Vilniaus universiteto (VU) Fizikos fakulteto mokslininkai, vadovaujami dr. Karolio Kazlausko, prisidėjo prie tarptautinio tyrimo, kurio rezultatai publikuoti prestižiniame žurnale „Nature Communications“. Kartu su kolegomis iš Barselonos ir kitų šalių jie pademonstravo neinvazinį optinį metodą, leidžiantį kontroliuoti buožgalvių širdies ritmą. Tikimasi, kad šis proveržis atvers naujas galimybes fotofarmakologijoje – mokslo srityje, siekiančioje naudojant šviesą valdyti biologinius procesus.
Kelią į tyrimą atvėrė lietuviški ryšiai
Išskirtinio tyrimo idėja gimė Barselonos medžiagų mokslo instituto tyrėjams. Projektui įsibėgėjus, prireikė specialistų, galinčių ištirti naujus fotosensibilizatorius – molekules, gebančias sugerti artimąją infraraudonąją (NIR) šviesą, generuoti ilgai gyvuojančias tripletines būsenas (kai du elektronai turi vienodas sukinio krypties projekcijas) ir perduoti sukauptą energiją kitoms funkcinėms molekulėms.
Tyrimo metu fotosensibilizatoriai buvo panaudoti valdant grįžtamąsias fotoizomerizacijos reakcijas (angl. photoswitching). Jos vyksta modifikuotose azobenzeno organiniuose junginiuose, išsiskiriančiuose savo reakcija į šviesą. Jie ypatingi ir tuo, kad fotoizomerizacijos – proceso, kai molekulė veikiama šviesos keičia savo struktūrą – metu tampa chemiškai / biologiškai aktyvūs.
Taip jau sutapo, kad Barselonoje tuo metu kaip tik stažavosi dr. K. Kazlausko grupės studentas Lukas Naimovičius. Jis susisiekė su savo komanda Lietuvoje, taip inicijuodamas tarptautinį bendradarbiavimą.
„Kartu atlikome ne vieną darbą, publikavome ne vieną straipsnį. Šiuo konkrečiu atveju buvome pakviesti prisidėti prie tyrimo savo kompetencijomis – atlikti specifinius fotofizikinius matavimus, siekiant įvertinti naujų fotosensibilizatorių savybes ir jų tinkamumą fotofarmakologiniams, t. y. tokiems, kai šviesa valdomi biologiniai procesai, taikymams“, – sako vienas iš „Nature Communications“ straipsnio autorių magistrantas Justas Lekavičius.
Anot jo kolegos doktoranto Manvydo Dapkevičiaus, tyrimo komanda išsiskyrė tarptautiškumu. Publikacijos bendraautoriai yra iš Japonijos, JAV, Ispanijos, Turkijos ir Švedijos. Toks globalus pobūdis pats savaime suteikė visam procesui ypatingumo
„Tyrimą koordinavo kolegos iš Katalonijos, Barselonos medžiagų mokslo instituto. Mūsų pagrindinė užduotis buvo išsiaiškinti fotosensibilizuotos izomerizacijos veikimo mechanizmą. Darbo metu vyko intensyvus bendradarbiavimas, pavyzdžiui, iš Japonijos gavome izomerizaciją vykdančius molekulinius junginius, o Turkijos mokslininkai sukūrė vieną iš naudotų sensibilizatorių“, – prisimena M. Dapkevičius.
Ne tik tarptautinis, bet ir tarpdisciplininis procesas
Šis tyrimas išsiskyrė ne tik tarptautiškumu, bet ir tarpdiscipliniškumu. Prie jo prisidėjo ne tik fizikai, bet ir chemikai, biologai bei bioinžinieriai. Pašnekovai neslepia, kad visų šių disciplinų atstovai dažnai „kalba skirtingomis kalbomis“, todėl vienas įdomiausių iššūkių buvo bendro žodyno suradimas.
„Tarp mūsų yra šioks toks atstumas, kurį siekiame įveikti. Daugiausia bendraujame su chemikais. Iš jų tikimės junginių su pageidaujamomis savybėmis. Vis dėlto mums svarbi funkcija, o chemikai privalo mąstyti ir apie struktūrą – juk jie turi sugebėti tokią molekulę susintetinti“, – sako J. Lekavičius.
Vykdomas projektas gerokai keitėsi ir plėtėsi – prie jo nuolat jungėsi vis daugiau mokslininkų. Iš pradžių buvo siekiama tik patikrinti, ar šviesos spinduliuote iš tiesų galima paveikti tiriamus junginius. Tačiau pastebėję sėkmingus fundamentinius rezultatus kolegos Barselonoje nusprendė išplėsti tyrimo apimtį ir pademonstruoti jo praktinį taikymą, taip suteikdami projektui didesnę mokslinę ir praktinę reikšmę.
„Iš pradžių net nebuvo planuota, kad projektas įgaus tokį platų mastą. Tačiau viskas klostėsi sėkmingai ir prie tyrimo prijungę biologai atliko eksperimentus su buožgalviais. Tyrimas prasidėjo prieš dvejus metus, o mūsų darbas truko kelis mėnesius, per kuriuos buvo ir daug nesėkmingų bandymų“, – teigia M. Dapkevičius.
Fizikų gauti rezultatai buvo panaudoti antrojoje darbo dalyje, siekiant parodyti, kad fotosensibilizuotos izomerizacijos metodu įmanoma padaryti įtaką gyvo organizmo širdies ritmui. Tam buvo pasitelktas naujas modifikuotas azobenzeno junginys, galintis paveikti širdies veiklą. Metodika sėkmingai patvirtinta atliekant bandymus su buožgalviais.
Mokslininkai pabrėžia, kad Fotonikos ir nanotechnologijų institute (FNI) vykdomi plataus spektro tyrimai. Didelė jų dalis nėra susijusi su gyvybės mokslais, todėl galimybė prisiliesti prie šios srities darbui suteikė ypatingo žavesio ir naujos patirties.
„Dažniausiai savo tyrimais siekiame atsakyti į fundamentinius klausimus – koks yra junginio emisijos kvantinis našumas, kaip organiniuose junginiuose vyksta energijos pernaša ar kaip šviesa gali keisti jų chemines struktūras. Šios savybės retai tiriamos biologinėse sistemose, todėl buvo itin įdomu atrasti tiesioginį ryšį su gyvais organizmais“, – sako J. Lekavičius.
Priminimas būti ambicingiems
Tyrimas, vykdytas su kolegomis iš Barselonos, FNI mokslininkams – ne pirmas ir tikrai ne paskutinis. Tarptautinis bendradarbiavimas jau tapo neatsiejama šiuolaikinio mokslo dalimi.
„Vieni pagrindinių tokio bendradarbiavimo skatintojų yra studentai, kurie iškeliauja stažuotis į užsienį. Šis tyrimas – ryškus to pavyzdys. Labai džiugu prisidėti prie tokių iniciatyvų, nes dirbant su įvairių sričių kolegomis jaučiamas tikrasis mokslo bendruomeniškumas. Tai neeilinė galimybė įsitraukti į be galo įdomias temas“, – tikina J. Lekavičius.
Tiek jis, tiek M. Dapkevičius dar tik pradeda savo kaip mokslininkų karjerą. Jie neslepia, kad tokia patirtis nepaprastai motyvuoja ir įkvepia siekti aukštesnių tikslų. Jie taip pat primena nebijoti siekti to, kas iš pirmo žvilgsnio gali atrodyti neįmanoma.
„Gera žinoti, kad straipsnis aukšto lygio žurnale nėra neįmanoma misija. Tai prideda pasitikėjimo savimi. Užsienio kolegos dažnai pastebi, kad VU mokslininkai kartais taikosi per žemai. Mums reikėtų būti ambicingesniems ir drąsesniems“, – įsitikinęs M. Dapkevičius.
Tyrimai atlikti įgyvendinant Lietuvos Respublikos švietimo, mokslo ir sporto ministerijos programą „Universitetų ekscelencijos iniciatyvos“ pagal sutartį su Lietuvos mokslo taryba (Nr. S-A-UEI-23-6).