Eesti teadlased punuvad võrku halbade molekulide püüdmiseks
Mis oleks, kui vähihaige inimese kehasse saaks saata kunstlikult valmistatud püüdurid, mis leiaksid organismist vähirakud, suudaksid need enda külge haakida ja kehast välja viia ülejäänud organismi kuidagi mõjutamata?
Mõttetasandil on see võimalik juba praegu ning osaga sellest suurest ideest tegeleb ka Tallinna tehnikaülikooli (TTÜ) keemia- ja materjaliteaduskonna professor Andres Öpik ja tema töörühm. Öpik on jõudnud sammu lähemale viisile, kuidas „pahade” molekulide püüdureid laboritingimustes valmistada ja nende käitumist reaalajas kontrollida. Hiljuti saatis ta teadusajakirja Advanced Materials samateemalise teadusartikli.
Kui jääda inimkeha näite juurde, võib püüdurite töötamist kirjeldada järgmiselt. Ütleme, et kehas on n-ö halvad molekulid, mis oleks vaja organismist kätte saada. Selleks võetakse laboris ette üks selline molekul ning otsitakse sobivad ühenduslülid, mis molekuli külge sobituvad. Ühenduslülide teise otsa aga ühendatakse polümeerid, mis on sisuliselt pikad molekuliahelad.
„Nüüd hakatakse kogu sellest süsteemist polümerisatsiooni abil punuma püüdmisvõrku,” kirjeldas Öpik. Nii tekib halbade molekulide ümber polümeeridest võrk. Seejärel vabastatakse molekulid võrgu küljest ning ongi „lõksud” valmis.
„Nüüd viime selle tühjade pesadega võrgu keskkonda, kust tahame „halvad” molekulid kinni püüda. Püüdurvõrk leiab keskkonnast üles ainult need molekulid, mille püüdmiseks ta on ehitatud, ja seob need enda külge,” selgitas Öpik. „Edasi on tehnika küsimus, kuidas kinnipüütud molekulid keskkonnast välja viime.”
Keeruline rakendus
Püüdurite idee on tema sõnul iseenesest juba kaua tuntud, aga selle rakendamine on suhteliselt keerukas, sest on vaja väga täpselt teada, mida ja kuidas püüda. „Maailmas tegeletakse sellega suhteliselt kitsalt, konverentsidel liigub üks seltskond, kuhu kuulub kuskil 300–400 inimest üle maailma,” ütles Öpik.
TTÜ teadlaste viimane saavutus püüdurite vallas puudutab eespool kirjeldatud ehitusprotsessi kontrollimist reaalajas. See on suur samm edasi selle poole, et kunagi kaugemas tulevikus võiks molekulipüüdjaid inimorganismi tööle lasta. Kunstlikult valmistatud nn sünteetilised retseptorid oleksid Öpiku kinnitusel kindlasti oluliselt odavamad võrreldes praegu kasutatavate ülikallite looduslike ühenditega.
„Praegu oskame püüdurvõrku luua elektrokeemilise polümerisatsiooni teel ja samas saame kogu aeg seda protsessi vahetult jälgida,” sõnas ta. Selleks kasutab Öpik piesoelektrilist kvartskristalli.
„Kvartskristall on ülimalt tundlik, mõõdab üliväikesi massi muutusi ja meie saame seda reaalajas jälgida ning näha, kuidas polümerisatsioon kulgeb, kuidas toimub „halva” molekuli sidumine ja lahtisidestamine,” selgitas ta. „See on meil täiesti originaalne lähenemine, mis annab protsessi üle uudse kontrolli.”
Aitab ka keskkonda
Kuigi see on tähtis samm molekulipüüdjate rakendamisel, kulub Öpiku hinnangul siiski veel kaua aega, enne kui püüdureid julgetakse inimkehasse saata. Peamine takistus seisneb selles, kuidas saaks püüdur inimese sisse nii, et organismi kaitsesüsteem ei võtaks seda võõrkehana ega hakkaks sellele vastu töötama.
„Kaitsekehi, näiteks immuunaglobuliini oskame võrgu struktuuri sisse viia ja sellele püüdursüsteemi teha. Keeruline küsimus on aga see, kas aine, mille sisse me püüdurmolekuli peidame, on alati inimese organismiga ühildatav. Sada protsenti ei saa seda kunagi öelda, aga mõningad polümeerid võiksid idee mõttes sobilikud olla,” arutles Öpik.
Seni kuni meditsiinivaldkond selle probleemiga maadleb, on needsamad püüdurvõrgud aga lihtsamini kasutatavad näiteks keskkonnatehnoloogias. „Meil on käigus ka üks keskkonnatehniline projekt, kus üritame pinnasest ja vedelikust saasteaineid kinni püüda. Saastunud vett või pinnast puhastatakse lihtsate keemiliste meetoditega nii, et ühendid seovad ebasoovitavad saasteained,” rääkis Öpik. „Aga meie, teades, mida tahetakse kinni püüda, jäljendame oma polümeeridega neid aineid ja mõõdame, kui efektiivne kasutatud veepuhastuse tehnoloogia oli.”
Seega on Öpiku polümeeride võrgu teiseks rakenduseks selle kasutamine sensorina, mis väga täpselt mõõdab, kuidas üks või teine tehnoloogia töötab.
Neidsamu polümeere, milles on „lõksud” kindlatele molekulidele, on Öpik koostöös saksa kolleegidega suutnud ehitada ka mikrokiipidele, kuhu mahub kümneid tuhandeid „lõkse” ehk püüdurtsentreid, nagu ta nimetab. „Praegu oskame kiibile teha püüdurid eraldi kahele-kolme molekulile,” ütles ta. „Üks neist püüab ühte molekuli, teine teisi, kolmas hoopis kolmandaid.”
Seda süsteemi on Öpiku arvates võimalik kasutada näiteks vereanalüüsi juures. „Kui teame, et on vaja verest analüüsida seda ja teist komponenti, siis on kiip tehtud nende komponentide äratundmiseks ja teatud mõõtmismeetodid määravad väga täpselt, millised ja kui palju komponente on kinni püütud,” ütles ta.
