latvių, estų, ispanų ir izraeliečių mokslininkų komanda ketina sukurti veiksmingą ir ekologišką medicininę priemonę – gelio pavidalo gydomąjį pleistrą, kurį bus galima įšvirkšti tiesiai į žaizdą.

Prie šios idėjos svariai prisidės FTMC Funkcinių medžiagų ir elektronikos skyriaus chemikai dr. Wanessa Melo ir dr. Arūnas Stirkė. „Daugelio įprastų tvarsliavų tikslas yra apsaugoti žaizdą iš išorės. Mūsiškis veiks iš vidaus, todėl, tikimės, bus efektyvesnis“, – sako lietuvių mokslininkai.

Vienas sumanymas nepavyko, bet atsivėrė durys kitam

Viskas prasidėjo prieš keletą metų, kai jungtinės mokslininkų komandos sumanymas buvo kitoks. A. Stirkė prisimena, kad su užsienio partneriais teikė paraišką Baltijos mokslinių tyrimų programos projektui „Tvarios ir novatoriškos technologijos, skirtos geresniam jūrų ir pieno pramonės šalutinių produktų panaudojimui“.

Šalutiniai produktai – tai, kas maisto gamybos metu lieka nepanaudojama, neskirta vartoti žmonėms, pavyzdžiui, gyvūnų kailiai, oda, kaulai, žuvų galvos ir t. t. Tačiau šie produktai dar gali būti naudingi kitoms reikmėms, juos reikiamai perdirbus. Tokia buvo ir mūsų minimų mokslininkų užduotis.

„Norėjome ieškoti naujų technologijų, kaip pagerinti naudingų medžiagų (pavyzdžiui, baltymų) išskyrimo išeigą, kiekį iš lašišos ar kitų šalutinių produktų. Taip pat patyrinėti, kaip mūsų metodas veikia tam tikrus pieno šalutinius produktus – karvių priešpienį ar išrūgas“, – pasakoja Arūnas.

Šiam projektui susivienijo keturios mokslinių tyrimų įstaigos, kiekviena iš jų turėjo atlikti savą vaidmenį. Pirmiausia, tai – pusiau privatus Norvegijos institutas SINTEF.

„Vienas jo departamentų įsikūręs Trondheime, prie pat Atlanto vandenyno. Ten dirbančios dvi lietuvės užsiima cheminės ekstrakcijos (naudingų medžiagų išgavimo) iš įvairiausių jūros gyvių tyrimais“, – sako A. Stirkė.

Taigi, norvegai šiame projekte turėjo būti vieni iš šalutinių produktų tiekėjų. Kiti tiekėjai-partneriai – tai Latvijos gyvybės mokslų ir technologijų universitetas, kurie dirba su šalutiniais pieno pramonės produktais. Jie bando iš pieno išrūgų išgauti baltymus ar kitus komponentus ir juos „sugrąžinti“ į maisto grandinę arba kurti didesnės pridėtinės vertės komponentus chemijos pramonei. Be to, latviai garsūs karvių priešpienio ir išrūgų tyrimų srityse – ir ieško būdų, kaip iš šios medžiagos išgauti tam tikras aktyvias molekules.

Ekologišku ir naujovišku išgavimo metodu užsiima FTMC Funkcinių medžiagų ir elektronikos skyrius, konkrečiau – minėtasis dr. Arūnas Stirkė. Jis naudoja impulsinio elektrinio lauko (angl. Pulsed Electric Field, PEF) technologiją, kai į skystus ar pusiau skystus produktus (esančius tarp dviejų elektrodų) yra paleidžiami žaibiški (už sekundę milijoną kartų trumpesni) aukšto įtampos elektros impulsai.

PEF daug žada maisto pramonėje – jau dabar padeda išgauti naudingus junginius, kurie pasižymi priešuždegiminiu poveikiu, šis metodas naudojamas maisto saugos srityje, kaip alternatyva tradiciniams pasterizavimo metodams. Be to, PEF veiksmingai pašalina kenksmingas bakterijas iš skystų maisto produktų, pavyzdžiui, pieno ir sulčių. Tokia technologija veikia greičiau, ji sunaudoja mažiau energijos ir išmeta mažiau CO₂.

Tad A. Stirkė sugalvojo PEF elektros impulsus pritaikyti geresniam naudingų medžiagų išgavimui iš žuvų, dumblių bei pieno šalutinių produktų.

Prie projekto idėjos prisijungė ir ketvirtasis partneris – Estijos bendrovė TFTAK – privati kontraktinių tyrimų laboratorija vystanti inovatyvias technologijas maisto ir biotechnologijos pramonei, siekiant sukurti naujus produktus.

„Ketveriukė“ Baltijos mokslinių tyrimų programos konkurso nelaimėjo – jie liko „pirmi už brūkšnio“, per žingsnį nuo finansavimo. Atrodė, tuo visos gražios idėjos ir pasibaigs. Tačiau Latvijos mokslo taryba nusprendė šį keturių šalių konsorciumą išlaikyti, ir jam skyrė papildomų lėšų.

„Tad dabar tęsiame darbus šia tema – rašome paraišką didesniam, europiniam, projektui“, – pasakoja Arūnas. Jungtinės komandos tikslas – laimėti programos „ES – sveikatos labui“ („EU4Health“) konkursą projektui „Nano ir pažangiosios technologijos ligų prevencijai, diagnostikai ir gydymui“ (angl. Nano and advanced technologies for disease prevention, diagnostic and therapy, NANOTECMEC).

Kad paraiška įgautų dar daugiau svorio, norvegų (tik šįkart jau nebe SINTEF institutas, o įmonė „Grøntvedt Biotech AS“), lietuvių, latvių ir estų konsorciumas pasikvietė ir specialistus iš Ispanijos – Katalonijos politechnikos universiteto mokslininkus, kurie turi patirties kuriant naujos kartos įšvirkščiamus pleistrus. Taip pat ketina prisijungti ir dar viena estų įmonė – „Nanordica Medical“.

Be to, jei paraiška bus priimta, prie projekto prisidės ir Šebos medicinos centras – didžiausia ligoninė Izraelyje, kurios ekspertai pripažinti vienais geriausių visame pasaulyje.

Nanodalelių ir baltymų „kovingasis duetas“

Taigi, kokia yra naujoji jungtinės mokslininkų komandos idėja? W. Melo ją pristato išsamiau:

„Pagrindinis mūsų tikslas – iš gyvūninės kilmės šalutinių produktų sukurti įšvirkščiamą pleistrą, kuris sukietėtų žaizdoje. Jis būtų be antibiotikų, tačiau praturtintas mažiausiai dviem aktyviais komponentais – niobio pentoksido nanodalelėmis bei tam tikrais baltymais, išskirtais iš šalutinių produktų.

Niobis yra cheminis elementas, vienas iš metalų. Šias nanodaleles mes kuriame patys, FTMC Funkcinių medžiagų ir elektronikos skyriaus laboratorijoje. O Latvijos gyvybės mokslų ir technologijų universitetas atliko daug pieno šalutinių produktų tyrimų ir nustatė, kad iš jo išgaunami baltymai (ypač laktoferinas) pasižymi labai aktyviomis priešuždegiminėmis savybėmis ir skatina ląstelių migraciją, t. y., gijimą.“

Pasak mokslininkės, didžiausi lėtinių žaizdų „kaltininkai“ yra įvairūs mikroorganizmai, kurie sukelia uždegimą, ir šis nemalonus procesas visą laiką rusena pažeidžiamose vietose:

„Vienas bjauriausių dalykų – iš virusų ar bakterijų susidarantys biofilmai (bioplevelės), kurie leidžia jiems būti labai atspariems prieš antibiotikus. Viena pagrindinių užduočių – kaip su tuo biofilmu kovoti.

Pagal mūsų idėją, tam turėtų pagelbėti niobio pentoksido nanodalelės, kurios naikintų mikroorganizmus. Tiesa, jos mažai tyrinėtos, ir čia yra tam tikras iššūkis. Todėl turime alternatyvą – išbandysime sidabro ar kitų metalų nanodaleles, kurios jau naudojamos klinikiniuose tyrimuose. Bandydami suvaldyti riziką, palyginsime šių dviejų metodų veiksmingumą.“

Partneriai iš Estijos atliks išsamius mokslinius tyrimus, o norvegai tieks šalutinį maisto produktą – krabų kiautus. Iš jų bus išskiriamas chitozanas, pagrindinis šaltinis siekiant, kad įšvirkščiamas pleistras būtų gelio pavidalo.

Norvegų mokslininkai svarsto šio pleistro kūrimui panaudoti ir žuvininkystės šalutinius produktus, nes manoma, kad iš jų išgaunami organiniai junginiai lipidai pasižymi antioksidacinėmis savybėmis, „suriša“ žalingas medžiagas, kurias skleidžia žaizdoje esantys mikroorganizmai.

Be to, pasak W. Melo, žaizdose dažnai sunku išlaikyti tinkamą drėgnumą. Tad komponentai iš šalutinių produktų galėtų veikti tartum kremas – kad nebūtų nei per sausa, nei per drėgna, ir ligonis jaustųsi geriau.

Kaip „suvaldyti“ nanodaleles?

Taigi, „formulė“ turėtų būti tokia: niobio pentoksido nanodalelės + pieno šalutinių produktų baltymai + chitozanas iš krabų kiautų = naujos kartos gydomasis pleistras.

Skamba paprastai, bet, kaip visada, iššūkių bus daug. Pats pagrindinis – kaip padaryti, kad ši laboratorijoje sukurta medžiaga liktų žaizdoje, bet nepatektų į žmogaus kraujotaką.

„Nanodalę turėsime prijungti prie gelio molekulės. Jeigu toji dalelė „plaukios“ žaizdos skystyje arba „nusileis“ į kraują – tai bus jau ne pleistras, o vaistas. Šiuo atveju vaisto mes nenorime kurti, nes tada gali pasikeisti gelio „pagrindinis taikinys“, per kraują jis patektų į kitas organizmo vietas. Taigi, į viena sujungiant visus geruosius komponentus, reikės užtikrinti, kad jie „nepabėgtų“ iš žaizdos“, – aiškina FTMC mokslininkė.

Dar vienas svarbus klausimas, į kurį reikės atsakyti: kas nutiks su pleistro aktyviosiomis medžiagomis po to, kai jos atliks savo darbą? Kaip jos pasišalins? Anot A. Stirkės, tai reikės spręsti tolesniame etape, dar kito projekto metu (kai bus atliekami ikiklinikiniai ir klinikiniai tyrimai), o dabartinė užduotis – sukurti gaminio prototipą ir jį išbandyti laboratorijos sąlygomis.

Planuojama, kad darbai – nuo idėjos iki prototipo – truks trejus metus. FTMC laboratorijoje, mėgintuvėlyje, bus sukurta dirbtinė lėtinė žaizda: chemikai augins odos ląsteles, kurias užkrės bakterijomis ir paskui įpjaus, padarys „žaizdą“. Mokslininkas ją sumaišys su nanodalelėmis ir stebės, kaip pastarosios žudo mikroorganizmus.

Sėkmės atveju, kada galėtume tikėtis jau paruošto naudojimui įšvirkščiamo pleistro? A. Stirkė skaičiuoja, kad tam reikės bent 10 metų. Jei pradinis projektas pavyks, vėliau bus ieškoma naujų partnerių, kurie galėtų vykdyti tyrimus su pelėmis (o jie labai brangūs, kaina prasideda nuo pusės milijono eurų).

Tačiau sėkminga pradžia jau atsakytų į daugelį svarbių klausimų.