Biomedþiagosir audiniø inþinerijaAtkelta ið 4 p.Priešingai kitoms paplitusioms lazeriniomikroapdirbimo technologijoms, kuriosenaudojama lazerinë abliacija ir josmetu medþiaga pašalinama, LDFP bûdupataðkiui auginamas norimas objektas. Taileidþia tiesiogiai ið kompiuterinio modeliosuformuoti norimà mikrodariná. Ðiai technologijaitinkamos medþiagos gali bûti labaiávairios. Visø pirma tai tradicinës UVlitografijos fotorezistai, naudojami mikroeletronikoje,taip pat naujos kartos hibridiniaiorganiniai, neorganiniai kompozitai,ávairûs akrilatiniai polimerai ir bioskaidþiosmedþiagos. Taikymø sritys gali bûti taip patlabai plaèios: fotonika, mikrooptika, mikrohidrodinamika,biomedicina ir kt.Naudojant ultratrumpøjø impulsø (impulsotrukmë < 1 ps) lazerius ðviesa sàveikaujasu medþiaga trumpiau nei vykstaelektronø-fononø sàveika (ðilumos perdavimas).Taigi toks lazerinis apdirbimasneturi terminio poveikio. Be to, vienu metugali bûti sugeriami keli fotonai. Tai leidþiapluoðtui giliai prasiskverbti á apdirbamàmedþiaga, o sugertis vyksta tik jostûryje. Toks nanostruktûrizavimas taikomasbiologiniø audiniø inþinerijoje, kur,naudojant biologiðkai „draugiðkà“ polimerà,suformuojami reikiamos struktûroskarkasai làstelëms auginti.<strong>Vilniaus</strong> universiteto Lazeriniø tyrimøcentre yra LDFP sistema, kurios lazerinësspinduliuotës ðaltinis – lietuviðkas ultratrumpøjøimpulsø lazeris „Pharos“(MGF „Šviesos konversija“). Sukonstruotavisiškai kompiuteriu automatizuota sistemaleidþia formuoti tûrinius mikrodarinius,kuriø elementai gali bûti vos keliøðimtø nanometrø dydþio. Visas bandinioparuoðimo, mikroobjekto suformavimoir ryðkinimo ciklas trunka maþiau nei valandà.2 pav. pateikiama tokia sistema,jos veikimo principas ir pavyzdiniø mikrodariniø,suformuotø LDFP bûdu, skenavimoelektronø mikroskopo nuotraukos.Ðiuo metu mokslininkai vykdo regeneracinësmedicinos tikslams reikalingustyrimus. Ruoðiami mikrostruktûrizuotitrimaèiai polimeriniai karkasai, vëliauant jø auginamos làstelës.Làsteliø auginimas ant karkasøApibendrinus daugelio pasaulio laboratorijølàsteliø auginimo ant dirbtiniø karkasøpatirtá, galima teigti, kad medþiagoms,ið kuriø gaminami ðie pavirðiai, keliamagana daug reikalavimø. Svarbiausiasið jø – kad medþiagos bûtø netoksiškos,skatintø làsteliø adhezijà, taèiaunedarytø átakos auginamø làsteliø proliferacijaiir diferenciacijai. Kitos bûtinos tokiømedþiagø savybës – farmakologinisinertiðkumas, tinkama struktûra, kuri laiduotøauginamø làsteliø optimalø iðsidëstymà,taip pat ir maisto medþiagø, bûtinøauganèioms làstelëms, pralaidumà. Tokiosmedþiagos turi bûti stabilios, nekancerogeniðkos,neimunogeniðkos, lengvaisterilinamos, ekonomiðkos bei lengvaipagaminamos. Priklausomai nuo sprendþiamosproblemos, gali bûti pageidaujama,kad iš ðiø medþiagø pagaminti làsteliøkarkasai organizme ið lëto degraduotø,palikdami egzistuoti tik ant jø uþaugusiaslàsteles. Bet gali bûti ir kitaip – yraatvejø, kai reikia turëti stiprø, bet tamprøir elastingà làsteliø prisitvirtinimo pagrindà.Toks pavyzdys gali bûti visame pasaulyjeþinomas atvejis, kai Harvardo medicinosmokyklos Urologijos skyriuje, vadovaujantdaktarui J.J.Yoo, buvo uþaugintadirbtinë ðlapimo pûslë. Panaðûsreikalavimai gali bûti keliami ir dirbtiniamkauliniam audiniui, iš dalies – ir odai.Biochemijos instituto mokslininkai,bendradarbiaudami su <strong>Vilniaus</strong> universitetoLazeriniø tyrimø centru, naudodamiávairias polimerines medþiagas ir suaugusioorganizmo nevisiškos diferenciacijoslàsteles, kuria dirbtinius audinius, kuriøviena ið galimø pritaikymo srièiø galëtøbûti ðirdies ir kraujagysliø chirurgija. Ikišiol buvo išbandyta daug polimeriniø medþiagøir ið jø lazerinës dvifotonës fotopolimerizacijosmetodu pagamintø ávairiosgeometrinës struktûros karkasø. Anttokiø karkasø buvo auginamos ávairiosmodeliniø linijø ir suaugusio organizmonevisiškos diferenciacijos làstelës. Gautirezultatai rodo, kad panaudojus kelias polimerinesmedþiagas augimo skirtumøtarp linijiniø ir suaugusio organizmo kamieniniøar nevisiškos diferenciacijos làsteliøaugimo intensyvumo nepastebëta.Tai geros þinios, suteikianèios vilèiø, kadant tokiø dirbtiniø karkasø galima uþaugintikiekvienam organizmui individualiøautologiniø làsteliø audiná, kuris gerokaisumaþintø imuninio konflikto rizikà.Remiantis gautomis þiniomis galimateigti, kad optimaliai dirbtinio audinio konstrukcijaiyra svarbi ne tik polimero prigimtis,jo fizinës ir cheminës savybës, betspalio 12 d.), karo veiksmai jau buvo prasidëjæ.Jei já bûtø paleidæ ðeðias savaitesprieð Didþiajai Britanijai ir Prancûzijai paskelbiantkarà Vokietijai (rugsëjo 3 d.), jambûtø pavykæ iðsigelbëti.Keli kiti trilobitø specialistai nuo nacizmopabëgo. Alexanderis Arminas Opikas,kilæs ið garsios Estijos mokslininkø ðeimos(jo brolis buvo garsus astronomas), pabëgoá Australijà; jo bièiulis estas ValderisJaanussonas tapo trilobitø ekspertø seniûnuÐvedijos nacionaliniame muziejuje. Baltijosjûra jiems netapo barjeru, kaip „Karalaièiui“.1939 m. Kaufmannas raðë: esu vienas, esu su savo labaimylimais trilobitais, kuriems jau gali pavydëti.Neseniai perskaièiau „Odisëjà“. Turiupasimokyti ið Odisëjo… matau, kaipjis kentëjo ilgëdamasis Penelopës, ir suprantu,kad tai buvo parašyta man.Pamaþu jo viltys dar kada bûti kartu susavo mylimàja blëso. 1940 m. liepà jis prisipaþino,kad „ið ateities nieko nebesitiki“:Visgi negaliu meluoti. Tas trumpas laikotarpis,kurá mes praleidome kartu, ir ilgasišsiskyrimas, ir pastarojo mënesio nerimas,ir kiekvienos akimirkos, ir ateitiesneviltis. Viskas susikaupë Pasistenkbûti laisva, laisva kiek tik gali. Yra labaimaþai vilties, kad mes iðvis pasimatysime,jei ir toliau taip tæsis. Ar nebûtø geriau, jeimes nebûtume taip arti, jei nereikëtø taipsavæs kankinti? Dar kartà tave apkabinu irbuèiuoju tave visa savo ðirdimi.Rudolfas Kaufmannas, tikëdamasis geologiniodarbo, atsidûrë Kaune. Èia apsigyvenavokieèiø þydø ðeimoje, bet, neturëdamaspinigø susimokëti uþ nuomà, padedatvarkytis jø knygyne, kuriame prekiaujamavokiðkomis, angliðkomis ir prancûziðkomisknygomis. Kai ðeimininkai nueinamiegoti, jis gulasi ant sofos svetainëje. Á Lietuvàplûsta pabëgëliai ið Lenkijos ir susirastitarnybà darosi vis sunkiau.Geologijos tarnyboje jis ásidarbino tikpo 1940 m., kai á Lietuvà áþengë Raudonojiarmija. Taèiau jis neþino, ar gali ir noritoliau pasilikti Lietuvoje.Reinhardo Kaiserio triûsas, sujungiantðios meilës istorijos galus, buvo detektyvinisdarbas. „Laimingas atsitiktinumas“lëmë, kad jis surado dar gyvà MargaretæHolzmann, knygyno savininkø, pas kuriuosRudolfas gyveno Kaune, dukterá:18 Mokslas ir gyvenimas 2009 Nr. 10
ac3 pav. Suaugusio triuðio griauèiø raumenø nevisiškai diferencijuotos làstelës, uþaugintosant PEG-DA polimerinio karkaso: a ir b – làsteliø monosluoksnio vaizdasšviesiniu mikroskopu, c – tas pats vaizdas liuminescenciniu mikroskopu, mëlynai ðvytilàsteliø branduoliai, daþyti á DNR ásijungianèiais DAPI daþais; d – tas pats vaizdasliuminescenciniu mikroskopu, làsteles nudaþius á làstelës membranà ásijungianèiaisPKH-26 daþais (ðvyti làstelës membrana, branduolio vieta tamsi)ir karkaso geometrinë struktûra, kuri daugpriklauso nuo auginamø làsteliø dydþio.Bendradarbiaujant Lazeriniø tyrimø centroir Biochemijos instituto làsteliø biologijosspecialistams pavyko gauti ne vienopolimero pagrindu pagamintus karkasus,kurie ateityje gali bûti plaèiai pritaikytiaudiniø inþinerijoje (3 pav.).Nepaisant sëkmingø bendro darbobandymø, dar yra daug neiðspræstø problemø.Viena ið jø – auginamø làsteliø prisitvirtinimoant tokiø dirbtiniø karkasø stiprumasarba kitaip – adhezijos intensyvumas.Literatûros duomenimis, daþniausiaipolimeriniai karkasai dar yra dengiami papildomomismedþiagomis, kurios tarsi„prisiuva“ làsteles prie pavirðiaus. Làsteliøprisitvirtinimas prie karkaso yrareikšmingas keliais aspektais. Viena ver-bdtus – tai yra svarbu tokiu bûdu sukonstruotodirbtinio audinio stabilumui, tam,kad làstelës, uþaugusios dirbtinëmis sàlygomismëgintuvëlyje, bûtø pakankamaistipriai prisitvirtinusios prie to pavirðiausir, perkëlus toká dirbtiná audiná á organizmà,dël mechaniniø poveikiø jos nenuplauktøkartu su kraujo srove. Antra vertus– adhezijos procesas reikðmingas làstelësdauginimosi iniciacijai, t.y. tam, kad„nutûpusi“ ant karkaso ji pradëtø daugintis.Ðiam procesui yra bûtina, kad làstelëiðsiplëstø ir prisitvirtintø ant pavirðiaus.Norint ávertinti, ar adhezija yra pakankamair visavertë, reikalingi papildomi tyrimai.Jei pasirodytø, kad làstelës prilipusiosnepakankamai, reikëtø ieðkoti papildomømedþiagø karkasams dengti. Taipdaro daug pasaulio laboratorijø, bet or-ganizme tai gali sukelti problemø, susijusiøsu antigeniðkumu, toksiðkumu ir kt.Tyrëjø duomenimis, visos ðios regeneracinësmedicinos kryptys teikia daugvilèiø. Naujos technologijos ir produktaiturëtø pagelbëti traumas patyrusiems beikai kuriomis ligomis (diabetu, kaulø,kremzliø, raumenø pakenkimais ar kt.)sergantiems þmonëms. Viena ið medicinossrièiø, kurioje audiniø inþinerija galëtølabai padëti, yra ðirdies ir kraujagysliøchirurgija. Kasdienëje ðirdies ir kraujagysliøchirurgijos praktikoje susiduriama suávairiø pakaitiniø audiniø problema. Pakaitiniaiaudiniai yra naudojami suformuotiávairioms ekstraanatominëms struktûroms(aortos–plauèiø arterijos jungtys, atliekantBlalock-Tausig ðuntà, autovenos– suformuojant aortokoronarines jungtisoperaciniu bûdu, gydant koronarinæ ðirdiesligà), kurios reikalingos tam, kad,apeinant anatominius defektus, bûtø galimaiðsaugoti ar pagerinti organø funkcijà.Daþnai nuo pakaitiniø audiniø priklausotolesnio gydymo sëkmë. Todël konkreèiampacientui konkreèiai situacijainaudojant autologines làsteles sukurtidirbtiniai bioaudiniai yra itin perspektyvûs.Audiniø inþinerija susiejo trijø institucijø– <strong>Vilniaus</strong> universiteto Santariðkiø klinikøÐirdies chirurgijos klinikos, <strong>Vilniaus</strong> universitetoLazeriniø tyrimø centro ir Biochemijosinstituto mokslininkus. Visus juos vienijabendras tikslas ir graþi pradþia. Norspasaulio mokslininkai jau yra gana toli paþengæšia kryptimi, taèiau problemø vis daryra daugiau negu norëtøsi, be to, mûsøpradëti darbai eina kitu, dar maþai tyrinëtukeliu, todël tikimës, kad jie prisidës prieaudiniø inþinerijos paþangos.Jo kolegos ið Lietuvos paslëpë já ilgamlaikui. Pirma universitete, o paskui kaime.Jis buvo ávardintas tiesiog kaip „dingæs“iki pat karo pabaigos. Tik paskui informacijaapie tikslias Rudolfo Kaufmanno mirtiesaplinkybes iðaiðkëjo. Margaretë Holzmannminëjo dviratá, kurá Rudolfas Kaufmannaspasiskolino ið jos motinos, kadgalëtø nuvaþiuoti á klinties ar gipso karjerànetoli Kauno. Ið ðios ekspedicijos jisniekada nebesugráþo.Surastas tokios Helenos Heitmann1946 m. laiškas: okupavus vokieèiams [RudolfasKaufmannas] buvo slepiamas lietuviø– jis su jais dirbo. Vienà dienà jis sudviraèiu iðvyko á gamtà, kur du vokieèiøkareiviai já sustabdë. Vienas jø pasakë,kad Kaufmannas yra þydas ið Königsbergo,jo þmona ar suþadëtinë patarnaudavojo tëvø namuose ir kad jis já gerai paþásta.Tada jie já nuþudë.Rudolfas Kaufmannas, labiausiai pagarsëjæsfundamentiniais Ðvedijos ir Bornholmosalos kambro trilobitø Olenus evoliucijostyrimais, geriausio moksliniostraipsnio apie evoliucijà iki Antrojo pasauliniokaro autorius, tapo dar vienu vienetupaèioje gëdingiausioje XX a. statistikoje.Rudolfas Kaufmannas gimë 1909 m.Karaliauèiaus universiteto profesoriaus ValterioKauffmanno ðeimoje. Dar bûdamasvaikas labai domëjosi apylinkiø rieduliais.Vëliau pasirinko studijuoti geologijà ið pradþiøKaraliauèiaus, vëliau Miuncheno irGreifsvaldo universitetuose. Rudolfo brolisemigravo á Londonà, vëliau á Australijà.Brolis iðrûpino jam leidimà apsigyventi sujuo Australijoje, taèiau, bûdamas ákalintasKoburgo kalëjime, Kaufmannas negalëjojuo pasinaudoti. Tëvas, sukûræs antrà ðeimà,iðgyveno karà Freiburge.Reinhardas Kaiseris surado Rudolfonuotraukø: atgal suðukuotais plaukais,graþiø taisyklingø veido bruoþø jis buvolabai panaðus á jaunà profesoriø.Taigi Kaufmanno trilobitø evoliucijos tyrinëjimainuðvieèia ir naujø rûðiø atsiradimodësnius, ir, kaip teko suþinoti ið Kaiseriodetektyvinio darbo, geriausiø ir blogiausiøþmogaus savybiø paradoksus. Kas þino,kuo bûtø jis tapæs, jei jam bûtø buvæleista sekti savo ðirdimi ir protu? Kas þino,kokiose þvyrduobëse dabar yra jo kapas?Mokslas ir gyvenimas 2009 Nr. 10 19