»Glede na to, da je bila metoda odkrita pred štirimi desetletji, sem bil še donedavna prepričan, da sem prebral vse o njenih zmožnostih,« je povedal prof. dr. Damijan Miklavčič s Fakultete za elektrotehniko Univerze v Ljubljani, ki je zadnjih 25 let svoje znanstvene kariere posvetil prav njej. »A kako sem se zmotil! Vsako leto znova me preseneti kakšna novost, nazadnje možnost obdelave hrane z elektroporatorji namesto s kuhalniki,« je povedal mož, ki je zaslužen za to, da bo Slovenija leta 2015 gostila prvi svetovni kongres elektroporacije.
Slovenski prispevek, ki mu svet ne oporeka
Največ raziskav je elektroporacija, ki omogoča vnos snovi v celice z uporabo visokonapetostnih električnih pulzov, opravila na področju zdravljenja raka. Standardne metode zdravljenja raka vključujejo kirurgijo, radioterapijo in kemoterapijo. Prvi dve sta lokalni terapiji, kar pomeni, da lahko uničita samo tiste tumorske celice, ki jih naslovimo. Kemoterapija pa ima potencial, da bi lahko delovala sistemsko, da bi pozdravila celoten organizem, vendar je njena ključna omejitev ta, da ni dovolj selektivna, saj uničuje zdrave in bolne celice hkrati. Raziskave zato potekajo v smeri tarčnega zdravljenja, ki bi bolnikom privarčevalo stranske učinke. Prof. Miklavčič je povedal, da so bile prve predklinične raziskave sodelovanja elektroporacije s kemoterapijo opravljene že leta 1987. Takrat so odkrili, da lahko, če povečamo prepustnost membrane rakave celice za določen kemoterapevtik, učinkovitost terapije povečamo do 10.000-krat. Metodo so poimenovali elektrokemoterapija. »Nad rezultati sem bil navdušen in takoj v začetku 90. let smo navezali stik s francoskimi kolegi in se vključili v raziskave,« je o prelomni navezi, ki je botrovala preboju na tem področju v svetovnem merilu, pripovedoval prof. Miklavčič.
Dolgoletno slovensko-francosko sodelovanje je prek dveh evropskih projektov, v katerem so sodelovali tudi raziskovalci iz Nemčije, Italije, Irske in Danske, privedlo do prve komercialne klinične naprave za elektrokemoterapijo leta 2006. Od takrat naprej smo priča njeni vse bolj razširjeni uporabi. »Danes uporabljajo postopek v več kot 100 bolnišnicah po Evropi, tudi pri nas na Onkološkem inštitutu v Ljubljani. Od leta 2006 je bilo z elektrokemoterapijo po svetu zdravljenih že več kot 8000 bolnikov, in to zelo uspešno. V 70 do 80 odstotkih je tumor izginil, kar je v primerjavi s samo kemoterapijo odličen rezultat,« se je pohvalil sogovornik in dodal, da so sprva tako zdravili le površinske tumorje v koži in na njej, zdaj pa razvoj vodi v notranjost telesa. Po svetu poteka več kliničnih raziskav, kjer se elektrokemoterapija uporablja za zdravljenje raka na jetrih, kosteh, požiralniku, črevesju, trebušni slinavki in možganih.
»Slovenci smo v tej zgodbi prispevali ključno vlogo pri razumevanju porazdelitve električnega polja v tkivu, kar smo opisali z matematičnimi enačbami. Ko imamo podatke o tumorju – povedano po domače – vprašamo računalnik, kam moramo postaviti elektrode in s kakšnimi amplitudami pulzov jih moramo opremiti, da ga bomo uspešno zdravili in obenem pustili nedotaknjene okoliške kritične strukture. Podobno kot pri radioterapiji za vsakega pacienta posebej pripravijo načrt obsevanja, tako mi za vsakega bolnika posebej pripravimo načrt zdravljenja z elektrokemoterapijo,« je razlagal prof. Miklavčič o slovenskem znanstvenem prispevku svetu.
Pasterizacija, pri kateri ni potrebno segrevanje
Kot smo omenili uvodoma, elektoporacija ni izum 21. stoletja. Že v 50. letih so ugotovili, da celice, če jih izpostavimo visokonapetostnim pulzom, odmrejo. To metodo danes uporabljajo na področju predelave hrane. »Netoplotna pasterizacija ima nekaj prednosti pred segrevanjem hrane na visoki temperaturi. Pri tej namreč uničimo mikrobe, obenem pa tudi denaturiramo proteine in vitamine ter spremenimo okus živilu. To je razlog, zakaj je sok iz svežih pomaranč čisto drugačen kot stoodstotni pomarančni sok iz tetrapaka, ki ima rok uporabe en mesec,« je pojasnil sogovornik.
Poleg pasterizacije se elektroporacija uporablja še za ekstrakcijo snovi iz rastlinskih celic. Prav to področje postaja vse bolj zanimivo za živilsko industrijo, saj so številni poskusi (npr. pridobivanje saharoze iz sladkorne pese, pridobivanje jabolčnega in grozdnega soka...) dokazali, da če v proces ekstrakcije snovi iz rastlin vključimo še elektroporacijo, dosežemo opazno povečanje izkoristka ekstrakcijske snovi, hkrati pa je pridobljena snov še veliko bolj čista in brez neželenih primesi. Poleg tega imamo pri tej metodi dodatne prednosti, kot so ohranitev okusa, hranilnih snovi in nižji stroški predelave.
Odtajan, a še vedno živ list špinače
Zanimiv poskus so izvedli na oddelku za tehnologijo hrane na Univerzi v Lundu na Švedskem. List špinače so med drugim obdelali z reverzibilno elektroporacijo, nato pa ga zamrznili. Ko so ga odtajali, so bile celice lista še vedno žive! Zdaj so v enak postopek vključili jagode. Torej morda le ni več tako daleč čas, ko bomo nekega zimskega dne vzeli jagode iz zamrzovalnika, jih odtajali in bodo prav takšne, kot da bi jih pravkar nabrali na vrtu.
Petsto raziskovalcev z vsega sveta
V Laboratoriju za Biokibernetiko na Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Ljubljani z ustanovami po svetu delijo raziskovalne dosežke na področju elektroporacije. Prof. Miklavčič je vodja projekta COST, v katerem sodeluje več kot 500 raziskovalcev iz 38 držav sveta. V ZDA so se projektu pridružile najbolj zveneče univerze, kot so Berkeley, Johns Hopkins, Duke in Tehnološki inštitut Massachusettsa. Projekt, ki ga drugo leto zapored financira evropska komisija, je bil uvrščen na prvo mesto med 96 predlogi – financirani pa so bili samo trije. Temelji na izmenjavi raziskovalcev, ki delajo na področju prehrane in raziskovalcev, ki delajo na področju medicine. Učijo se drug od drugega in se usmerjajo tudi v podjetja. Nove zmožnosti elektroporacije, ki nastajajo kot plod povezovanja, profesorja vedno znova presunejo. »Bil sem prepričan, da jo poznam do obisti, potem pa sem na nekem kongresu v Nemčiji poslušal nizozemskega raziskovalca predavati o elektroporaciji v kuhinjski rabi. Skoraj nisem mogel verjeti.«
Namesto štedilnika elektroporator
»Bistvo toplotne obdelave hrane je, da membrano in steno celic naredimo prepustno, da hranljive snovi v našem prebavnem traktu dejansko lahko uporabimo. Če jemo surovo, izkoristek ni velik. Z elektroporacijo pa, ne da bi dvignili temperaturo, v nekaj mikrosekundah povečamo prepustnost membrane in omogočimo lažjo prebavljivost,« je slišano od nizozemskega kolega razložil prof, Miklavčič in kot zanimivost dodal, da so elektroporator dali v uporabo šefu kuhinje na Nizozemskem z dvema Michelinovima zvezdicama, ki zdaj navdušuje svoje goste z živo, a zelo prebavljivo hrano. Prof. Miklavčič je prepričan, da se razvoj ne bo ustavil in da lahko pričakujemo še veliko zanimivih aplikacij tako na področju medicine, biotehnologije kot živilske industrije.
