Vďaka presným analýzam cukrov v bunkách, môžeme predikovať ochorenie, či zlepšiť funkciu implantátov, tvrdia vedci zo SAV-ky

 

Do konzorcia projektu CEMBAM - Centrum medicínskeho bioaditívneho výskumu a výroby, podporeného Európskym fondom regionálneho rozvoja v rámci Operačného programu Integrovaná infraštruktúra je zapojený aj Chemický ústav Slovenskej akadémie vied (CHÚ SAV) K jeho aktivitám patria najmä analýzy glykánov (cukrov) na povrchu kmeňových bunieka ich správanie pri výrobe bio-implantátov. Výskum sa realizuje v niekoľkých laboratóriách a centre excelentnosti CHÚ SAV, ktoré disponujú aj vhodným prístrojovým vybavením. Ako uviedol vedúci laboratória biočipov a microarrays a jeden z kľúčových vedcov projektu, Jaroslav Katrlík, určovanie glykozylácie môže slúžiť nielen presnejšej diagnostike, ale napríklad aj k zlepšeniu fungovania bio-implantátov v ľudskom tele.

 


Laboratóriá Chemického ústavu Slovenskej akadémie vied sú okrem ľudského potenciálu vybavené špičkovými zariadeniami. Patrí k nim napríklad microrobotický spottter, ktorý dokáže pracovať so stotisíckrát menším objemom tekutiny ako kvapka vody. „Kapilára s tenučkým priemerom, nanesie na pripravovaný čip vzorku vo veľmi malom objeme. Ide o pikolitre, desiatky alebo stovky pikolitrov,“ vysvetľuje Jaroslav Katrlík. Pri následnej analýze nechajú so vzorkou, nanesenou na čipe, pomocou takzvanej afinitnej metódy reagovať rôzne označené činidlá, lektíny alebo protilátky. Najčastejšie skúmajú vzorky z krvi, séra alebo už z nich extrahované bielkoviny. "A ak nejaký komponent, napríklad cukrová štruktúra alebo proteín, reaguje špecificky práve so štruktúrou činidla, tak ho vo vzorke vieme detegovať. Vďaka značeniu ho vidíme pri vizuálnom zobrazení pomocou microarray skenera a vieme povedať, áno, v tejto vzorke sa nachádza takáto štruktúra. A tiež v akom množstve sa tam vyskytuje.“


Podľa Katrlíka konkrétna štruktúra môže byť napríklad biomarker ochorenia, alebo aj marker priebehu či účinnosti terapie.. „V prípade reumatických ochorení je biomarkerom napríklad zmenená cukrová štruktúra na protilátkach.“ Ako ďalej uvádza, tento indikátor bol donedávna pokladaný za vedľajší a neskúmal sa podrobnejšie, ale zistilo sa, že je to jeden z dôležitých markerov, a tak sa mu venuje viac pozornosti.  „Keďže vieme urobiť analytický prístup z rôznych strán, tak vznikajú vlastne multiparametrické modely na predikciu ochorení. Čiže nemusí to byť jeden marker, ktorý nám povie áno – nie, ale možno kombinácia troch, čo nám v matematickom modeli dá skóre, ktoré potom vedia lekári vyhodnotiť,“ dopĺňa vedec. Ústav sa podľa jeho slov venuje najmä štúdiu glykánov z hľadiska ich využitia ako biomarkerov a celosvetovo ide o významný trend. Ide tiež o súčasť aktivít projektu CEMBAM. Úlohou CHÚ SAV v ňom je okrem iného navrhnúť postup aplikácie vyvinutých metód stanovenia glykozylácie pomocou biosenzorov a biočipov v regeneratívnej medicíne a posúdenie efektivity týchto jednotlivých prístupov. Výsledky prispejú nielen k vývoju nových presnejších diagnostických metód, ale i k zlepšeniu terapie pri reumatických a autoimunitných ochoreniach.



K ďalším projektovým aktivitám partnera patrí i vývoj a výskum rôznych postupov pre chemickú modifikáciu skafoldov za účelom zlepšenia adhézie buniek na ich povrchu.Skafoldy sú rôzne oporné konštrukcie pre kmeňové bunky, z ktorých sa pomocou aditívnej výroby vytvárajú bioimplantáty.  Okrem tvaru, použitia materiálu či jeho štruktúry,je pre vedcov dôležité zistiť, ako bude bunka interagovať s povrchom skafoldu, čo ovplyvňuje aj zloženie glykánov na jej povrchu. Na tento výskum využívajú napríklad hmotnostné spektrometre. „Používame rôzne metódy ionizácie.Napríklad nanesieme na štvorcovú platničku vzorku glykánov izolovaných zo séra alebo buniek, vložíme ju do prístroja a laserom strieľame na terčík,“približuje časť postupu ďalší kľúčový vedec projektu Peter Baráth. Pôsobením lasera a prítomnej matrice dochádza k ionizácii vzorky, ktorá potom pod vysokým napätím smeruje do analyzátora. „Tento prístroj používame na glykoprofilovanie, čiže vieme identifikovať glykány na povrchu, ktoré nám povedia, ako bude interagovať bunka s povrchom transplantátu, poprípade,ako treba kultivovať tkanivové bunky, aby vytvorili také glykány, ktoré dobre sadnú na povrchy skafoldov,“ dodáva Peter Baráth.

Glykozylácia podľa neho vedcom napovedá, akým smerom sa použitá bunka bude ďalej diferencovať. „V tom je naša hlavná účasť na projekte – sledovanie glykozylácie proteínov na bunkách, ktorými sa majú kolonizovať vybrané skafoldy,“ upresňuje Katrlík. Podľa neho bude implantát oveľa lepšie fungovať počas jeho použitia, ako keby skúšobné kolonizovanie neprebehlo. „Nie je to vôbec jednoduché, pretože prostredie na povrchu použitého skafoldu, nesmie to byť cytotoxické, nesme mať napríklad imunologickú odpoveď pri osadení bunkami a podobne,“ uzatvára. Napriek spomaleniu niektorých činností, spôsobeného pandémiou ochorenia covid-19, vedcom z SAV-ky sa podľa Jaroslava Katrlíka darí pokračovať v aktivitách podľa stanoveného harmonogramu.


Projekt CEMBAM  - Centrum medicínskeho bioaditívneho výskumu a výroby je spolufinancovaný z  Európskeho fondu regionálneho rozvoja v rámci Operačného programu Integrovaná infraštruktúra a zameriava sa na výskum a vývoj v oblasti pokročilých medicínskych terapií. Cieľom projektu je dosiahnuť prostredníctvom multidisciplinárneho konzorcia pozostávajúceho z výskumných inštitúcií štátneho, verejného a súkromného sektora prínos v oblasti výskumu kmeňových buniek so zameraním na výskum a vývoj arteficiálnych tkanív pomocou3D biotlače, ktoré umožnia aktívnu regeneráciu poškodeného tkaniva v rámci liečby reumatoidnej artritídy. Konzorcium tvorí osem partnerov, prijímateľom nenávratného finančného príspevku a hlavným partnerom projektu je Národný ústav reumatických chorôb v Piešťanoch. Partneri: Biomedical Engineering, s.r.o., Košice; DB Biotech, a.s.,Košice; Chemický ústav Slovenskej akadémie vied, Bratislava; MEDICAL VISION,občianske združenie, Bratislava; PANARA, s.r.o., Nitra; REGENMED spol.s r.o., Bratislava; Technická univerzita v Košiciach. 

"Informácie o Operačnom programe Integrovaná infraštruktúra 2014 – 2020 nájdete na www.opii.gov.sk