Bosanka u grupi američkih studenata koji su razvili uređaj za bržu dijagnostiku sepse

Ena Haseljić iz Gradačca u grupi je američkih studenata koji su osmislili prototip uređaja za bržu i jednostavniju dijagnostiku sepse. Za svoj izum već su dobili zlatnu medalju na međunarodnom takmičenju iz sintetičke biologije.

Ena Haseljić iz Gradačca srednjoškolske dane provela je prvenstveno u Gimnaziji Mustafa Novalić u Gradačcu, a zatim i u Koledžu ujedinjenog svijeta (UWC) u Mostaru. Nakon toga životna želja za genetskim savjetovanjem i istraživanjem odvela ju je na Univerzitet Rochester u New Yorku, gdje se trenutno nalazi na četvrtoj godini dodiplomskog studija u oblasti molekularne genetike.

Želja za kreiranjem uređaja za lakšu dijagnostiku abnormalnosti kod pacijenata spojila ju je sa još 11 studenata koji su zajedničkom kombinacijom znanja iz biologije, hemije, matematike, fizike i inžinjerstva došli do uspjeha. Naime, u periodu od februara do novembra ove godine tim je razvio i napravio prototip uređaja nalik na rukav za bolju dijagnostiku sepse.

Sve je počelo prijavom na međunarodno takmičenje u genetičkom inžinjeringu mašina, poznatom kao International Genetically Engineered Machine (iGEM), kroz koje timovi imaju zadatak da razviju projekte koji rješavaju probleme iz stvarnog svijeta, a moraju biti funkcionalno i društveno značajni.

Uređaj za mjerenje biomarkera u znoju

U projektu “Bio-Spire” tim od 12 studenata kombinirao je potrebu za kontinuiranim praćenjem biomolekula s nedavnim otkrićima mnogih dijagnostički korisnih biomarkera u znoju. Uspjeli su razviti uređaj koji mjeri i izvještava o koncentracijama grupe biomarkera koji se nalaze u znoju.

“Naši receptori za biomarkere su vezani za grafen, što rezultira promjenom provodljivosti kada se biomarkeri vežu za receptore. Biomarkeri su tvari, strukture ili procesi koji se mogu izmjeriti u tijelu i utjecati ili predvidjeti pojavu bolesti. Ovaj nosivi biosenzor će omogućiti kvantitativno očitavanje i pravovremenu dijagnozu stanja našeg modela – sepse”, kaže Haseljić u razgovoru za Klix.ba, koja je u timu obavljala poziciju hardverske menadžerice.

Sepsa predstavlja opasno stanje koje je rezultat pretjeranog imunološkog odgovora na infekciju. Hitna dijagnoza je veoma važna, jer čak i malo kašnjenje u liječenju može dramatično pogoršati stanje pacijenta.

“Trenutno, mnogi biomarkeri na koje se oslanjamo da bismo dijagnosticirali sepsu zahtijevaju invazivne procedure kao što je vađenje krvi, a potreba za laboratorijskom obradom uveliko odgađa dijagnozu i liječenje. Za razliku od krvi, znoj je neinvazivan medij za sakupljanje, a za razliku od pljuvačke ili urina, biomarkeri u znoju mogu se kontinuirano analizirati tako da zdravstveni radnici mogu biti obaviješteni ako/kada se koncentracije biomarkera pacijenta dramatično promijene. Nivoi biomarkera u krvi i znoju obično su u korelaciji, tako da promjene u količini biomarkera u znoju ukazuju na promjene u krvi. Promjena nivoa biomarkera u pacijentovom znoju može ukazivati na pogoršanje stanja pacijenta, zbog čega je važno pravovremeno dostaviti tu informaciju ljekaru”, pojašnjava nam ova mlada studentica.

Osmišljeni senzor koristi aptamere za praćenje koncentracije biomarkera. Inače, aptameri su lanci jednolančane DNK ili RNK, koji se mogu specifično vezati za molekule, kao što su proteini u slučaju ovog projekta.

“Kada aptameri reaguju sa svojim ciljnim molekulama, biosenzor će prikazati koncentraciju biomarkera u programu koji se lako čita i poruku koja pokazuje postoji li potencijalni rizik od sepse, kako bi zdravstveni radnici mogli pratiti promjene u koncentracijama. Dok je cilj našeg projekta da napravimo biosenzor koji je koristan za različita stanja, odlučili smo odabrati jednu bolest kao model i dokaz koncepta, tako da je naš projekt prvenstveno usmjeren na dijagnosticiranje sepse kod postoperativnih pacijenata”, dodaje Haseljić.

Značaj ovog izuma, koji je doživio svoje prototipirano izdanje, prepoznao je i žiri, nagradivši ga zlatnom medaljom i nominacijom za najbolji dijagnostički projekt, najbolje obrazovanje i najbolji hardver. Svaka nominacija znači da su bili među pet najboljih timova u određenoj kategoriji. Osim toga, Haseljić ističe da je njen tim bio drugi najbolji u Sjevernoj Americi.

Sepsa godišnje usmrti 270.000 Amerikanaca

Prema istraživanjima, svake godine otprilike 1,7 miliona odraslih Amerikanaca razvije sepsu, a 270.000 ljudi završi s letalnim ishodom. Ovo stanje također zadesi i jednu trećinu svih pacijenata koji preminu u američkim bolnicama, a na njegovo liječenje Sjedinjene Američke Države su samo 2013. godine potrošile okvirno 24 milijarde dolara.

“Koliko god da su ove statistike strašne za bogate zemlje poput SAD-a, problem je još teži u siromašnijim zemljama. Naime, 85 posto slučajeva sepse širom svijeta javlja se u zemljama s niskim srednjim prihodima”, nastavlja Haseljić.

Najpouzdanija tehnika za dijagnosticiranje sepse je hemokultura. Nažalost, ova procedura traje 24 sata i često je nepouzdana. Upravo tu je prepoznat značaj “Bio-Spire” uređaja, koji bi mogle koristiti bolnice na pacijentima nakon operacije.

“Na osnovu prijedloga medicinskih stručnjaka s kojima smo se do sada sreli, znali smo da bi naš uređaj trebalo implementirati u kontroliranijem okruženju koje bi omogućilo medicinskim stručnjacima da budu sigurniji da promjene u biomarkerima zapravo ukazuju na početak sepse. Zbog ovog savjeta odlučili smo da naš uređaj prvo prilagodimo posthirurškim pacijentima. Međutim, svjesni smo da oko 80 posto pacijenata razvije sepsu izvan bolnice. Ovi pacijenti dolaze u hitnu pomoć gdje je njihove simptome mnogo teže utvrditi kao sepsu, jer simptomi sepse su vrlo slični simptomima drugih stanja, kao što je srčani udar. Prilagođavanje našeg uređaja postavkama hitne pomoći jedan je od naših budućih pravaca, kao način da još više smanjimo smrtnost od sepse”, pojašnjava Haseljić.

Uređaj bi koštao 376 američkih dolara

Kako bi osigurali maksimalnu relevantnost i korištenje proizvoda, tim je uzeo u obzir i opće potrebe svjetske populacije za smanjenjem smrtnosti od sepse, kao i slojevite aspekte projekta, koji bi ga učinili popularnim proizvodom.

“Naša glavna briga bila je da uređaj bude što isplativiji. Da bismo to uradili, konsultovali smo različite profesore inžinjerstva kako bismo stvorili isplativ okvir za uređaj. Koristili smo silicij kao materijal, jer ga je lako nabaviti, čist je i savitljiv, sličan materijal se koristi za praćenje moždanih talasa nakon operacije. To je značilo da je materijal već testiran u zdravstvenim ustanovama i da su ga odobrile medicinske sestre, za jednostavnu upotrebu i vidljivost kože pacijenta. Nadalje, dizajnirali smo naš uređaj tako da se jedan uređaj može prilagoditi različitim veličinama, uključujući barijatrijsku i pedijatrijsku, a ukupni troškovi proizvodnje su okvirno 376 američkih dolara”, ističe Haseljić.

Da bi bili sigurni da je aptasenzor zaista inovativan uređaj, siguran za upotrebu kod pacijenata i odobren za distribuciju, morat će proći kroz proces odobrenja Uprave za hranu i lijekove (FDA).

“Distribucija našeg proizvoda će biti usmjerena na bolnice širom svijeta. Nakon odobrenja FDA moći ćemo proizvesti proizvod i reklamirati ga bolnicama kao inovativni alat za upotrebu u jedinici intenzivne njege za pacijente nakon operacije. Pored niže cijene proizvodnje za razliku od sličnih uređaja, bolničkim stručnjacima će biti pruženi konkretniji dodatni podaci za procjenu stanja pacijenata. Predstavnici Centra za inovacije i Medicinskog centra Univerziteta u Rochesteru savjetovali su nas kako da pružimo najjasnije upute o korištenju našeg uređaja, uključujući upute korak po korak o tome kako staviti rukav na pacijenta, zamijeniti unutrašnje dijelove (aptamere i elektrode na staklenom predmetu), povezivanje navlake sa softverom i čišćenje silikonskog jezgra za korištenje od sljedećeg pacijenta. Detaljna uputstva će osigurati pravilnu upotrebu našeg aptasenzora, veće zadovoljstvo korisnika, kao i minimizirati eksternu tehnološku podršku koju bi naš tim trebao pružiti korisnicima”, navodi Haseljić.

S druge strane, govoreći o svom univerzitetskom usmjerenju, ova Bosanka navodi da molekularna genetika predstavlja zanimljivu kombinaciju biologije i genetike, pružajući mogućnost proučavanja strukture i funkcije gena na molekularnom nivou.

“Genetika je naučna studija o genima i naslijeđu – o tome kako se određeni kvaliteti ili osobine prenose s roditelja na potomstvo kao rezultat promjena u DNK sekvenci. Gen je segment DNK koji sadrži upute za izgradnju jednog ili više molekula koji pomažu tijelu da funkcioniše. Istraživači procjenjuju da ljudi imaju oko 20.000 gena, a promjene u samo jednom genu mogu dramatično utjecati na nečiji život”, kaže nam ona.

Pojašnjava i da promjene u genima mogu spriječiti gen da radi svoj posao na način na koji bi inače radio. Neke razlike u DNK, naprimjer, mogu dovesti do pogrešno formiranih proteina koji ne mogu obavljati svoje funkcije. Također, genetske varijacije mogu utjecati na to kako ljudi reaguju na određene lijekove ili na vjerovatnoću da osoba razvije bolest.

“Budući da roditelji prenose svoje gene na svoju djecu, neke bolesti imaju tendenciju da se grupišu u porodicama, slično drugim naslijeđenim osobinama. Razumijevanje genetske osnove ljudske bolesti jedan je od najvažnijih razloga za proučavanje ljudskog genoma. Iako se mnogi genetski poremećaji ne mogu liječiti, rana dijagnoza može pomoći poboljšanju kvaliteta života ili čak produžiti životni vijek oboljelih. Trenutna klinička ispitivanja genetskih terapija za cističnu fibrozu, hemofiliju i druge genetske poremećaje obećavaju eventualne tretmane koji oboljelima mogu pružiti život bez simptoma. Dijagnostički testovi mogu pomoći parovima da odluče da li da rizikuju prenošenje specifičnih gena povezanih s bolestima na svoju djecu”, zaključila je Haseljić.

Kada je riječ o planovima za budućnost, za ovu ambicoznu Bosanku odbrana doktorske disertacije u SAD-u jedan je od ciljeva, koji bi predstavljali nastavak njenog rada na istraživanjima u genetici.