A HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpont Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézetének (HUN-REN EK MFA) kutatói a mikro- és nanotechnológia, a fotonika és a bioérzékelés lehetőségeinek innovatív alkalmazásával olyan eljárásokat és eszközöket fejlesztenek, amelyek nagy érzékenységű analitikai és hatékony mintapreparációs funkciókat kombináló bioszenzorok építőelemeit adhatják. Ezzel támogatják a hazai orvostechnikai és diagnosztikai ipar fejlődését, illetve bővülését, valamint a kapcsolódó alapkutatásokat.
Napjainkban a gyógyászat, az orvostechnika és a farmakológia legjelentősebb innovációs megoldásai egyre inkább kihasználják az anyagtudomány, az elektronika és a fotonika kutatási és fejlesztési eredményeit. Az extrém miniatürizációval, új anyagrendszerek alkalmazásával, a fotonikai és nanoelektronikai rendszerek funkcióinak kiaknázásával merőben új, komplex érzékelési megoldások – például Lab-on-a-Chip, Organ-on-Chip rendszerek – kerülhetnek az orvosok és a farmakológusok kezébe. A méretükből adódóan a mikro- és nanoskálán releváns információt szolgáltató integrált rendszerek lehetővé teszik az alapvető sejt- és molekuláris szintű folyamatok azonosítását és megértését, illetve ebből kiindulva modern analitikai eszközök fejlesztését. Ezek az innovatív technológiák hatalmas előrelépést jelentenek az ipar, a fejlettebb egészségügy és összességében a társadalom számára is.
2022 januárjában a HUN-REN EK MFA kutatói a Tématerületi Kiválósági Program keretében nagy érzékenységű, multifunkcionális, de mégis kompakt méretű „okos” eszközök fejlesztését kezdték el, amelyek kiterjeszthetik az orvostechnikai és farmakológiai ipar lehetőségeit, felgyorsítva a diagnosztikai döntéshozatalt, valamint a gyógyszerhatóanyag-teszteket.
Az elmúlt időszakban a kutatók a legmodernebb jelölésmentes optikai bioszenzorok, illetve egyedi sejtek válogatására, manipulálására alkalmas technikák kombinálásával áttöréseket értek el a biofizikai alapjelenségek feltárása és egészségügyi alkalmazása terén. Többek között sejtvizsgálati módszerek kidolgozásán, bioérzékelési elvek fejlesztésén és sejtmanipulációs mikrofluidikai szerkezetek megvalósításán dolgoztak:
- nagy áteresztőképességű jelölésmentes optikai bioszenzorok alkalmazásával monitorozták a rákos sejtek adhézióját mind egyedi sejtes, mind populációs szinten, valamint kifejlesztettek egy új eljárást rákos sejtek kompakt sejtrétegekbe történő inváziójának monitorozására;
- mikrofluidikai rendszerben integrálható nanostrukturált felületeket fejlesztettek, amelyek lehetővé teszik részecskék, élő sejtek és gyógyszerhatóanyagok molekuláris szintű, felületerősített Raman-spektroszkópián (SERS) alapuló analízisét;
- nagy átbocsátású UV-VIS spektroszkópiai és infravörös spektro-ellipszometriai mérési technikákkal kompatibilis mikrofluidikai küvettákat fejlesztettek gyógyszerhatóanyagok kimutatása céljából;
- célspecifikus folytonos és digitális mikrofluidikai rendszerek alkalmazhatóságát vizsgálták részecskék és sejtek méret- és morfológiaalapú válogatására, csapdázására és analízisére;
- sejtpopulációk és egyedi sejtek csapdázására és impedanciaspektroszkópián alapuló analízisére alkalmas mikrofluidikai rendszert alakítottak ki gyógyszerhatóanyagok hatásvizsgálatához;
- új típusú folyadékcellákat és felületi nanoszerkezeteket fejlesztettek biomolekulák felületi adszorpciójának vizsgálatára: segítségükkel vizsgálták a határfelületi jelenségek mérésének érzékenységét különböző optikai paraméterek mellett, mint amilyen a hullámhossz, a beesési szög vagy a plazmonikus réteg vastagsága.
A kutatók hosszú távú céljai között szerepel egyrészt valós idejű, jelölésmentes optikai (egy-) sejtvizsgálati módszerek fejlesztése és alkalmazása, másrészt a sejtpopulációk nanoskálás biokémiai, biofizikai folyamatainak – ezáltal betegség-mechanizmusoknak – a megértése. A gyógyszerhatóanyagok fejlesztése és pre-klinikai tesztelése során is kiemelt jelentőséggel bírnak a mesterséges sejttenyészeteken, szöveteken végzett hatásvizsgálatok. Mindezek a fejlesztések a jövőben orvostechnikai műszerekben segíthetik a gyógyszerfejlesztési és akár a napi diagnosztikai feladatokat, de hatékony segítséget nyújthatnak kapcsolódó orvosi alapkutatásokban is.
A TKP2021-EGA-04 számú Innovatív bioérzékelési módszerek egészségügyi alkalmazásokhoz (INBIOM) című projekt a Nemzeti Kutatási és Innovációs Alap támogatásával valósul meg.