Elektronska mikroskopija si utira pot na mnoga področja biomedicinskih znanosti

Elektronska mikroskopija omogoča najnatančnejši pogled v strukturo celic, torej najmanjših živih enot telesa. Vsako bolezensko stanje se odraža na strukturi celic obolelega tkiva in vsako zdravljenje deluje na celice organa, ki ga zdravimo. Elektronska mikroskopija bi bila lahko zelo učinkovita tako v diagnostiki kot tudi za spremljanje poteka zdravljenja. Ker pa je priprava tkiva za analizo z elektronsko mikroskopijo zahtevna in draga, se ta metoda žal le v nekaterih primerih bolezni uporablja za rutinsko diagnostiko. Glavnina našega dela v biomedicini je zato usmerjena v temeljne raziskave poteka bolezni na celični ravni in novih načinov zdravljenja.

Področje celične biologije epitelija sečnega mehurja je v začetku 90. let izbral prof. dr. Kristijan Jezernik, prejšnji predstojnik inštituta. To področje je bilo dolgo zanemarjeno, ker so na osnovi študij predvsem presevne elektronske mikroskopije v 60. in 70. letih domnevali, da je o tem epiteliju že v glavnem vse znano. Šele kasnejša odkritja na področju regeneracije epitelija sečnega mehurja po poškodbi, izvora rakavih celic v tem epiteliju in neuspešnega boja z bakterijskim vnetjem sečnega mehurja so spodbudila ponovno poglobljeno preučevanje celične biologije in patologije tega epitelija. Tudi naša raziskovalna skupina je – ob sodelovanju s slovenskimi in tujimi skupinami – pripomogla k večjemu interesu raziskovalcev za preučevanje epitelija sečnega mehurja.

Medicina se usmerja v personalizirane načine zdravljenja, torej v zdravljenje, ki ustreza vsakemu posamezniku predvsem glede izbire zdravil in uporabljenih odmerkov. Pojavljajo se novi materiali, ki omogočajo natančnejšo dostavo učinkovin na tarčna mesta in zato manj neželenih učinkov. Novi materiali omogočajo tudi učinkovitejše vključevanje medicinskih vsadkov v telo. Ti novi načini zdravljenja zahtevajo natančnejše analize delovanja novih zdravil in medicinskih materialov ter spremljanje poteka zdravljenja – elektronska mikroskopija pa ponuja najboljše možnosti vpogleda v to, kam je neka učinkovina dospela in kakšne učinke ima na tarčno tkivo. Primer je recimo razvoj nanodelcev kot dostavnega sistema za zdravljenje rakavih obolenj. Le z elektronsko mikroskopijo lahko ugotovimo, ali so takšni nosilci zdravil prispeli na pravo tarčno mesto in s kakšnim celičnim mehanizmom so prispeli do tja.

Personalizirana medicina dolgoročno lahko zniža stroške zdravljenja, ker je učinkovitejša in ob primerni izbiri in odmerkih zdravil ali medicinskih pripomočkov doseže optimalni učinek. Zato je verjetnost za ponovitev bolezenskih znakov manjša in ozdravitev hitrejša. Genetske in molekularnobiološke analize, ki so osnovne metode za določitev ustreznega tretmaja, so vse cenejše, zato pričakujem, da bo personalizirana medicina vsaj v nekaterih segmentih zdravljenja že v nekaj letih postala standardni način zdravljenja.

Pri razvoju novih načinov zdravljenja in uporabe novih medicinskih pripomočkov se kaže potreba po sodelovanju skupin različnih strok, ki s svojimi metodami prispevajo k celovitejšemu razumevanju delovanja človeškega telesa. Primer dobre prakse je naše sodelovanje s sodelavci s fakultete za farmacijo, kjer smo že pred leti na osnovi kombinacije elektronske mikroskopije in permeabilnosti ugotovili nov mehanizem delovanja preizkušane snovi, ki poveča prehod zdravil skozi epitelijska tkiva. Rezultati te študije so trenutno v sklepni fazi preizkušanja učinkovitejšega zdravljenja kroničnega bakterijskega cistitisa. V sodelovanju s prof. dr. Mulveyjem iz Utaha (ZDA) nam je uspelo s kombinacijo luščilnikov urotelija in antibiotikov trajno odstraniti bakterije iz stene sečnega mehurja, česar zgolj terapija z antibiotiki ne omogoča. V pripravi je tudi študija, v kateri se bomo poskusili povsem izogniti zdravljenju z antibiotiki, za kar je danes, ko vedno pogosteje zaznavamo proti antibiotikom odporne bakterije, velik interes.

Podobno uspešno je sodelovanje s sodelavci katedre za biokemijo oddelka za biologijo biotehniške fakultete. Skupne raziskave so pokazale očitne razlike med membranskimi domenami normalnih in rakavih celic, kar ponuja nove načine tarčenja rakavih celic, tako z namenom odkrivanja rakavih celic kot tudi zdravljenja. Vroče področje, kjer si elektronska mikroskopija z novimi označevalci nanodimenzij utira pot, je tudi komunikacija med rakavimi celicami in rakavih celic z normalnim tkivom. Tukaj se je kot zelo učinkovito pokazalo sodelovanje s kolegi s fakultete za elektrotehniko ter s skupino na Inštitutu Jožefa Stefana, kjer te nanodelce razvijajo.

Organiziranost medicinske fakultete v klinične in predklinične enote sama po sebi nakazuje smiselnost povezav med kliničnimi in predkliničnimi raziskavami. Predklinične raziskave se navadno izvaja na celičnih kulturah ali eksperimentalnih živalih, kjer se ugotavlja osnovne mehanizme delovanja tkiv oziroma celic v normalnih in bolezenskih stanjih oziroma kako se celice in eksperimentalni organizmi odzivajo na nova zdravila. Klinične raziskave se izvajajo na pacientih in prostovoljcih. Ti so torej naslednja stopnja v preizkušanju zdravil, za katera je bila učinkovitost in varnost potrjena v predkliničnih študijah. Za intenzivnejše sodelovanje si v zadnjem času prizadevamo tako v bazičnih kot kliničnih oddelkih. Osnovna težava je preobremenjenost zdravnikov s strokovnim delom, tako da je raziskovalno delo pri mnogih mladih zdravnikih vezano izključno na njihov prosti čas. Tudi financiranje izobraževanja na doktorski stopnji je bilo v zadnjih letih mogoče le iz lastnih sredstev teh entuziastičnih mladih zdravnikov. Vsekakor je v biomedicini nujno sodelovanje bazičnih raziskovalcev in kliničnih strokovnjakov, da so rezultati skupnega dela čim bližji uporabi v zdravstvu. Od kliničnih oddelkov intenzivno sodelujemo z oddelkom za urologijo UKC Ljubljana in UKC Maribor. Na področju sodobnih metod molekularne biologije sodelujemo predvsem z laboratorijem za genetiko Pediatrične klinike in Onkološkim inštitutom, odpirajo pa se nove povezave s kliničnimi oddelki v Avstriji in Belgiji.

Si lahko obetamo, da bo elektronska mikroskopija kdaj vendarle služila tudi običajnemu pacientu?Elektronska mikroskopija že sedaj služi običajnim pacientom, ker je bila varnost in učinkovitost novih zdravil in medicinskih pripomočkov pogosto potrjena tudi z njeno pomočjo. Je pa malo možnosti, da bi se elektronska mikroskopija uporabljala za rutinsko diagnostiko pri večjem številu obolenj, ker bo verjetno vedno predraga oziroma bodo za večino bolezni na voljo cenejši testi. Kljub temu je za določena ledvična in mišična obolenja elektronska mikroskopija edina metoda, ki omogoča postavitev pravilne diagnoze. V prihodnje si obetamo razvoj metod elektronske mikroskopije za zgodnje odkrivanje kroničnih bolezni, kot so diabetes in nekatere oblike raka, s pomočjo izolatov delcev celic (zunajceličnih veziklov), ki krožijo po krvi, seču in drugih telesnih tekočinah. Takšne analize bi znatno povečale uporabo elektronske mikroskopije v diagnostiki in utrdile povezanost strokovnjakov predkliničnih in kliničnih skupin.