Lietuvos mokslininkai įsismagino – kuria kūno energijos kaupiklius, treniruoja ir DI

Tiksli, ankstyva ligų diagnostika ir individualus, konkrečiam žmogui parinktas gydymo būdas. Tai – tikslas, kurio nuolat siekia šiuolaikinė medicina, bet mokslininkai kasasi dar giliau – diagnostikos bei ligonio būklės stebėsenos priemonių poreikis yra ypač didelis.

Tai paliudijo ir COVID-19 pandemija, kurios pasekmės vis dar persekioja žmones: nuovargis, dėmesio sutelkimo sutrikimai, galvos skausmas, miego sutrikimas ir kitos.

O ir pati infekcija niekur nedingo: jos protrūkiai tai kyla, tai atlėgsta, bet priemonių – testų jai atpažinti ir diagnozuoti – jau yra.

„Tiriamieji darbai, kurių reikėjo per COVID-19 pandemiją, – jau praeitis. Vienus tyrimus baigėme, kiti šiuo metu artėja prie pabaigos, naujus netrukus pradėsime“, – štai taip apie mokslą prakalbome su Vilniaus universiteto (VU) Chemijos ir geomokslų bei Medicinos fakultetų profesore, Fizinių ir technologijos mokslų centro (FTMC) mokslininke 40 metų dr. Ieva Plikusiene.

I.Plikusienė yra tos kartos žmogus, kurie matė, kokiomis sąlygomis dirbo mokslininkai sovietmečiu, kokiomis – atkūrus nepriklausomybę ir kokiomis – dabar.

„Mokslas Lietuvoje sparčiai progresuoja ir yra pasaulinio lygio. Iššūkiai, kuriuos įveikiame, kaip ir mokslo pasiekimai, yra tokie pat svarbūs kaip ir kitų šalių mokslininkų laimėjimai. Nebėra atskirties, tik tiek, kad tam tikrais atvejais koją mūsų šalyje vykdomiems projektams dar pakiša mažokas finansavimas“, – patikino I.Plikusienė.

Šiemet ši mokslininkė buvo paskirta UNESCO Tarptautinės fundamentaliųjų mokslų programos (IBSP – „International Basic Sciences Programme“) Mokslinės patariamosios tarybos nare.

Ji specializuojasi kuriant pažangius optinius biologinius jutiklius, leidžiančius itin tiksliai tirti biomolekulių sąveikas. Ievos atliekami tyrimai aprėpia paviršiaus plazmonų rezonanso ir elipsometrijos (bekontakčio, medžiagos neardančio optinių parametrų matavimo) metodus, taip pat nanostruktūrinių medžiagų taikymą diagnostikoje ir biotechnologijose.

„Mūsų organizmas gamina įvairias molekules, kurios yra tarsi tam tikrų ligų ar atsparumo ligoms „pirštų atspaudai“, kuriuos galima nustatyti.

Organizme yra ir ypatingos Y formos molekulės – antikūnai. Tai – organizmo apsaugininkai, imuniteto dalis. Jie kovoja su infekcijomis. Tokius antikūnus įmanoma sukurti laboratorijose ir panaudoti ankstyvajai ligų diagnostikai“, – paaiškino I.Plikusienė.

Pokalbis su ja – apie Lietuvos mokslo situaciją, naujausius tyrimus bei tai, kokią naudą jie duoda visuomenei.

– Lietuvos mokslininkai dirba išvien su kitų valstybių tyrėjais. Impulsą technologijų proveržiui Lietuvoje padarė projektams pradėtas skirti Europos fondų finansavimas. Tai padėjo pasivyti Vakarus – įkurti modernias mokslo bazes Lietuvoje? – paklausiau dr. I.Plikusienės.

– Tuomet, kai Lietuva įstojo į Europos Sąjungą (ES), prasidėjo didžiausias virsmas per visą Lietuvos mokslo istoriją. Atsirado ne tik ES fondų finansavimas įvairiems projektams – atsirado ir stažuočių užsienyje galimybės, bendri tyrimai su kitų šalių mokslininkais.

Nebėra tokios takoskyros, tarkim, čia – Lietuvos mokslas, ten – Vokietijos mokslas. Mokslas yra pasaulinis, o mokslininkų bendradarbiavimas yra jo pagrindas.

Galiu palyginti, kaip dirbo mokslininkai anksčiau, ir kaip dabar dirbame mes.

Augau mokslininkų šeimoje. Mano tėtis Saulius Balevičius yra puslaidininkių fizikas, brolis – taip pat mokslininkas, jis lazerių fizikas.

Vaikystėje eidavau pas tėtį į darbą – į tuometį Puslaidininkių fizikos institutą (per 2009-ųjų reformą mokslo institutai buvo sujungti į FMTC. – Aut.). Matydavau, kokia sena aparatūra ten buvo naudojama tyrimams, neretai – pačių mokslininkų pasigaminta. Jie patys ją ir konstruodavo, ir taisydavo.

Mano kartos mokslininkų karjera klostosi visai kitaip, o ir man pačiai buvo suteikta daug galimybių. Pasukusi mokslo keliu galėjau naudotis ne tik modernia tyrimų infrastruktūra, bet ir vykti į stažuotes kitose šalyse, stebėti, kaip ten dirba mokslininkai, paskui – ir bendradarbiauti.

ES lėšos nulėmė, kad Lietuvoje užaugo nauja šiuolaikinių mokslininkų karta. Jie savo veiklai turėjo kitokias galimybes nei ankstesnės kartos, atitinkamai regimi ir jų pasiekimai. Jaunieji ir patyrę mūsų šalies mokslininkai jau yra gavę prestižinių dotacijų savo projektams.

Specialų finansavimą iš prestižinės Europos mokslo tarybos („European Research Council“ – ERC) – dotaciją, skirtą įsitvirtinantiems tyrėjams, šiemet gavo VU Gyvybės mokslų centro profesorė Urtė Neniškytė. Ji skirta už projektą „Sugars Maketh the Brain“ – apie glikokalikso vaidmenį smegenų grandinėse.

VU Istorijos fakulteto dr. Giedrė Keen šią dotaciją gavo 2023-iaisiais – už projektą „Past & Future Millet Foodways“. Ji analizavo sorų maisto kelionę praeityje ir ateityje. Giedrė buvo pirmoji Lietuvoje, gavusi ERC konsolidacijos dotaciją.

Galbūt tai yra pati pradžia. Lietuvos mokslininkų idėjos įvairiose srityse sulaukia vis daugiau dėmesio ir išskirtinio finansavimo. Tai liudija, kad mūsų mokslo kokybė yra ypač aukšta ir kad esame pajėgūs konkuruoti pasaulyje.

– COVID-19 pandemija – jau praeityje, tačiau infekcinių ligų grėsmė niekur nedingo. Lėtinės ligos taip pat yra žmonijos palydovės, o joms įveikti vis dažniau parenkamas konkrečiam žmogui tinkantis gydymo būdas. Jūs juk esate fizikė, dirbanti ir biomedicinos srityje. Kaip jūsų mokslinė veikla susijusi su ligų diagnostika?

– Mano pačios išsilavinimas ir darbo patirtis nulėmė, kad dalyvauju tarpdisciplininiame moksle.

Ir bakalauro, ir magistro laipsnius įgijau studijuodama fiziką, o daktaro laipsnį apsigyniau chemijos srityje.

Tad dirbu įvairių mokslo sričių sandūroje – nanotechnologijų, fizikos, biochemijos ir chemijos.

Šiuolaikinis mokslas toks ir yra. Jo pamatas – tarpdiscipliniškumas. Šiais laikais nėra prasminga atskirti konkrečias disciplinas vieną nuo kitos, atvirkščiai, jas reikia sujungti.

Man būtent ir pavyko tai padaryti, nes naudojuosi įvairiose mokslo srityse sukauptomis žiniomis. Tokį darbą dirbti man labai įdomu, juo labiau kad galiu bendradarbiauti su įvairių sričių mokslininkais.

Kartu su manimi tyrėjų komandoje dirba biochemikai, chemikai, fizikai. Visi kartu atliekame biologinių jutiklių tyrimus – kuriame juos, plėtojame, tobuliname.

Nesame apsiriboję tik biologiškai aktyvių medžiagų nustatymu bei jų savybių apibūdinimu, pavyzdžiui, tyrimams naudojame ir įvairias naujas nanomedžiagas.

Tokiomis nanomedžiagomis arba nanostruktūromis modifikuojant biologinio jutiklio paviršių galima gauti didesnį jautrį, dėl to lengviau nustatyti ieškomas biomolekules.

Tam tikrų struktūrų panaudojimas, pavyzdžiui, ir aukso, leidžia keliasdešimt kartų sustiprinti signalą. Taip veikia tam tikri šviesos sąveikos su medžiaga reiškiniai, kurie ateina iš fizikos, konkrečiau – iš optikos sričių: plazmonikos, nanofotonikos.

Nors dirbu kartu su daugelio sričių mokslininkais, vis dėlto mano pačios dėmesio centre išlieka kuriami ir tobulinami įvairūs biologiniai jutikliai – tokie, kuriems nereikia naudoti papildomos cheminės medžiagos ar žymės, pavyzdžiui, fluorescencinių dažų, radioaktyviųjų izotopų ar fermentų.

Šiuolaikiniame moksle – šiuolaikinėje ligų diagnostikoje ypač svarbu turėti būtent tokius įrankius, kuriais naudojantis galima be žymėjimo nustatyti biologiškai aktyvias medžiagas.

– Kokiais atvejais yra naudojami biologiniai jutikliai? Ar jų prireikia tik gydymo įstaigose?

– Patys paprasčiausi biologiniai jutikliai yra dažnai naudojami, pavyzdžiui, COVID-19 testas, gripo testas. Jie patvirtina arba paneigia tam tikrą infekciją. Nėštumo testas taip pat yra biologinis jutiklis.

Tai plačiai naudojami ir labai paprasti biologiniai jutikliai. Jie skirti greitai gauti pirminį įvertinimą, pavyzdžiui, atlikę tokį testą namuose galime sužinoti teigiamą arba neigiamą atsakymą, o tada kreiptis į gydytoją dėl tolesnės diagnostikos.

Vis dėlto tam tikrais atvejais šiuolaikinėje medicinoje yra būtina personalizuota – konkrečiam žmogui pritaikyta diagnostika.

Tuomet, kai yra nustatomi žmogaus organizmo išskiriami tam tikri biologiniai žymenys, atsižvelgiant į juos galima pritaikyti tikslinį gydymą, pavyzdžiui, vėžio.

Kita vertus, kartais biologinius žymenis – vadinamuosius biomarkerius galima aptikti pačioje ligos pradžioje arba dar anksčiau. Tai vadinamieji prognostiniai veiksniai – specifiniai požymiai, padedantys nuspėti tikėtiną paciento ligos eigą ar baigtį.

Jeigu nustatoma, kad žmogaus organizme išsiskiria tam tikros medžiagos, įmanoma prognozuoti, kuo žmogus gali susirgti ateityje, ir užkirsti tam kelią.

Taigi biologiniai jutikliai labai svarbūs personalizuotai medicinai ir personalizuotai diagnostikai.

Be to, jie gali būti naudojami ir veterinarijoje – juk gyvūnai taip pat serga, būna ir užkrečiamųjų ligų protrūkių, todėl labai svarbu turėti diagnostikos įrankius.

Biologiniai jutikliai naudojami ir maisto pramonėje, tarkim, kai reikia nustatyti, ar maisto produktai nėra užteršti kokiomis nors cheminėmis medžiagomis.

– Neseniai, lapkričio pabaigoje, sužinojote, kad laimėjote finansavimą trišaliam – Lietuvos, Latvijos ir Taivano mokslininkų bendradarbiavimo projektui. Koks tai bus tyrimas?

– Mūsų tarptautinės komandos tikslas – sukurti biologinį jutiklį, skirtą uždegiminiams biomarkeriams (biologiniams žymenims) nustatyti.

Pavyzdžiui, vienas tokių biologinių žymenų yra C reaktyvus baltymas (CRB). Jis nustatomas atliekant kraujo tyrimą. Pagal jo duomenis regimi rodiklio nukrypimai nuo nustatytos normos (5 mg/l) ir pagal juos sprendžiama, ar organizme vyksta uždegiminis procesas ir kas – virusai ar bakterijos – jį sukėlė.

Mes gi sieksime sukurti modelinę sistemą, paremtą CRB nustatymu, ir ją praplėsti taip, kad būtų galima nustatyti kitus biologinius žymenis, pavyzdžiui, amiloidus, interleukinus – baltymus, kurie reguliuoja imuninės sistemos funkcijas ir yra svarbūs uždegimo procese.

Įdomu šiame darbe ir tai, kad bendradarbiausime su Taivano mokslininkais, kurie yra vieni iš naujos biologiniams jutikliams skirtos technologijos – vadinamųjų triboelektrinių nanogeneratorių kūrimo pradininkai.

Tokiems jutikliams įkrauti galima naudoti energiją, sukauptą iš kuo įvairiausių mechaninių žmogus kūno judesių, pavyzdžiui, energija išsiskiria, kai kvėpuojame, vaikštome, šukuojame plaukus, atidarome duris.

Energija kaupiama kaip statinis krūvis, o nanogeneratorius ją paverčia jutikliui maitinti reikalinga elektros energija, tad nebereikia papildomo išorinio energijos šaltinio – išorinių baterijų.

Tai didžiulį potencialą turinti nauja technologija – viena karščiausių mokslo pasaulio naujienų, kuri sulaukė ypatingo dėmesio. Tokią technologiją galima pritaikyti ir dideliems energijos kiekiams kaupti, ir mažiems – iš žemo dažnio žmogaus judesių.

Galbūt ateityje pavyks sukurti ir implantuojamus biologinius jutiklius, kad jie galėtų stebėti tam tikrus parametrus žmogaus organizme.

Tačiau kiekvienam jutikliui reikia energijos, kad jis veiktų. Tai galėtų būti mažas, į žmogaus organizmą implantuojamas arba su pleistru prie odos priklijuojamas energijos šaltinis.

Pats jutiklis norimų biožymenų koncentraciją nustatytų iš žmogaus kūno skysčių, pavyzdžiui, prakaito arba seilių.

Šiuo metu biožymenys nustatomi laboratorijoje tiriant kraujo mėginius. Adatos dūris nėra malonus nei žmogui, nei gyvūnui – tai kelia stresą. O priklijuotas prie odos jutiklis suteiktų galimybę nuolat stebėti ligos eigą – norimų biožymenų kiekį organizme be invazinių metodų.

Dar vienas niuansas: šiame projekte bus treniruojamas ir dirbtinis intelektas (DI). Jo misija bus atpažinti tam tikrus signalus, gaunamus iš tokio biologinio jutiklio, ir prognozuoti CRB koncentraciją.

– Kaip pavyko suburti tokią išskirtinę komandą – ne tik Lietuvos ir Latvijos, bet ir Taivano mokslininkų?

– Latvijos mokslininkai tyrinėjo triboelektrinius reiškinius, žinojo ir apie taivaniečius, o per bendrus kolegas susirado mane. Tuomet visi kartu paruošėme projektą, kuriam ką tik ir laimėjome finansavimą.

Tai bus naujas darbas, o ir man pačiai tai nauja ir labai įdomi tematika. Galėsiu panaudoti ir savo žinias, ir ką nors naujo sužinoti, praplėsti akiratį.

Tai svarbu ir man asmeniškai, ir komandai, su kuria dirbsiu. Joje yra jaunų mokslininkų, doktorantų. Kadangi turėsime galimybę plėtoti biojutiklių technologiją, jaunieji mokslininkai turės galimybę įgyti tarptautinės šios mokslo srities patirties.

– Mokslininkų projektai tęsiasi po kelerius metus. Per kiek laiko jų išradimai – sukurtos technologijos pasiekia rinką?

– Nėra standarto – viskas priklauso nuo tyrimų sudėtingumo. Paprastesnės ir pigesnės technologijos pradedamos gana greitai naudoti, bet sudėtingoms pasiekti rinką nėra paprasta. Bet būna daugybė situacijų, kai atsiranda didelis kurios nors technologijos poreikis, pavyzdžiui, per pandemijas ar karus.

Istoriškai daug technologijų, kurios šiuo metu yra įprastos, buvo panaudotos per Antrąjį pasaulinį karą, pavyzdžiui, jo metu ypač aktyviai buvo tyrinėjamos mikrobangos – kuriami radarai joms nustatyti. Vėliau mokslininkai jas panaudojo kitose srityse – maistui šildyti ir taip mikrobangų krosnelės atsirado kasdieniame gyvenime.

Savo ruožtu laikas, per kurį išradimai pradedami taikyti praktikoje, priklauso ir nuo mokslininkų komandos, technologijos finansavimo galimybių. Kiekvienu atveju tai yra unikalu.

– CRB nustatomas atliekant susirgusio žmogaus kraujo tyrimus. O tie biologiniai jutikliai, kuriuos sieksite sukurti, kada ir kur būtų naudojami?

– Dabar dar tik pati tyrimų pradžia. Norime apskritai pažiūrėti, ar technologija veikia, kokių techninių problemų gali kilti, ką patobulinti.

Manyčiau, kad tokie jutikliai galėtų būti naudojami, kai žmogus jau yra gydomas ligoninėje – kai reikia nuolat stebėti ligos eigą ir CRB – uždegiminio biologinio žymens pokyčius.

Tas pat pritaikymas būtų ir gyvūnų organizme. Jiems susirgus jutiklis gali būti implantuojamas arba priklijuojamas prie odos ir stebima uždegiminio žymens koncentracija organizme ir pagal jo rodiklius koreguojamas gydymas.

– Naujasis projektas prasidės sausį. Galbūt kurie nors iš jūsų komandos atliekamų tyrimų artėja prie pabaigos?

– Turime ir daugiau naujų sumanymų projektams, bet dirbame ir prie ankstesnių.

Baigiame projektą, kuriame tyrėme nanoantikūnų pritaikymą virusinių infekcijų diagnostikai.

Antikūnai yra baltymai, kurie susidaro, kai organizmas kovoja su virusine arba bakterine infekcija. Pagal jų kiekį kraujyje diagnozuojamos infekcinės ligos.

O štai nanoantikūnai turi dideles pritaikymo galimybes ir gydant, ir diagnostikoje, nes jų savybės yra geresnės už standartinių antikūnų.

Projekto metu mums pavyko sėkmingai pritaikyti nanoantikūnus virusinių infekcijų diagnostikai. Taip pat tyrėme, kaip jie prisijungia prie tam tikrų struktūrinių viruso baltymų, – aiškinomės, ar jie gali didinti uždegimą ląstelėse, ar negali.

Apie tyrimo rezultatus jau rengiame mokslinę publikaciją. Manau, kad panašius tyrimus dar tęsime, nes nanoantikūnai yra labai įdomi, sparčiai pasaulio mokslininkų plėtojama tema.

– Šiemet pradėjote veiklą UNESCO Tarptautinės fundamentaliųjų mokslų programos Mokslinėje patariamojoje taryboje. Kokias aktualijas ji svarsto?

– Visada norėjau pabandyti veiklą tarptautinėse organizacijose ir dabar turiu tokią galimybę. Man tai – didelė atsakomybė.

Šiuo metu taryboje svarstome, kaip būtų galima pereiti nuo kiekybinio mokslo vertinimo prie kokybinio.

Šiuo metu opus klausimas moksle, kaip vis dėlto įvertinti, kokį poveikį – kokią naudą visuomenei turi konkretūs mokslininkų atlikti ir paskelbti tyrimai.

Ir dabar, kai egzistuoja dirbtinis intelektas, ir anksčiau, kai jo nebuvo, mokslas dažniausiai buvo vertinamas skaičiais. Pavyzdžiui, surinkus statistikos duomenis regima, kiek kartų ir koks mokslininkas buvo cituojamas, kiek straipsnių jis yra parašęs.

Bet ar visi tie straipsniai yra aukštos kokybės? Ar juose aprašomi mokslo tyrimai duoda ką nors gero visuomenei? Kaip tai pamatuoti?

Štai todėl Mokslinėje patariamojoje taryboje bandome parengti gaires, kaip įvertinti mokslo kokybę remiantis ne tik skaičiais.

Viena temų, apie kurią diskutuojame ir kurią norime išgryninti, – tai mokslo sąžiningumas.

Tuomet, kai atsirado DI ir ėmė augti DI įrankių pasiūla, padidėjo ir plagiatų tikimybė. Atsiranda mokslinių publikacijų, kuriose manipuliuojama duomenimis. Kaip to išvengti ir išlaikyti mokslo sąžiningumą?

Net jeigu mokslinis straipsnis yra publikuotas ypač gerame žurnale, o mokslininkas – dažnai cituojamas, tai dar nereiškia, kad jo darbai turi teigiamos įtakos visuomenei.

Dar viena tarybos analizuojama tema – jaunųjų mokslininkų ugdymas. Jiems reikia sudaryti galimybes visame pasaulyje naudotis tyrimams reikalinga infrastruktūra, kad jie galėtų įgyvendinti savo sumanymus. Tačiau galimybės įvairiuose regionuose smarkiai skiriasi. Vienokios jos Lotynų Amerikoje ar Afrikos valstybėse, visai kitokios – Lietuvoje ar Vakarų Europoje.