Projektid

Kaasaskantavatel mitmikanalüütilistel instrumentidel on suur potentsiaal tervishoius, võimaldades personaalseid ja kiireid diagnostikameetodeid. Uute illegaalsete uimastite (HHC, sünteetilised katinoonid jne) levik tekitab vajaduse kohapealsete testimisvahendite järele, mida saaksid kasutada nii arstid, dopinguvastase organisatsioonid kui ka politsei. Projektis arendatakse elektroforeesil põhinevaid kaasaskantavaid analüsaatoreid, mis võimaldavad kiireid ja kuluefektiivseid in vitro metabolismiuuringuid ning uute psühhoaktiivsete ainete analüüsi. Lisaks arendatakse uusi kohapealseid biofluidide analüüsivahendeid, mis suudavad tuvastada mitmeid kiiresti levivaid narkootilisi aineid. Projekti tulemusel valmivad uudsed tööriistad, mille rakendamine võib oluliselt parandada narkootiliste ainete seiret, aidates kaasa nii rahvatervise kui ka avaliku turvalisuse edendamisele.

Projekti eesmärk on arendada mikroplastiku poolt põhjustatud antimikroobse resistentsusega (AMR) võitlemiseks lihtne ja kättesaadav mikrofluidika platvorm. Antimikroobne resistentsus (AMR) ja plastiku reostus on ülemaailmsed probleemid. Väike mikroplastik (sMP) (> 100µm) põhjustab looduses suuri probleeme ning neid leidub ka inimestes (platsentas, ajus, veres, luudes, jne). sMP imeb endasse erinevaid reostusaineid (näit antibiootikume) ja võimaldab biofilmi moodustumist, suurendades sellega AMR-i riski. Uudsete meetodite arendamine, mis võimaldab leida uusi biofilmi vastaseid aineid, on seega hädavajalik. Tilga mikrofluidika on selleks hea lahendus kuna võimaldab kiiret analüüsi korraga tuhandetes paralleelkatsetes e tilkades. Antud projekt kasutab loodussõbralikke tilga mikrofluidika tehnoloogiaid ja säästlikku 3D-printimist automaatseteks uuringuteks, arendades seega innovatiivseid tehnoloogiaid ülemaailmsete probleemide vastu.

Rakuprotsesside rakenduste teadustaristu koondab Eestis oleva raku- ja molekulaarbioloogia alase oskusteabe ning arendab välja TÜ, TTÜ, TLÜ, EMÜ ning KBFI ühiskasutusega aparatuurikompleksi, mille eesmärk on arendada teadusalast kompetentsi ja teenuseid (i) mikroobsete protsesside rakenduste valdkonnas ning (ii) imetajarakkudes toimuvate protsesside rakendustes inimese tervisega seotud biomeditsiinitehnoloogiatele. Taristu visioon on kujundada Eestis olev rakuprotsesside alusuuringuid ja rakendusi koondav oskusteabe ning teenuskeskus, mis oleks oluliseks partneriks nii ravimikandidaatide arendajatele, meditsiiniasutustele kui ka tervise- biotehnoloogia ning keskkonna valdkonnaga tegelevatele era ja avaliku sektori asutustele. Koostöös partnerettevõtete ja asutustega tagatakse raku- ja molekulaarbioloogia meetodeid valdavate teadlaste järelkasv, kaugemas perspektiivis panustab taristu uute töökohtade loomisele ning targa ja elukeskkonda parandava majanduse edendamisele Eestis.

Rakuprotsesside rakenduste teadustaristu koondab Eestis oleva raku- ja molekulaarbioloogia alase oskusteabe ning arendab välja TÜ, TTÜ, TLÜ, EMÜ ning KBFI ühiskasutusega aparatuurikompleksi, mille eesmärk on arendada teadusalast kompetentsi ja teenuseid nii mikroobsete protsesside rakenduste valdkonnas kui ka loomarakkudes toimuvate protsesside mõistmisel ja analüüsil. Taristu visioon on koondada Eestis olev rakuprotsesside alusuuringuid ja rakendusi puudutav oskusteave ühiseks teenuskeskuseks, mis oleks oluliseks partneriks nii ravimikandidaatide arendajatele, meditsiiniasutustele kui ka tervise- biotehnoloogia ning keskkonna valdkonnaga tegelevatele era ja avaliku sektori asutustele. Taristu fookuses on valdkondlike teenuste arendamiseks vajalike aparatuurikomplekside juurutamine, teenuste ja aparatuuri kasutamise võimaluste pakkumine ning oma valdkonna populariseerimine ühiskonnas laiemalt, et kindlustada valdkonna teadlaste juurdekasv ja tegevuste jätkusuutlikkus.

Endokriinsüsteemi kahjustavad kemikaalid (EDC-d) võivad mõjutada naise viljakust. Kasutades tavapäraseid majapidamistarbeid ja kehahooldustooteid puutuvad inimesed EDC-dega pidevalt kokku. Seetõttu on oluline testida kemikaale nende võimaliku endokriinsüsteemi kahjustava toimete suhtes, mis võivad mõjutada inimese reproduktiivsust. Projekt MERLON eesmärk on uurida EDC-de mõju seksuaalarengule ja -funktsioonile, et töötada välja uued lähenemisviisid (NAM-id) EDC-de tuvastamiseks. Kui MERLON keskendub tundlikele arenguetappidele looteeast puberteedini, siis MERLON2 koos uue partneri TalTechiga lisab projekti veel ühe vastuvõtliku perioodi naiste reproduktiivses süsteemis: täiskasvanu munasarja folliikel, kus toimub munaraku küpsemine. Koostöös TalTechiga on hiljuti näidatud, et folliikulis sisalduvate somaatiliste rakkude (FSC-d) tundlikkus folliikuleid stimuleeriva hormooni (FSH) suhtes väheneb, kui folliikul sisaldab mitmete tuntud EDC-de segu. FSH on oluline nii munaraku küpsemiseks kui ka FSC-de poolt toodetud steroidhormoonide sünteesiks. Samuti oleme kirjeldanud somaatiliste rakkude keerukat heterogeensust munasarjafolliikulis. EDC-de kahjulik mõju FSC alampopulatsioonidele on aga teadmata ja MERLON algprojektis käsitlemata. MERLON2 täiendab konsortsiumi eesmärke, töötades välja NAM-e, mis põhinevad üksikraku transkriptoomikal, automaatsel pildianalüüsil ja masinõppel, et mõista EDC-de mõju FSC alampopulatsioonidele seoses nende tundlikkusega FSH suhtes. MERLON2 tulemusena laieneb sidusrühmade ring, suureneb avalikkuse teadlikkus EDC-de kahjulikest tervisemõjudest ning pakutakse uusi lähenemisviise, et lahendada igapäevatoodetes leiduvate ainete kahjuliku mõju testimise küsimust naise viljakuse kontekstis.

CHIRALFORCE projekti eesmärk on näidata, et enantiomeere saab lahutada kompaktse fotoonilise kiibiga, mis on tehtud tavalise räni-põhiste meetoditega. CHIRALFORCE2 Hop-On projekt tugevdab originaal projekti sellega, et tagab selle kiibiga teottatud kiraalse lahutamise analüüsi metoodika. Enantiomeeride lahutamine segudest on oluline näiteks ravimiarenduses. CHIRALFORCE projekti eesmärk on teha revolutsioon kiraalse keemia maailmas selle kaudu, et kasutatakse fotooniliste lainekandurite abil saadud kiraalseid optilisi jõudusid nende kiraalsete molekulide omavaheliseks lahutamiseks. Projekti edu sõltub sellest kui hästi on aru saada kiraalse lahutamise õnnestumine. Kahjuks tänapäeval valdavalt kasutuses olevad tehnoloogiad: näit tsirkulaardikroismi (CD) spektroskoopia või kõrgrõhu vedelikkromatrograafia (HPLC) tava lahendused ei võimalda kohest lahutamise analüüsi nagu CHIRALFORCE projekt vajab. CHIRALFORCE2 projekt lahendab selle vajaduse sellega, et töötab välja platvormi kiraalse lahutamise koheseks analüüsiks peale CHIRALFORCE lahutamise kiipi samas vedelikuliinis. Me kasutame interdistsiplinaarset lähenemist, kus kombineeruvad omavahel automaatika, elektroonika, optika ja IT valdkonnad. Kiraalse lahutamise jälgimine samas vedelikuliinis teostatakse CD-spektrofotomeetria või neeldumise mõõtmisega, vastavalt mikrofluidika ja optika tingimustele projektis. Mõlemad lahendused on toestatud spetsiaalse tarkvaraga signaalide analüüsi ja tagasiside jaoks.

Toidu- ja biotehnoloogiatööstus vajab uusi sõelumis tehnoloogiaid, et leida uute omadustega rakke (baktereid, pärme, imetaja rakke jne), mille abil toota kõrge väärtusega biomolekule (ensüümid, antikehad, toitained jne). Neid molekule kasutatakse molekulaardiagnostikas, ravimiarenduses või spetsiifiliste toitainete sünteesiks. Tilga mikrofluidikal põhinev sõelumistehnoloogia on vähem ressursimahukas alternatiiv klassikalistele sõelumistehnoloogiatele: odavam kuna kulub vähem reagente, kiirem kuna reaktsioonid toimuvad väiksemates katsemahtudes ning seadmed võtavad laboris palju vähem ruumi mahtudes laua peale. Projekti RAKUSÕEL raames arendatakse seda tehnoloogiat, et seda saaks kasutada teenuse-platvormina koostööks toidu ja biomeditsiinitööstusega.

Uued või korduvad bakteriaalsed ohud on selle sajandi suureks väljakutseks tingituna välioludest. Ohtudele reageerimise piisavalt kiirete võimaluste puudumise tõttu on ohus inimelud ning võivad tekkida epideemiad. Tsütomeetrilised meetodid lubavad määrata rakkude parameetreid (rakkude arv, nende morfoloogia jmt). Kaasaegsed tsütomeetrid on suure läbilaskevõimega statsionaarsed ja kallid mõõtevahendid, mille kasutamine võib pōhjustada olulisi viivitusi bakterite testimisel kriisipiirkondades, kus tavaliselt on piiratud ligipääs infrastruktuurile. Käesoleva uurimis ja arendustöö eesmärk on luua kontseptsioon ja platvorm mobiilsete voolutsütomeeterite loomiseks, mis põhineb vedeliku tilkade voolumehaanikal ning optiliste mōōtesignaalide detekteerimisel ning töötlemisel koos tulemuste edastamisega operatiivkeskusesse. Tulemuseks on uudne bakteriaalse välianalüüsi automatiseeritud täistsükliga uuringute ning tulemuste töötlemise võimekuse teke, mis omab rakutasandile taandatud eraldusvõimet.

Selle projekti kõige suuremaks saavutuseks on uue kasutajasõbraliku mikrobioloogia tööriista välja töötamine. Seda tööriista kasutati selleks, et välja selgitada kui erinevalt mõjuvad erinevad metallid üksikutele bakteri rakkudele. Need teadmised aitavad kaasa mõitsmaks, kuidas erinevad metallid mõjutavad bakterite vastupidavust antibiootikumidele. Antud tehnoloogia on samuti kasulik tuleviku eksperimentide jaoks, mida plaanitakse koostöös erinevate kohalike ja välismaisete partneritega. Antud tööriist on kergesti ja odavalt kasutatav erinevate teadlaste poolt nende enda teadusprojektides. Lisaks teaduslikele tulemustele, võimaldas antud project PI-l saada hindamatuid kogemusi juhtimises, eksperimentaalsetes protsessides, võrgustumises ja kirjutamis oskustes. Kõik see kokku võimaldas PI-l areneda iseseisvaks teadlaseks.

Paljud antimikroobsed ained (näit antibiootikumid) hakkavad kaotama oma toimet kahjulike bakterite vastu, mis on suureks ülemaailmseks probleemiks nii inimeste tervise kui ka majanduse seisukohast. Selle projekti eesmärk oli arendada uusi tehnoloogiaid, mis võimaldaksid paremini uurida looduslikke molekulaarseid mehhanisme, mis sellise resistentsuseni võivad viia. Me kasutasime uudseid tilkadel põhinevaid meetode, et uurida neid mehhanisme üksikute rakkude tasemel. Need vesi-õlis tilgad on nagu väikesed katseklaasikesed, mis võimaldavad teha paralleelselt sadu tuhandeid keemilisi ja bioloogilisi katseid. Selline kõrg-läbilaskev lähenemine aitab mõista osasid bioloogilisi probleeme palju paremini tänu suuretele andmehulkadele. Meie puhul kasutasime tilkasid, et uurida geneetiliselt identsete bakterite varieeruvust kui nad puutuvad kokku antibiootikumidega, mis omakorda võib viia resistentsuse tekkimiseni. Esiteks töötasime välja kasutajasõbralikud tilkade analüüsimise vahendid, mis võimaldavad uurida erinevaid bioloogilisi katseid tilkades. Tilkade kasutamine ei ole veel väga levinud, tihti kuna nad vajavad kasutamiseks väga spetsiifilisi tööriistu või treenitud inimesi. Selle probleemi lahendamiseks arendasime ja võrdlesime me erinevaid tilkade analüüsiga seotud tööriistu, mis on lihtsalt rakendatavad ka nendes keemia ja bioloogia laborites, kes pole varem tilkadega tegelenud. Seejärel kasutasime neid tööriistu, et uurida kui erinev on antibiootikumide mõju bakteritele, mis on erinevas rakutsükli faasis. Sellised teadmised aitavad mõista, miks osadel bakteritel vahel õnnestub pääseda antibiootikumide mõjust ilma mutatsioonideta. See omakorda aitab teadlastel paremini vältida antimikroobse resistentsuse levikut. Projektijuhina olen ma eriti rahul, et me arendasime kasutaja-sõbralikud tilkade tehnoloogiad, mis lihtsustavad selle tehnoloogia levikut erinevates laborites üle maailma.