Šiemet Vilniaus universiteto (VU) Gyvybės mokslų centro Biochemijos instituto doktorantas Evaldas Balčiūnas buvo įvertintas net dviem – asociacijos INFOBALT ir Pasaulio mokslininkų federacijos – stipendijomis. Jaunasis mokslininkas dirba audinių inžinerijos srityje, kuri ateityje leis išauginti dirbtinius audinius ir gal net organus transplantacijai iš paties paciento ląstelių.

Karkasai kietiesiems ir minkštiesiems audiniams

Jaunasis mokslininkas kuria bioaktyvų karkasą audinių inžinerijai. Tai toks darinys, kuris turi norimo transplantuoti audinio ar organo mechanines ir chemines savybes. Šis karkasas dar papildomai modifikuojamas augimo veiksniais ir užląstelinio matrikso baltymais – medžiagomis, kurios veikia ląstelių savybes.

„Ant tokio karkaso užauginę kamienines ląsteles ateityje tikimės sukonstruoti dirbtines kraujagysles, kaulus ir kitus audinius. Kuriu karkasus minkštiesiems ir kietiesiems audiniams. Nors principas tas pats, bet šiems taikymams naudojamos visiškai skirtingos medžiagos ir gamybos metodai“, – pasakoja VU Gyvybės mokslų centro doktorantas.

Kietajam audiniui, pavyzdžiui, kaului, konstruoti naudojami hibridiniai organiniai-neorganininiai polimerai, kurie gali būti struktūrizuojami labai aukšta raiška, pasitelkiant lazerinę daugiafotonę polimerizaciją – technologiją, kuri naudojama ir VU Lazerinių tyrimų centre bei jo pumpurinėje įmonėje „Femtika“. Iš šių medžiagų pagaminti karkasai yra kieti ir gali labai tiksliai atkartoti kompiuteryje nustatytas formas.

Minkštiesiems audiniams, pavyzdžiui, kraujagyslėms, konstruoti gali būti naudojamas polidimetilsiloksanas (PDMS), kuris pasižymi patraukliomis mechaninėmis savybėmis. Taigi mokslininkas su kolegomis pamėgino šią medžiagą mikrostruktūrizuoti ir apauginęs kamieninėmis ląstelėmis implantuoti į triušio širdį, pažeistą miokardo infarkto. Tačiau susidūrė su pora problemų: „Pirmoji ta, kad iš PDMS labai lengvai išplyšta chirurginės siūlės. Be to, pastebėjome, kad PDMS yra hidrofobiškas ir neskaidus, tad netinkamas ilgalaikei implantacijai ir integracijai į organizmą.“

Bendradarbiaujama su Lietuvos ir užsienio mokslininkais

Siekdamas išspręsti pirmąją problemą, jaunasis mokslininkas pradėjo bendradarbiauti su Vilniaus Gedimino technikos universiteto (VGTU) Machanikos fakulteto Biomechanikos katedros tyrėjais prof. Rimantu Kačianausku ir doc. Artūru Kilikevičiumi. Abiejų universitetų mokslininkai tiria, kaip į PDMS įmaišytas šilkas keičia PDMS gebėjimą išlaikyti chirurgines siūles esant skirtingoms mechaninėms apkrovoms. Spręsti hidrofobiškumo problemą padeda VU Chemijos ir geomokslų fakulteto mokslininkai prof. Saulė Budrienė, doc. Tatjana Kochanė, doktorantė Neringa Žurauskaitė ir jų studentai. Šie sintetina įvairius naujus junginius PDMS pagrindu. Kitaip tariant, kuria blokinius kopolimerus PDMS pagrindu, kurie būtų itin hidrofiliški (panašūs į hidrogelius) ir suderinami su audiniais. E. Balčiūnas su VU Gyvybės mokslų centro mokslininkėmis dr. Daiva Baltriukiene ir dr. Virginija Bukelskiene tiria ląstelių atsakus į naujus junginius. Hibridinių polimerų klausimais konsultuojamasi su Lankasterio universiteto (Jungtinė Karalystė) tyrėjais dr. Johnu G. Hardy ir dr. Sara Baldock.

Jau atliekami klinikiniai tyrimai

„Mano užduotis – gaminti mėginius iš PDMS ir šilko, taip pat vertinti naujųjų medžiagų biosuderinamumą sistemoje in vitro (apauginant ląstelėmis) ir stebėti, kaip šių medžiagų savybės lemia ląstelių elgesį – adheziją, proliferaciją, gyvybingumą. Parinkę perspektyviausias medžiagas, pereisime prie kitos svarbios savybės – karkasų mikro- ir nanotopografijos įtakos ląstelėms tyrimo tam pasitelkdami 3D spausdinimo technologijas“, – pokalbį tęsia pašnekovas.

Pasak E. Balčiūno, daugybė audinių inžinerijos produktų jau dabar yra klinikinių tyrimų stadijoje, taigi sąlyginai nesudėtingų audinių – kraujagyslių, kremzlių ir kaulų galime tikėtis per ateinančius 10 metų. Sudėtingesnių konstruktų, kaip, tarkime, inkstai, kepenys ar širdis, klinikoje reikės palaukti.

„Standartinė gydymo procedūra turėtų atrodyti taip: žmogui dėl ligos ar traumos prireikus transplantuoti audinį ar organą iš jo raumens, kaulų čiulpų ar kitų sveikų vietų paimama biopsija ir laboratorinėmis sąlygomis padauginamos kamieninės ląstelės. Jos vėliau auginamos ant bioaktyvių trimačių karkasų, atspausdintų pagal individualaus paciento poreikius. Šie konstruktai inkubuojami bioreaktoriuose – didžiuliuose induose, kuriuose ląstelėms teikiamos reikalingos maistinės medžiagos ir signalinės molekulės, kad šios bręstų ir formuotų reikiamą audinį. Vėliau toks dirbtinis audinys ar organas transplantuojamas vietoj senojo“, – apie tolesnę eigą pasakoja VU Gyvybės mokslų centro doktorantas, kitų metų rudenį planuojantis gintis disertaciją.

Pravertė tarptautinė patirtis

E. Balčiūnas prisipažįsta, kad mokykloje nesvajojo tapti mokslininku. Tačiau studijuodamas VGTU bioinžineriją antrame kurse pradėjo dirbti laborantu Chemijos ir bioinžinerijos katedroje, kad įgytų papildomų žinių ir patirties. Paskui pradėjo domėtis stažuote mokslinėje laboratorijoje. Per dėstytojų rekomendacijas pateko pas jau minėtas VU mokslininkes dr. D. Baltriukienę ir dr. V. Bukelskienę, taip pat įsidarbino VU Lazerinių tyrimų centro prof. Roaldo Gadono grupėje, kuri dirba su lazerine daugiafotone polimerizacija. Įsitikinęs mokslinio darbo svarba, E. Balčiūnas nusprendė tęsti studijas. Jis VU baigė molekulinės biologijos magistrantūrą ir įstojo į biochemijos doktorantūrą.

„Beveik dvejus metus praleidau FORTH institute Kretoje, kur pagal Marie Curie programą dirbau su lazerine daugiafotone polimerizacija, tyriau naujų fotoiniciatorių – medžiagų, sugeriančių šviesą ir pradedančių polimerizacijos reakciją, savybes, taip pat su keletu kitų projektų audinių inžinerijos tema.

Pernai vasarą stažavausi Lankasterio universitete, kur taip pat dirbau su lazerine daugiafotone polimerizacija, tyriau hibridinių polimerų savybes.

Kadangi kiekvienam mokslininkui labai svarbu pamatyti, kaip dirbama kituose universitetuose, ir užmegzti naujų pažinčių, mąstau apie galimybę išvykti podoktorantūros stažuotės į užsienį. Vėliau ketinu grįžti į Lietuvą“, – ateities planais dalijasi jaunasis biochemikas E. Balčiūnas.