Projekta vadītājs Arūnas Stirkė
Vienošanās Nr. 1.1.1.2/16/I/001
Pētniecības pieteikuma Nr. 1.1.1.2/VIAA/4/20/739
Gan sabiedrība, gan farmācijas uzņēmumi pieprasa bez zāļu un imūnmodulācijas tehnoloģijas vēža ārstēšanai. Bioloģijas un fizikas apvienošana vēl vairāk adresē biosavietojamību, lai pilnībā nodrošinātu mikrofluīdikas čipu funkcionalitāti un uzticamību vēža ārstēšanai. Sasniegumi mikrofluīdikas un mikroveidošanas jomā ir attīstījuši dinamiskās šūnu kultūras sistēmas in vitro modeļos, lai atdarinātu cilvēka orgānus. Šī projekta mērķis ir attīstīt mikrofluīdikas čipus ar vairākiem detekcijas moduļiem, lai novērtētu nsPEF inducētu gēnu ekspresijas pielietošanu melanomas gēnu terapijas pielietojumam.
Projekts tiek īstenots Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūtā no 01.01.2021. līdz 30.06.2023. Projekta kopējās izmaksas ir 111 504.90 EUR.
Jaunumi par projektu
30.06.2023.
Notiekošā pēdējā eksperimenta ar mikroshēmu mērķis ir iegūt papildu datus. Turklāt tika veikts veiksmīgs komandējums uz Ročesteras Universitātes Lāzerenerģētikas laboratoriju, kā dokumentēts vietnē https://www.lle.rochester.edu/index.php/omega-laser-facility-2/. Šīs vizītes laikā es veicu THz analīzi uz hidrogēliem, kas kalpo kā ārpusšūnu matricas aizstājēji un veicina šūnu adhēziju mikroshēmā. Turklāt tika uzbūvēta un novērtēta pēdējā prototipa iterācija, kā arī tika izstrādāts un izgatavots skābekļa sensora šķiedras un pH sensora komponentu turētājs.
 |  |
| att. 1.: Prof. A. Jukna (VGTU), Prof. R. Soboļevskis (UofR) un Dr. A. Stirke (LU CFI) apspriež OMEGA lāzeru pirms došanās uz Augsta enerģijas blīvuma fizikas iestādi. | att. 2.: Prof. V. Petrikyte (LSMU), Prof. R. Soboļevskis (UofR) un Dr. A. Stirke (LU CFI) netālu no THz iztēles iestatījuma. |
30.04.2023.
Tika uzbūvēta un pārbaudīta sākotnējā prototipa iterācija, kuras laikā tika veikti uzlabojumi. Tika novērtēta mikrosekundes impulsa elektriskā lauka ietekme uz šūnu dzīvotspēju, kā rezultātā tika atklāti jauni jautājumi, kas saistīti ar impulsa elektriskā lauka tiešu ietekmi uz olbaltumvielām. Kombinācijā ar impulsa elektrisko lauku šie faktori var būtiski ietekmēt izdalītās embrionālās sārmainās fosfatāzes reportieru sistēmas analīzi. Līdz ar to tika veikti papildu eksperimenti, lai gūtu ieskatu par impulsa elektriskā lauka ietekmi uz proteīna fizikāli ķīmiskajām īpašībām. Manuskripts drīzumā tiks pabeigts, pamatojoties uz šo pētījumu.
31.01.2023.
Šajā periodā tika mainīts veidņu izgatavošanas protokols, kas tika izmantots mikroshēmas kritisko komponentu liešanai. Tas palīdz standartizēt un palielināt galīgās mikroshēmas ražīgumu. Tika analizēta mikrosekundes impulsa elektriskā lauka ietekme uz šūnu dzīvotspēju. Turklāt tika uzsākti impulsa elektriskā lauka ietekmes eksperimenti uz NFAT-SEAP reportiera ekspresijas sistēmas aktivizēšanu. Tika izgatavota un pārbaudīta pirmā prototipa versija. No provizoriskiem datiem mums jāuzlabo kontakta pretestība pret mikroshēmas elektrodiem. Drīzumā tas tiks paveikts, uzlabojot turētāja dizainu. Notiek elektroporācijas eksperimenti ar mikroshēmu.
14.09.2022.
Šajā periodā eksperiments tika paplašināts dažādās jomās. Mikroshēmas galīgais dizains tika pabeigts. Turklāt tika izstrādāta un izgatavota jauna eksperimentāla mikroshēma pH mērīšanas sistēmas kalibrēšanai. Komponenti un elektronika pH sensoram jau ir samontēti. Pēc eksperimenta ar pH kalibrēšanas mikroshēmu tika izstrādāts jauns algoritms pH sensora jutības uzlabošanai. Mēs šobrīd pie tā strādājam. Tika izstrādāta jauna metodika skābekļa sensora un mini-Luer bloķēšanas līmēšanai. Vienlaikus tiek veikti daudzi eksperimenti ar melanomas vēža šūnu līniju. Galvenā uzmanība tiek pievērsta elektroporācijas un adhēzijas eksperimentiem.
12.04.2022.
Komandējuma laikā uz partneriestādi tika sagatavota laboratorijas telpa dažiem paralēliem eksperimentiem un arī šūnu augšanas eksperimentam. Sagatavotās pusgatavās mikrofluidiskās mikroshēmas daļas tika saliktas turpmākai pārbaudei. Paralēli notiek šūnu adhēzijas eksperimenti uz caurlaidīgās membrānas. Turklāt tika uzsākts jauns uzdevums jaunu sensoru izstrādei un optimizēšanai šūnu veselības monitoringam. Tika uzsākts darbs pie jaunām konstrukcijām, kas piemērotas skābekļa sensoru iekļaušanai izstrādātajā mikrofluidiskajā mikroshēmā. Sākam organizēt 3. Baltijas Biofizikas konferenci, kas notiks 2022. gada 6.-7.oktobrī Viļņā. Konferences saite ir šeit https://bbc.lbfd.lt.
07.01.2022.
Mikrofluidiskās mikroshēmas izgatavošana norit labi. Zelts tika termiski iztvaicēts uz neapsildāmiem COC priekšmetstikliņiem, lai iegūtu elektrodu bloku elektroporācijas eksperimentam. Sagatavotās pusgatavās mikrofluidiskās mikroshēmas detaļas tika sagatavotas turpmākai montāžai. Paralēli notiek šūnu adhēzijas eksperimenti uz caurlaidīgās membrānas. Agrīnie eksperimentālie dati parādīja, ka labai šūnu adhēzijai uz polikarbonāta membrānas, ko izmantoja mikrofluidiskajā mikroshēmā kā šūnu pagrabu, membrānas apstrāde ar skābekļa plazmu bija ļoti svarīga. Saskaitot pielipušās šūnas pēc 24 stundu augšanas uz neapstrādātas un 27 minūtes ar plazmu un poli-D-lizīnu apstrādātas membrānas, tika pievienoti attiecīgi 20% un vairāk nekā 94% iesētu CHO-K1 šūnu. Mūsu pēdējais darbs tika pieņemts publicēšanai Starptautiskajā molekulāro zinātņu žurnālā Molecular Biophysics Feature Papers kolekcijā, kuru varat atrast šeit https://www.mdpi.com/1422-0067/23/1/451/htm
Att. 1. Pulsētā elektriskā lauka sadalījums atkarībā no elektrodu attāluma
04.10.2021.
Saskaņā ar impulsa elektriskā lauka simulāciju ar COMSOL tika mainīts 3D CAD dizains. Tomēr pirmajam testam tika izvēlēts 2 mm attālums starp elektrodiem. Tika pasūtīta CAD izstrādāta ēnu maska elektrodu izgatavošanai. To izmantos zelta izsmidzināšanai uz COC priekšmetstikla, lai izgatavotu elektrodus. Lai saglabātu ieplūdes un izplūdes precizitāti šķidrumu apstrādei mikrofluidiskajā mikroshēmā, tika ieviesta lāzera apstrāde. Divu veidu lāzera apstrādes sistēmas - pikosekunde un femtosekunde - tika pārbaudītas ar COC griešanu un gravēšanu (1. attēls). Turklāt mani uzaicināja pārstāvēt savu zinātnisko karjeru Lietuvas Zinātnes, inovāciju un tehnoloģiju aģentūras organizētajā tīkla pasākumā „Mūsdienu zinātnieka izvēle”.
1. attēls. Attēls atspoguļo rezultātus pēc COC slaidu apstrādes ar lāzeru. A. Gravēšana, izmantojot pikosekundes lāzeru. B. Caurums, ko izveidojis femtosekundes lāzers. C. Gravēto kāpņu profils redzams pie ieliktņa A.
11.07.2021.
Tika izveidoti vairāki mikrofluīdikas 3D CAD čipu dizaini. Balstoties uz dizainiem izmantojot COMSOL tika uzmodelēts pulsēta elektriskā lauka sadalījums starp elektrodiem (1. attēls), kas iziet cauri membrānai un caurumiem membrānā. Tika secināts, ka optimālais attālums starp elektrodiem nedrīkst pārsniegt 1,5 mm. Pēc elektriskā lauka sadalījuma analīzes pār membrāna porām izskatās, ka elektriskais lauks pastiprinās sešas reizes. Šie risinājumi būtu jāņem vērā nākotnes impedences spektroskopijas vai transepitēlijas elektriskās pretestības mērījumu eksperimentiem un modelēšanai. Turklāt tika uzsākta elektrodu izgatavošana izvēlētiem COC polimēru priekšmetstikliņiem. Sudrabs tika termāli nogulsnēts un sildītiem un nesildītiem COC priekšmetstikliņiem. Testi ar adhēzijas līmlenti parādija, ka nav liela starpbība starp sildītien un nesildītiem paraugiem. Lai novērtētu kā plazmas apstrāde ietekmē adhēzijas īpašības starp plastmasu un sudraba elektrodiem (plānākais aptuveni 300 mm), COC priekšmetstikliņi tika apstrādāti ar plazmu.
Att. 1. Pulsētā elektriskā lauka sadalījums atkarībā no elektrodu attāluma.
31.3.2021.
Tika pabeigts literatūras apskats. Apkopotie raksti tika izmantoti 3D projektēšanai un lekcijas sagatavošanai par šūnu elektrostimulāciju un mērījumiem čipos. Lai izstrādātu primāro un vienkāršoto mikrofluidiskā čipa konceptu ar vairākām detektēšanas īpašībām, tika izmantota 3D datorizētās projektēšanas (CAD) programma. Ierīces 3D koncepts ir ļoti svarīgs solis pirms tiek sākts pārejas process uz galvenajām veidnēm mīkstās litogrāfijas procesam. Tika izvēlēti materiāli primārā mikrofluīdikas čipa konceptam ar multidetekcijas īpašībām melanomas šūnu līnijas audzēšanai. Pētnieks tika apmācīts un sertificēts darbam LU CFI tīrtelpās.