Vilniaus universiteto (VU) Fizikos fakulteto profesoriaus, mokslo premijos laureato Valdo Šablinsko tyrimų centre esanti šviesa nėra metafora. Ji – tikslus, kalibruotas, lazeriu valdomas įrankis, leidžiantis pažvelgti ten, kur žmogaus akis nemato – į ląstelių molekulinę sandarą, biocheminius pokyčius ir ankstyvus patologinius procesus. Tokia šviesa pasitelkiama kuriant jautrius biojutiklius, ieškant ankstyvų onkologinių pokyčių požymių ir tikslinant medžiagų cheminę analizę klinikinėje praktikoje.
„Fizikoje šviesa yra elektromagnetinė spinduliuotė, apimanti gerokai platesnį bangų ilgių intervalą nei siauras regimosios šviesos ruožas“, – pabrėžia profesorius. Ultravioletinė ir infraraudonoji spinduliuotė taip pat yra šviesos formos, tik mūsų rega joms nejautri. Būtent ši „nematoma šviesa“ tampa analitiniu metodu, leidžiančiu tirti medžiagų sandarą ir struktūrą neardant jų pačių.
Šviesa už regimosios ribos
Optinė spektroskopija – sritis, kurioje dirba prof. V. Šablinskas, – remiasi šviesos ir medžiagos sąveika. Apšvietus objektą, registruojama, kaip pakinta šviesos intensyvumas, bangos ilgis ar sklaida. Gautas spektras tampa savotišku molekuliniu parašu.
„Šis metodas yra bekontaktis ir nedestrukcinis, o tai itin svarbu dirbant su biologiniais audiniais. Ląstelės ir biologiniai skysčiai gali būti tiriami taip, kad jų struktūra išliktų nepakitusi. Tai suteikia galimybę analizuoti gyvus procesus ir kurti naujus, mažiau invazinius diagnostikos metodus“, – sako VU profesorius.
Pasak prof. V. Šablinsko, fizika čia tampa būdu „perskaityti“ cheminę informaciją jos nesunaikinant: „Ne ardyti, o suprasti. Ne pažeisti, o išgirsti, ką molekulės „pasakoja“ savo virpesiais.“
Ką apie ligas pasako molekulės
Biologinės ląstelės sudarytos iš molekulių, todėl jų cheminė sudėtis atsispindi virpesiniuose spektruose. „Sveikos ir vėžinės ląstelės pasižymi skirtingu metabolizmu ir chemine sudėtimi, o tai reiškia, kad skiriasi ir jų spektriniai „pirštų atspaudai“. Teoriškai spektroskopija leidžia šiuos skirtumus užfiksuoti molekuliniu lygmeniu ir panaudoti diagnostikai“, – aiškina prof. V. Šablinskas.
Tačiau šie skirtumai dažnai yra labai subtilūs, todėl jiems aptikti naudojami signalą sustiprinantys metodai. Vienas jų – paviršiumi sustiprinta Ramano sklaida (SERS), leidžianti gerokai padidinti molekulių signalą ir aptikti net itin mažas medžiagų koncentracijas. Pasak profesoriaus, tai reiškia, kad galima užfiksuoti pokyčius, kurie kitu atveju liktų nepastebėti, ir kurti jautresnius diagnostikos metodus.
Glikogenas – ankstyvų pokyčių indikatorius
Vienas iš mokslininko tyrimų objektų – glikogenas, kaupiamas ląstelėse kaip energijos atsarga. Greitai besidalijančioms ląstelėms reikia daug energijos, tačiau augant augliui kraujagyslių tinklas ne visada spėja aprūpinti audinį pakankamu deguonies kiekiu. Tada ląstelės keičia metabolinę strategiją.
„Padidėjęs glikogeno kiekis dažnu atveju atspindi šiuos metabolinius pokyčius. Spektroskopiniai metodai leidžia nustatyti glikogeno koncentraciją molekuliniu lygmeniu ir taip prisidėti prie ankstyvesnių diagnostikos sprendimų kūrimo. Kuo mažesnę koncentraciją galime aptikti, tuo ankstesnėje stadijoje galime užfiksuoti pokyčius“, – pažymi prof. V. Šablinskas.
Vis dėlto metodas nėra universalus. Kai kurie sveiki audiniai taip pat gali kaupti glikogeną, todėl būtinas tikslus interpretavimas, o kartais ir kitų spektrinių žymenų paieška. Čia atsiskleidžia fiziko kompetencija – gebėjimas analizuoti signalą, vertinti kontekstą ir kurti patikimus diagnostinius kriterijus.
Nuo inkstų akmenų iki klinikinės praktikos
Prof. V. Šablinsko tyrimai neapsiriboja vien onkologine diagnostika. Spektroskopiniai metodai taikomi ir inkstų akmenų cheminei sudėčiai nustatyti. Kadangi akmenys gali būti sudaryti iš skirtingų cheminių junginių, jų identifikavimas padeda parinkti tinkamą gydymą ir prevenciją.
„Spektrinė analizė šiuo atveju veikia kaip standartinė kokybinė ir kiekybinė cheminė analizė“, – aiškina profesorius.
Šie darbai atspindi platesnę transliacinės medicinos kryptį – kai fundamentiniai laboratoriniai tyrimai siejami su klinikiniais taikymais. Biojutiklių kūrimas, signalų stiprinimo technologijos, nanostruktūrų inžinerija – visa tai reikalauja fizikos, chemijos ir biologijos žinių. Kelias nuo laboratorijos iki klinikos ilgas, tačiau būtent fizika suteikia galimybę kurti sprendimus, galinčius pakeisti diagnostikos praktiką.
Vertę kurianti fizika – pasirinkimas ir mąstymo būdas
Profesoriaus kelias prasidėjo nuo optikos ir spektroskopijos studijų. Šviesos panaudojimas medžiagų tyrimams jam pasirodė elegantiškas ir tikslus būdas suprasti sudėtingas sistemas. Tačiau, kaip pats sako, studijų pasirinkimą lydėjo smalsumas ir noras suvokti fundamentalius gamtos dėsnius.
„Matematika fizikoje yra įrankis, o ne tikslas. Skaitinės vertės, lygtys ir modeliai reikalingi tam, kad būtų galima tiksliai aprašyti reiškinius, tačiau fizikos esmė – gebėjimas nustatyti priežastinius ryšius ir suprasti, kodėl ir kaip vyksta procesai. Tai mąstymo būdas, leidžiantis matyti struktūrą ten, kur iš pirmo žvilgsnio tėra chaosas“, – tvirtina prof. V. Šablinskas.
Profesoriui mokslas nėra vien intelektinis iššūkis. Pasak jo, pažinti pasaulį svarbu, tačiau ne mažiau svarbu, kad tas pažinimas padėtų spręsti problemas, gerintų gyvenimo kokybę ar net prisidėtų prie gyvybės išsaugojimo. Jei sukurtas metodas ar prietaisas veikia ir gali būti pritaikytas praktikoje, tada, anot profesoriaus, jis įgauna tikrąją vertę.
Būsimiems fizikams prof. V. Šablinskas linki nebijoti: „Svarbu kuo anksčiau pajusti fizikos grožį – ne tik sprendžiant uždavinius, bet ir suvokiant, kad už kiekvienos formulės slypi realus reiškinys. O renkantis kryptį neužtenka vien pomėgio ar gebėjimo tiksliai matuoti. Svarbu, kad tyrimų sritis būtų aktuali ir reikalinga visuomenei“, – pataria fizikas.
Šis straipsnis – VU kampanijos „Daugiau, nei gali įsivaizduoti“ dalis. Daugiau naujienų apie VU bendruomenės narius, jų tyrimus, mokslinius atradimus ir prasmingą veiklą galite rasti čia.
