Mitme patenditaotlusega kaitstud innovatsioon, millest värskeim esitati 2024. aasta augustis, kiirendab ravimite avastamisprotsessi ning võimaldab tipptasemel diagnostikat ja DNA-nanotehnoloogiat.
Tilga mikrofluidika (droplet microfluidics) peamine eelis võimaldab kombineerida väga väikeses mahus (nt nanoliitrites), kuid suures kogustes (üle tuhande tilga sekundis) erinevaid katseaineid ja rakke. Veetilgad toimivad nagu väikesed katseklaasid. See lubab viia läbi suurema täpsuse, kiiruse ja madalamate kuludega bioanalüütilisi teste. Suures osas põhineb platvorm hiljuti lõppenud ja Eesti Teadusagentuuri toetatud CogniFlow-Cyte grandil (2020–2024), mida juhtis emeriitprofessor Toomas Rang. Doktor Pardy kanda oli platvormitehnoloogia peaarhitekti roll.
Grandi eesmärk oli suurendada tilgapõhiste mikrofluidikasüsteemide tõhusust ja kohandatavust.
Erinevalt traditsioonilistest tilgapõhistest biomeditsiiniseadmetest, millel on kindel ja piiratud kasutusotstarve, seisneb platvormi innovaatilisus modulaarsusel, mis võimaldab teadlastel ja ettevõtetel seda erinevateks rakendusteks kohandada. „Me nimetame seda platvormiks, mitte lihtsalt seadmeks, sest sellele saab lisada erinevaid spetsiifilisi lahendusi. Süsteem on loodud tilgapõhiseks uurimistööks, nii et iga tilka saab kohandada konkreetseteks katseteks – olgu katsete valdkonnaks siis biotehnoloogia, diagnostika või nanoelektroonika,“ selgitas dr. Pardy.
“Me nimetame seda platvormiks, mitte lihtsalt seadmeks, sest sellele saab lisada erinevaid spetsiifilisi lahendusi. Süsteem on loodud tilgapõhiseks uurimistööks, nii et iga tilka saab kohandada konkreetseteks katseteks – olgu katsete valdkonnaks siis biotehnoloogia, diagnostika või nanoelektroonika.”
Platvormi keskmes on mikrofluidiline tilgageneraatori kiip, mis annab koos modulaarse vooluhulga juhtimise ja tuvastussüsteemiga võimaluse tilku täpselt moodustada ja analüüsida. Teadlased saavad vahetada erinevaid komponente, nagu valgusallikad, sensorid ja vedelikuanumad, ning kohandada süsteemi vastavalt konkreetsetele uurimisvajadustele.
CogniFlow platvormi süsteem on dr Pardy sõnul loodud tilgapõhiseks uurimistööks, nii et iga tilka saab kohandada konkreetseteks katseteks – olgu katsete valdkonnaks siis biotehnoloogia, diagnostika või nanoelektroonika. Foto: Arno Mikkor ajakirjale Excite / teostus Ekspress Meedia Erilahendused
Üks platvorm, lugematult rakendusi
Kuigi CogniFlow® platvorm töötati algselt välja biomeditsiinilisteks rakendusteks, ulatuvad selle võimalused palju kaugemale. Praegu kasutatakse platvormi Euroopa Nõukogu rahastatud projektis 3D-BRICKS, mille raames testitakse seda DNA-nanotehnoloogia valdkonnas. „3D-BRICKS seadis eesmärgiks panna tilkades iseseisvalt organiseeruma süsiniknanotorudel põhinevad transistorstruktuurid. See on väga ambitsioonikas ettevõtmine, mis võib osutuda õnnestumise korral ülimalt tasuvaks ning muuta kardinaalselt kogu elektroonikatööstust.”
“3D-BRICKS seadis eesmärgiks panna tilkades iseseisvalt organiseeruma süsiniknanotorudel põhinevad transistorstruktuurid. See on väga ambitsioonikas ettevõtmine, mis võib osutuda õnnestumise korral ülimalt tasuvaks ning muuta kardinaalselt kogu elektroonikatööstust.”
Ravimite väljatöötamisel võimaldab platvorm testida kiirelt uusi potentsiaalseid ravimeid, kuna kasutatavate vedelikuproovide maht on väga väike. Katseaineid raisatakse vähem ja teaduslik uurimisprotsess liigub kiiremini. Teise näitena saab platvormi kasutada ensüümide arendamises, mille puhul aitab see parandada DNA paljundamiseks vajaminevaid polümeraase. Platvorm on oluline nii meditsiinilistes diagnoosides kui ka toidu ehtsuse kontrollimisel.
Samuti võimaldab platvorm uurida üksikuid rakke, mida saab rakendada näiteks vähi tuvastamisel või antibiootikumide tõhususe testimisel. Mikroplastide mõju uurimisel muudab platvorm keskkonnaseire täpsemaks, sest võimaldab analüüsida veepritsmetes väga väikeseid proovikoguseid. Lisaks mängib platvorm olulist rolli ka DNA-nanotehnoloogias, sest võimaldab panna üliväikeste vedelikutilkade abil täpselt kokku pisikesi osakesi ja kontrollida nende kvaliteedi.
Ravimite väljatöötamisel võimaldab platvorm testida kiirelt uusi potentsiaalseid ravimeid, kuna kasutatavate vedelikuproovide maht on väga väike. Katseaineid raisatakse vähem ja teaduslik uurimisprotsess liigub kiiremini. Foto: Dr. Tamas Pardy
Tilkadega teaduse tulevikku
Dr. Pardy tõi välja ka kolm CogniFlow® platvormi ja tilga mikrofluidika peamist eelist traditsiooniliste meetodite ees. Esiteks aitab platvorm kasutada katseaineid tõhusamalt, sest iga tilgake toimib nagu iseseisev labor, mis vähendab oluliselt katseteks vajalike kemikaalide kogust. Teiseks säästab platvorm rohkem energiat, sest kasutab madala energiatarbega andmetöötlust, mis muudab kogu süsteemi keskkonnasõbralikumaks ja jätkusuutlikumaks. Kolmandaks muudab platvorm katseprotsessi kiiremaks ja usaldusväärsemaks, kuna tilkade automatiseeritud juhtimine kiirendab tööd ja tagab, et katseid saab erinevates laborites täpselt korrata.
Lisaks erineb platvorm praegustest tipptasemel mikrofluidikasüsteemidest, mis on sageli kallid ja raskesti skaleeritavad. CogniFlow® on modulaarne ja kulutõhus lahendus. „Selle asemel et investeerida ühte ülikallisse seadmete komplekti, saavad teadlased soetada mitu meie platvormi üksust, viia eksperimente läbi samaaegselt ja suurendada märkimisväärselt töövõimekust,“ märkis dr. Pardy.
“Selle asemel et investeerida ühte ülikallisse seadmete komplekti, saavad teadlased soetada mitu meie platvormi üksust, viia eksperimente läbi samaaegselt ja suurendada märkimisväärselt töövõimekust.”
Mikrofluidika toomine tööstusesse
Mikrofluidika valdkond areneb kiiresti, mistõttu näeb doktor Pardy loodud platvormil suurt potentsiaali, et muutuda erinevates tööstusharudes standardseks tööriistaks. „Meie eesmärk on luua skaleeritav, paindlik ja taskukohane süsteem, mida saaks rakendada laialdaselt erinevates valdkondades,“ selgitas ta.
Lisaks teadusuuringutele võimaldaks platvormi modulaarne ülesehitus kontrollida pidevalt tööstuslikke tootmisprotsesse. Üheks kiiresti arenevaks rakendusalaks on kosmeetikatööstus, mis annaks võimaluse toota platvormi abil tõhusalt ja hästi skaleeritaval viisil mikroosakesi, näiteks alginaatmikrokapsleid. CogniFlow® platvormi vastu on tundnud juba huvi mitmed, eriti just ensüümide valiku ja rakuliinide optimeerimisega tegelevad ettevõtted.
Esimese kommertsialiseerimissuunalise sammuna soovitakse müüa platvormi üksikuid komponente, näiteks on platvormi ülitõhus uudse konstruktsiooniga mikropump juba pälvinud huvi nii Eesti kui ka rahvusvaheliste partnerite seas. Fotol üks pumba varasem prototüüp. Foto: Arno Mikkor ajakirjale Excite / teostus Ekspress Meedia Erilahendused
Tee kommertsiaalse eduni: õige rakendus
Kommertsialiseerimise kontekstis rõhutas dr. Pardy, et järgmise viie aastaga tuleb leida „läbimurdeline rakendus“ – kindel valdkond, mis võimaldab platvormi lpakkuda suurimat väärtust. „Meil on võimas tööriist, kuid peame leidma niši, milles see osutuks kõige kasulikumaks. Väike ettevõte ei saa keskenduda korraga liiga paljudele suundadele, mistõttu peame tuvastama kõige parema kasutusvõimaluse ning pühenduma sellele täielikult.“
“Meil on võimas tööriist, kuid peame leidma niši, milles see osutuks kõige kasulikumaks. Väike ettevõte ei saa keskenduda korraga liiga paljudele suundadele, mistõttu peame tuvastama kõige parema kasutusvõimaluse ning pühenduma sellele täielikult.”
Praegu püsib projekt veel TalTechi all, kuid plaanide kohaselt luuakse sellele peagi iseseisev idufirma. Esimese kommertsialiseerimissuunalise sammuna soovitakse müüa platvormi üksikuid komponente, näiteks on platvormi ülitõhus uudse konstruktsiooniga mikropump juba pälvinud huvi nii Eesti kui ka rahvusvaheliste partnerite seas.
Tulevikku vaadates näeb dr. Pardy platvormi arengus kahte võimalikku suunda. Kui leitakse tugev kommertsrakendus, kohandatakse süsteem kindlale tööstusharule spetsiaalseks tooteks. Kui aga ühte selgelt domineerivat rakendust ei ilmne, jääb platvorm teadusvahendiks, et pakkuda erinevatele tööstustele ja teadusasutustele tilgapõhiseid analüüsiteenuseid. „Parima võimaliku stsenaariumi kohaselt leiame platvormile läbimurdelise rakenduse ja arendame sellest välja turuliidri. Kuid isegi halvim variant ei ole tegelikult kehv – saame alati teenust edasi pakkuda ning aidata kasutada teadlastel ja tööstustel maksimaalselt ära tilgapõhise mikrofluidika võimalusi,“ võttis dr. Pardy tulevikuvaate kokku.
