Biojutiklių tyrimų ir inžinerijos kompetencijų ir technologijų perdavimo centro kūrimas (BIOSENSE)

Projekto esmė. Kam skirtas, kuo naudingas?

Biojutikliai leidžia greitai ir tiksliai aptikti ir matuoti biožymenimis laikomų junginių koncentracijas kraujyje, tokiu būdu vykdant specifinių ligų monitoringą ar jas diagnozuojant. Jie taip pat naudojami aplinkos matavimams bei taikomi cheminės gamybos pramonėje. Biojutiklių rinka yra sparčiai auganti, tačiau apie 70 proc. visų technologijų yra skirtos ir/ar susijusios su gliukozės matavimu. Komerciškai prieinamų diagnostinių technologijų, kurios būtų skirtos matuoti kitiems itin svarbiems biologiškai aktyviems junginiams (pvz., gliutamatas, šlapalas ar antibakteriniai peptidai), nėra kuriama daug dėl nepakankamo rinkos dalyvių dėmesio. Viena dėmesio trūkumo priežasčių yra naujų prietaisų kūrimui reikalingų investicijų į MTEP finansinė rizika, ir šioje vietoje struktūrinių fondų investicija padeda įveikti „investicinę duobę“ nuo mokslinių tyrimų iki prototipų stadijų. Tad šio projekto vienas iš pagrindinių siekių – įkurti mokslinių tyrimų ir inžinerijos kompetencijos centrą, kurio infrastruktūroje gimtų įvairūs analizės instrumentai, susiję su medicina, aplinkosauga ir chemijos pramone. Pagal sumanymą, projekto vykdytojas Vilniaus universitetas ir jo mokslininkai šiame centre vysto technologijas (intelektinę nuosavybę) iki prototipų stadijos, kurie vėliau yra licencijuojami suinteresuotoms įmonėms, neišimtinėmis teisėmis, kurios išvysto jas iki produktų lygio ir sėkmingai komercializuoja.

Projekto tikslai. Kokį pokytį vykdymo srityje padarys įgyvendintas projektas?

Projekte buvo sukurti bioelektrocheminės detekcijos principu veikiančių analizatorių prototipai ir maketai. Kuriamoms technologijoms buvo keliami šie reikalavimai: i) esamų matavimų atpiginimas ir supaprastinimas; ii) greitas matavimas neprarandant tikslumo; iii) detalių ir komponentų gamybos kaštų optimizavimas. Vienas iš prietaisų buvo skirtas nustatyti šlapalo (karbamido) koncentraciją kraujyje, azotinių trąšų mėginiuose ar nuotekose. Šlapalas yra svarbus metabolitas susijęs su perteklinio azoto pašalinimu, kurio koncentraciją reikia nuolat matuoti, pavyzdžiui, sutrikus inkstų veiklai. Nustatyta, kad sutrikus šlapalo ciklui žmogaus kepenyse, galima centrinės nervų sistemos disfunkcija, kuri gali pasireikšti psichinės būsenos pokyčiais, traukuliais, ar net smegenų edema. Chemijos pramonėje, azotinių trąšų gamyboje, yra komerciškai pagrįstas poreikis matuoti karbamido koncentraciją kombinuotose trąšose. Kitas prietaisas buvo skirtas nustatyti gliutamato koncentraciją. Tipiškai gliutamato koncentraciją sveiko žmogaus kraujyje siekia 0,01-0,2 mM, tačiau duomenys rodo, kad sergant šizofrenija ar depresija stebimi reikšmingi gliutamato koncentracijos šuoliai iki 0,5 mM ar daugiau, todėl gliutamato koncentracijos matavimas gali suteikti reikšmingą poveikį medicinos srityje. Trečia sukurta technologija - platforma antibakterinių peptidų tyrimams, kur ant specialaus paviršiaus suformuota dirbtinė norimos sudėties bakterinė ar žmogaus ląstelės membrana, kuri gali būti naudojama tyrimams. Pavyzdžiui, stebėti tiriamo peptido gebėjimą į ją įsiterpti, ir atvirkščiai – suformavus jautrių žmogaus organų (pvz., kepenų, kasos) ląstelių membranas imituojančias dangas patikrinti (nuspėti), ar tas pats peptidas nekenks tokį vaistą vartojančiam pacientui. Antibakteriniai peptidai yra neseniai atrasta antibiotikų alternatyva, kuri, tikimasi, leis išvengti vis didėjančio bakterijų atsparumo antibiotikams. Apibendrinant, sukurti analizatoriai savo sudėtyje turi keičiamus elektrodus, derinamus tarpusavyje, jie yra lengvai aptarnaujami, veikia automatiškai, savaime išsiplauna, pasiruošia matavimui. Jie yra tikslūs (<2 proc. SP), daugkartinio naudojimo, kas ženkliai sumažina analizės kainą, gali būti naudojami taikymo vietoje. Prietaisai turi vartotojui draugišką sąsaja, pateikia lengvai suprantamą informaciją, matavimai nereikalauja papildomo mėginio paruošimo. Pagrindiniai projekto rodikliai - pateiktos trys patentinės paraiškos Europos patentų biurui Vilniaus universiteto vardu, sukurti trys prototipai, išleistos 4 mokslinės publikacijos aukšto lygio žurnaluose (pvz. „Scientific Reports“, „Electroanalysis“). Tikėtina, kad išrasti inovatyvūs sprendimai turės nemažą indėlį biomedicinos, aplinkosaugos, cheminės pramonės srityse. Beje, sukurti technologiniai mazgai yra toliau naudojami ir vystant kitus prietaisus, pavyzdžiui, L-amino rūgščių bendros koncentracijos analizatoriui, skirtam intensyvios terapijos pacientų stebėsenai, reikalingą optimizuojant baltyminę mitybą ir siekiant geresnio paciento atsigavimo po reanimacijos. Taip pat pademonstruota, kad patobulinti gliukozės bioelektrodai gali matuoti gliukozės koncentraciją nanomolių litre lygyje, kas leidžia pastebėti gliukozės lygio svyravimą žuvų akvariumuose ir pagal rodmenis įvertinti žuvų patiriamą streso lygį.