Білім • 31 Мамыр, 2024

Биомедицинаның болашағы баянды

51 рет
көрсетілді
7 мин
оқу үшін

Қазір әлемде биомедицинаның маңызы артып келеді. Біздің елімізде бұл сала енді даму үстінде. Отандық ғалымдардың осы саладағы тың ізденісі көңіл қуантады. Сондай ғалымның бірі – NU Инженерия және цифрлық ғалымдар мектебінің ассистент профессоры Гүлсім Құлшарова.

Биомедицинаның болашағы баянды

Соңғы 2-3 жылда ол басқаратын топ микрофлюидика саласында іргелі екі жобаны қолға алған. Алдымен микрофлюидика деген не? Соған тоқталайық. Бүгінде микрофлюидика саласының қолдану ая­сы кең. Бұған электротехникадан бас­тап, медицинаға дейін салалалар кіреді. Қысқасы, микроканалы бар және кішкентай мөлшердегі сұйықтықтармен әрекет ететін құрылғыларды микрофл­юид­ті құрылғы дейміз. Мысалы, қан немесе тер сұйықтық саналады. Осы сұйықтықтарды зерттеу арқылы адам ағзасында қандай өзгеріс болатынын байқаймыз. Негізінен, бұл термин диагностика саласына арнап жасалған чиптерді және сенсорларды сипаттауға қолданы­лады. Мәселен, аса қымбат дәрі-дәрмек­терді зерттеуде аз мөлшерімен тәжіри­бе жасауға микрофлюидтік құрыл­ғы­ларды пайдалану өте тиімді. Сондай-ақ микрофлюидті құрылғыдағы сұйық­тықтардың динамикалық жағдай­да қозғалыста болуы да маңызды. Мик­роканалдар адамның ағзасында болып жатқан көптеген динамикалық үдерісті имитациялауға ыңғайлы. Мыса­лы, адам ағзасындағы қан тамырлар – капиллярлар микрофлюидті құрылғы­лардың микроканалдарына ұқсайды. Сол арқылы сұйық­тықтарды айдап, динамикалық қозғалысқа қол жеткізеді.

а

«Микрофлюидті құралдардың адам ағза­сындағы кейбір үдерістерді имитациялау қа­білетін қолдану – біздің топтың кейінгі 2-3 жылдағы басты мақсаты болды. Осы бағытта біздің топ бауыр және өкпе жасушаларын микрофлюидтік құрыл­ғыларға орналастырып, арнайы оптика­лық сенсорлар арқылы динами­калық жағдай­да өсуін зерттедік. Қазір орган жасуша­ларының зертханада өсуін адам ағзасын­дағы өсуіне барынша ұқ­сатып арнайы мик­рофлюид­ті құрылғы­ларды жасаумен ай­на­лысатын бөлек сала дамып отыр. Ол «чиптегі орган» деп аталады. Мик­рофл­юи­ди­каның біртұтас саласы саналатын бұл сала кейінгі 10-12 жыл ішінде ерекше дамыды», дейді ғалым.

Г.Құлшарованың айтуынша, бұл сала­ның негізгі мақсаты – дәрі-дәрмекті зерттеу кезінде жұмсалатын қаржы көлемі мен оның тексеру уақытын үнемдеу. Мысалы, шетелде орташа есеппен бір дәріні токсикалық тек­серістен толық өткізу үшін 10 жыл уақыт қажет. Бұған қомақты қаржы жұм­са­лады. Сондай-ақ алдымен зертханада, одан кейін жануарларда тексеріп, «қауіпсіз» деп саналған дәрі-дәрмек кейде клиникалық тексерісте зиянды болып шығады. Сондықтан дәріні зертханада тексеретін әдістер мен құрылғылар­ды дамыту арқылы оның зияндылығын ерте анықтаса, онда қаржы мен уақыт үнемделеді. Микро­флюидті құралдар осыған балама әдіс саналады.

«Біздің ғылыми топ бастапқыда бауыр­ жа­сушалары өсе алатындай ар­­найы био­­­­үйлесімді материалдан ди­­зайн мен үлгі жасап, арнайы мик­ро­­­каналдары бар мик­­­­ро­флюидті құ­рыл­­ғылар жасау­мен айна­лысты. Одан кейін мұндай құрыл­ғы­лар­ға биолог әріптестеріміз бауыр жасу­ша­ларын орнықтырып тоқтаусыз ағын жағ­­да­йында, яғни динамикалық жағ­дай­да ар­найы зерттеу жүргізді. Мұндай мик­­ро­­­флюидті құрылғылардың басқа өн­ді­­рісте қолданылатын жасуша өсіруге ар­­налған Петри тостағанынан немесе басқа ыдыстар­дан айырмашылығы – он­да жасуша­лар ста­тикалық жағдайда өседі. Яғни сұйықтық және қоректі заттар жасушалар өсетін тостаған статикада тұрады. Ал мик­ро­флюидті құрыл­ғыларда сұйықтық әрқа­шан қозғалыста болып, жасушалар адам ағза­сындағы үдерістерге ұқсас жағдайда өсуі мүм­кін. Бұндай құрылғылар бізге нәтиже алуға мүмкіндік береді. Мұны біздің бауыр жасушасына жүргізген тәжірибеміз көрсетті», деді ол.

Ғылыми топтың бұл еңбегі әлемдегі бе­дел­ді журналдарда жарияланып, ха­лық­ара­лық ғылыми конференция­ларда баяндалды. Сонымен бірге осы жоба­мен «ABC Incubation» атты стартаптар­ға көмек көрсету бағдарламасына қаты­сып, қорытындысында 200 қатысушы топ­тың арасынан бірінші ондыққа енді.

Ғалымдарға екінші жобаның идеясы коронавирус пандемиясы кезінде туды. Өкпе­нің физиологиясы мен механикасын модельдеуге мүмкіндік бере алатын микро­флюид­ті құрал жасауды Гарвард университеті­­нің ғалымдары көрсетті. Олар «Emulate» атты компания құрып, өкпенің альвеола деген бір бөлігін ими­тация жасайтын микрофлюид­ті құ­рылғы жасады. Ғалымдар енді осы­­ған ұқсас чиптер шығара бастады. Бірақ бұл құрылғылар әлі де же­тіл­дірі­ле тү­седі. Мәселен, шығарылған плат­фор­малардың көпшілігі өкпедегі қан та­­мырларының қабаттарын бөле­тін мем­­брана жасау үшін PDMS деген ма­­те­­риалға негізделген. Алайда бұл мате­риал­дың кем­шілігі де бар: оның суға жа­ғымсыздығы, төзімсіздігі. Со­ны­мен бір­ге материал қосы­лыстар мен мета­болит­терді сіңіріп алады. Бір жағынан био­логиялық мембрананы қолдануға қиын.

«Сондықтан ғылыми топ электр­оспиннинг әдісі арқылы жасалған нано­фибралық материалдан жасалған мембрана дамытумен және оған арналған микрофлюидті құ­рылғының дизайнын жасап модельдеумен айналысты. Жұмыс барысында нано­фибралық материалға негізделген мембра­наны қолданып, оны микрофлюидті чипке интеграция жасап, арнайы сенсорлар және микроскопия арқылы жасуша өсі­ріп зерттеді. Бұл жұмысымыз жуырда Мик­рофлюиди­ка саласындағы рейтінгі жоғары «Lab on a Chip» журналында жарық көрді. Сонымен қатар бұл жоба Оңтүстік Кореяда өткен «IEEE Nanotechnology» атты ауқым­ды ғылыми конференцияда талқы­ланды», деді ол.

Жалпы, Г.Құлшарованың ғылыми ба­ғы­ты инженерлік саламен байланысты. Ол АҚШ-тың Иллинойс мемлекеттік университе­тін­де инженерлік физика бойынша бака­лавр, электртехника және есептеу техникасы бойынша магистр дәрежесін алған. Содан кейін Лондон университеттік колледжіне PhD-ге түседі. Биомедицина саласында біраз зерттеу жүргізген.

«Ғылыми жобам: биомедицина­лық инженерия саласында арналғаны­мен, алғашқы бағытым электртехника инженериясы болды. Сол себеп­тен мен микрофлюидті құрылғыларға биомедициналық қолданыс үшін сенсорлық және микросхемалық ин­тег­рация жүргіземін. Қазіргі таңда пән­аралық салалар қарқынды дамып отыр. Ме­ніңше, XXI ғасыр – жасанды ин­теллект, биомедицина және фи­зио­­логия дәуірі. Өйткені біз әлі күнге дейін адам ағзасы­ның қалай то­лық­қан­ды қызмет ететінін білмейміз. Физио­логиядағы көптеген үдеріс қалай жү­ретіні әлі де толық зерттелу керек. Біз зерттеп жүрген микрофлюидика бірнеше саланы қамтиды. Сондықтан биомедицинадағы маңызды мәселе­лер­ді зерттеп, үдерістерді инженерлік құралдар мен электртехникалық сенсорлар арқылы шешуге тырысамыз», дейді ғалым.

Қазір елімізде биомедициналық инженерия саласы ойдағыдай дамып келеді. Болашақта бұдан да әрі қарқын алады. Соған өз үлестерін қосып жүрген Назарбаев университеті ғалымдарының еңбегі ауыз толтырып айтуға тұрарлық.