Grad: Rijeka (DHMZ)
Danas: 22° 3
Sutra: 22° 22° 3
20. listopada 2018.
Istraživač u usponu

Mijo Šimunović: Razvijamo umjetne ljudske embrije da bi tragali za iskrom zivota

Znanstvena zvijezda u usponu - Mijo Šimunović
Znanstvena zvijezda u usponu - Mijo Šimunović
Autor:
Objavljeno: 12. prosinac 2017. u 7:00 2017-12-12T07:00:00+01:00

Imali smo nedavno i sastanak na Američkoj akademiji znanosti gdje se raspravljalo treba li postaviti etička ograničenja na sintetske embrije – posebno povezano s radom našeg laboratorija. Trenutna slika u američkoj znanosti jest da su takvi sustavi budućnost bazične i primijenjene biološke znanosti, pojasnio je Šimunović

Tridesetogodišnji Vinkovčanin Mijo Šimunović znanstvena je zvijezda u usponu. Iako su te riječi nerijetko tek površni novinarski klišej, u njegovom slučaju tome svjedoče zavidni uspjesi u relativno kratkoj znanstvenoj karijeri kojima je ovog tjedna pridodao nagradu Science and ScienceLifeLab – jedno od najprestižnijih svjetskih priznanja za mlade istraživače. Nagrada je plod suradnje četiri švedska sveučilišta i časopisa Science, a Šimunović je nagrađen u kategoriji stanične i molekularne biologije za znanstveni rad u kojem je kompleksne biološke probleme rješavao pomoću fizike i sintetske biologije. Š

imunović, koji je diplomirao fizikalnu kemiju na zagrebačkom PMF-u sad već posjeduje dva doktorata – jedan iz kemije sa Sveučilišta u Chicagu i drugi iz fizike s pariškog Sveučilišta Sorbonna. Trenutno u sklopu postdoktorskog studija istražuje fiziku i molekulski mehanizam ljudskog embriološkog razvoja na Rockefeller sveučilištu u New Yorku kao jedan od desetak odabranih vrhunskih mladih znanstvenika čiji rad financira milijarder i matematički genije James Simons u sklopu svoje organizacije Simons Society of Fellows.

Biološki problem

Šimunović, kako sam opisuje, u svom radu kombinira fiziku, biologiju i bioinženjering ljudskih matičnih stanica. Na moderna biološka pitanja, tvrdi on, sve se teže može odgovoriti primjenom samo jednog polja. Stoga fizičari poput njega često pokušavaju rekreirati biološki problem gradeći sustav »jednu po jednu komponentu«, kako bi saznali koje stanice i signali su ključni u tom procesu. Bioinženjering je, naglašava, ključan jer omogućuje mikroskospku manipulaciju stanicama i tkivima.

Jedno je od pitanja koje već desetljećima fascinira i biologe i fizičare je tako primjerice na koji način stanice apsorbiraju materijale iz svoje okoline. Pomoću svojih istraživanja koja su dovela i do ScienceLifeLab nagrade Šimunović je sudjelovao u otkrivanju novih puteva kojima proteini i patogeni ulaze u stanicu. Konkretnije, doprinio je razjašnjavanju mehanizma endocitoze pomoću kojeg stanica preuzima signalne proteine za vrijeme embrionalnog razvoja, no koji omogućuje i važne procese poput imunološkog odgovora i preuzimanja nutrijenata iz okoline. Da bi otkrio kako se to događa, konstruirao je umjetne stanične membrane i manipulirao njihovim ponašanje na nanoskopskoj razini pomoću lasera i mikroskopa. Na taj je način pronašao vezu između proteina koji oblikuju membrane i onih koji pokreću procese unutar stanice. Ova njihova suigra, stoji u pojašnjenju nagrade, nudi odlično pojašnjenje kako stanice pomoću fizikalnih procesa izvode kompleksne funkcije.

– Kako bi stanica interpretirala signale izvana, mora apsorbirati signalni protein. Mi smo otkrili prilično neočekivani mehanizam, a ljepota tog mehanizma je što stanica koristi vrlo jednostavne fizikalne principe. Naime, signalni proteini i patogene bakterije aktiviraju dvije vrste proteina u stanici – proteine koji prepoznaju zakrivljene membrane i molekulske motore koji koriste energiju da preoblikuju stanicu. Možemo napraviti analogiju s kuhanim rezancem. Ako uhvatite rezanac za jedan kraj i povučete ga iz vode, neće mu se ništa dogoditi. Međutim, ako ga povučete iz meda, skoro je sigurno da ćete ga polomiti. Slična se stvar događa u stanici. Proteini koji se vežu na zakrivljenu membranu stvaraju silu trenja, slično trenju koje bi med stvarao s rezancem. Molekulski motori su ti koji povlače »rezanac« i uzrokuju puknuće i na taj način apsorbiraju protein ili toksin koji se krio unutar stanice, slikovito nam pojašnjava Šimunović osnove nagrađenog rada koji je ovog srpnja objavljen i na samoj naslovnici prestižnog časopisa Cell.

Neobični projekti

Slične procese hrvatski je znanstvenik nastavio istraživati i na Rockfeller Sveučilištu, a saznanja s razine stanice posljednje tri godine primjenjuje na istraživanje molekulskog mehanizma ljudskog embriološkog razvoja.

Rockefeller Sveučilište je, pojašnjava Šimunović, idealno za takav projekt jer je poznato po izdašnom financiranju rizičnih i neobičnih projekata. U kategoriju takve »pomaknute« znanosti spadaju i recentna istraživanja na kojima surađuje. Naime, u suradnji s profesorom teorijske fizike i profesorom embriologije Alijem Brivanlouom, Šimunovć koristi ljudske matične stanice kako bi »izradio« tvorevinu koja oponaša ljudske embrije.

Vlastiti laboratorij negdje u svijetu

Mijo Šimunović na Rockefeller Sveučilištu u New Yorku planira ostati još godinu i pol da bi završio projekt na kojem radi, nakon čega će, kaže, pokušati otvoriti vlastiti laboratorij negdje u svijetu. Pitamo ga koliko je takva ambiciozna ideja izvediva?

– To ovisi o državi i sveučilištu gdje ću se zaposliti nakon isteka trenutnog fellowshipa. U SAD-u ima izvrsnih financijskih prilika za istraživanje na matičnim stanicama iz privatnih i javnih izvora. U Europi, osim u Velikoj Britaniji i par skandinavskih država, nažalost slabije. Najteži dio osnivanja laboratorija, osim dobivanja profesorske pozicije, je nagovoriti agencije da mladoj osobi daju višemilijunski budžet bez kojeg je istraživanje u ovom polju gotovo nemoguće, kaže Šimunović.

Matične stanice se, pojašnjava on, deriviraju ili iz ranog ljudskog embrija ili reprogramiranjem odraslih stanica. Njihove dvije osnovne karakteristike su da se beskonačno dijele i da se mogu diferencirati u bilo koju stanicu odraslog organizma. Stimuliranjem ovih stanica raznim signalnim proteinima i imitirajući procese u stvarnom razvoju, tvrdi Šimunović, na Petrijevoj zdjelici se primjerice mogu dobiti stanice srčanog mišića koje čak trzaju u ritmu kucanja srca. Jedno od najtežih pitanja u embriologiji je što je točno ta »iskra« koja pretvara neorganizirani klaster stanica u organizam, u fazi embriološkog razvoja poznatoj kao »primitivna pruga« (eng. primitive streak). U ljudskom embriju primitivna pruga nastaje 14 dana nakon oplodnje, što je istovremeno i famozna aktualna zakonska granica nakon koje se ljudski embrij ne smije koristiti za potrebe znanstvenih istraživanja.

– U mom radu razvijam »sintetske« ljudske embrije kako bih mogao proučavati upravo taj »zabranjeni« proces. Točnije, koristim porozne polimerne gelove koji imitiraju trodimenzionalno tkivo maternice i omogućavaju samo-organizaciju matičnih stanica u strukturu koja nalikuje ranom ljudskom embriju. Koristeći tu strukturu, tj. sintetski embrij, otkrili smo molekulski mehanizam uz pomoć kojeg rani ljudski embrij postaje organiziran i počinje stvarati prva tkiva, pojasnio nam je Šimunović.

Legalna alternativa

Drugim riječima, koristeći tehnike genske manipulacije, napredne mikroskopije i modeliranja, otkrili su koji točno proteini sudjeluju u procesu stvaranja prvih tkiva.

– Štoviše, ispostavlja se da ti proteini stvaraju tzv. Turingov sustav koji se često koristi za objašnjenje kako životinje dobivaju pruge ili točkice na krznu. Mi smo upotrijebili Turingov sustav da objasnimo kako se stvara prvi uzorak u ljudskom embrionalnom razvoju i prvi put ikad smo zabilježili stvaranje prve asimetrije u ljudskom embriju, naglašava Šimunović.

Njihov rad predstavlja svojevrsnu legalnu alternativu u javnosti i dalje kontroverznom korištenju ljudskih embrija za potrebe istraživanja koja se bave tajnama razvoja ljudskog organizma. No pojam »umjetnih embrija« i sam izaziva podozrivost javnosti, pa njihova grupa svejedno dobiva cijeli niz etičkih upita.

– Imali smo nedavno velike intervjue na tu temu za Wall Street Journal i poznati američki NPR radio. Štoviše, imali smo nedavno i sastanak na Američkoj akademiji znanosti gdje se raspravljalo treba li postaviti etička ograničenja na sintetske embrije – posebno povezano s radom našeg laboratorija. Trenutna slika u američkoj znanosti jest da su takvi sustavi budućnost bazične i primijenjene biološke znanosti. U zadnjih par godina su eksplodirale metode stvaranja tzv »organoida«, tj. staničnih struktura koje imaju sve stanice kao i pravi organ, poput crijeva, jetra, pluća, mozga, međutim dosta su neorganizirane u prostoru, odnosno ne nalikuju pravom organu. Naši sintetski embriji bi trebali pomoći u boljem uređenju takvih sustava, budući da počinju iz strukture koja izgleda identično kao ljudski embrij. Jednoga dana, možda čak i unutar 5-10 godina, takve tehnike bi se mogle koristiti za sintezu dijelova odraslih organa koji bi potencijalno bili korisni u medicini, tvrdi Šimunović.

Cijelo područje razvojne biologije i biologije matičnih stanica, tvrdi on, razvija se posljednjih godina velikom brzinom.

– Iz mjeseca u mjesec imamo sve bolja saznanja kako se razvijaju pojedini organi, što će u bliskoj budućnosti uvelike doprinijeti regenerativnoj medicini.

Novi list pratite putem aplikacija za Android, iPhone/iPad ili Windows Phone.

HNK Rijeka