Združene sile znanstvenikov in zdravnikov

Kdor je imel opravka z rakom, je gotovo že slišal za elektrokemoterapijo. Manj znano je, da so v Ljubljani prvi na svetu s to metodo začeli zdraviti globokoležeče tumorje. Zdravnikom so jo pomagali razviti strokovnjaki z ljubljanske fakultete za elektrotehniko. Ta je pred kratkim predstavila še nekaj odmevnih projektov za rabo v medicini. Po stoletju, v katerem je glavni tok zdravstvenih postopkov prevzela kemija, se elektrika vrača v medicinske učbenike.

Krepi se tudi delež tovrstnih raziskav na Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Ljubljani. Kot izjemen znanstveni dosežek je bila ocenjena naprava za rehabilitacijo hoje, ki jo je fakulteta patentirala. Septembra so v Tuzli na vajah reševanja ob naravnih nesrečah ali na bojiščih, ki jih je organizirala zveza Nato, v sodelovanju z makedonskimi zdravniki predstavili aplikacijo za nadzor vitalnih funkcij poškodovanih oseb. Dobro se je končala tudi zgodba o robotskem invalidskem vozičku, s katerim so mladi raziskovalci uspešno tekmovali na mednarodni dirki v Švici.

Elektrika v 21. stoletju ni več nekak­šna skrivnostna življenjska energija, nadnaravna sila, za kakršno so jo imeli v 19. stoletju, ko je bila medicinska elektrika oziroma klinična elektroterapija v silnem razcvetu. Leta 1884 jo je denimo v ZDA kar 10 tisoč zdravnikov redno uporabljalo v terapevtske namene. Naprave za zdravljenje so bile zelo različne. Najbolj tipična so bila velika električna navitja, ki si jih je pacient nadel na telo ali pa je kar zlezel vanje. Električni tok, ki je stekel skozi navitje, je ustvarjal magnetno polje okrog pacientovega telesa in tudi v njem. Izmenjaje je tekel enkrat od glave do pet in drugič v nasprotno smer in tako krepil zdravilne učinke.

Takšnemu razvoju je sledil trg potroš­nih dobrin in okrog leta 1900 je obstajala množica električnih in mag­netnih napravic za tako rekoč vsako bolezen in težavo. Terapije z elektromagnetim sevanjem so še vedno zelo razširjene in znanost na tem področju gotovo še ni rekla zadnje besede.

Učinkovita elektroporacija

Prav tako veliko obeta – posredna – pomoč električnih impulzov pri zdravljenju malignih tumorjev, s tako imenovano elektroporacijo. To je postopek, pri katerem celico izpostavijo električnemu polju določene jakosti in trajanja, da se poveča prepustnost celične membrane. Zaradi tega lahko v celico prodrejo molekule zdravilne učinkovine, kot so kemoterapevtiki pri rakavih celicah, ali drugih učinkovin, ki bi jih ta sicer zavrnila, razloži prof. dr. Damijan Miklavčič, predstojnik Laboratorija za biokibernetiko na Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Ljubljani in eden najbolj zasluž­nih, da je postala Ljubljana edinstvena v svetovnem merilu na tem področju. Mednarodno zelo prepoznavna je tudi ljubljanska doktorska šola elektroporacije na elektrotehniški fakulteti, ki jo organizirajo vsako leto v sodelovanju z Onkološkim inštitutom v Ljubljani.

Elektroporacija se, ob medicini, uveljavlja tudi v živilski tehnologiji kot metoda pasterizacije in spreminjanja strukture tkiva, biologiji in vse bolj v biotehnologiji in ekologiji; uporabljajo jo pri procesu čiščenja voda. Profesor Miklavčič se je z elektroporacijo prvič srečal pred 25 leti na svetovnem kancerološkem kongresu v Hamburgu, kjer so francoski kolegi poročali o tem, kako jim je uspelo s to metodo za kar desettisočkrat povečati učinkovitost kemoterapevtika bleomicin; metodo so pozneje poimenovali elektrokemoterapija. Ta neverjetni potencial postopka uporabe pulziranja električnega polja ga je tako fasciniral, da se je odpravil v Francijo in se na lastne oči prepričal, kako deluje. Kmalu nato sta s profesorjem dr. Gregorjem Seršo z Onkološkega inštituta v Ljubljani naredila že prve – uspešne – poskuse.

Za izume pri avtomatizirani napravi za rehabilitacijo hoje so že vložili patentno prijavo. Foto: Roman Šipić/Delo

Iz tistih časov je tudi sodelovanje s francoskimi kolegi, ki so soorganizatorji vsakoletne, prej omenjene, mednarodne doktorske šole o tehnologiji elektroporacije in zdravljenju z njo. Pred dnevi končana, že enajsta šola je v Ljubljani znova zbrala »pionirje« genske elektrotransfekcije, elektrokemoterapije in druge najvidnejše raziskovalce s tega področja. Ljubljana je zanje postala zanimiva zlasti zaradi možnosti za učinkovito povezovanje raziskovalnih ustanov in laboratorijev, ki je posledica dejstva, da se v majhni Sloveniji ljudje med seboj večinoma dobro poznajo, meni Damijan Miklavčič.

Drugi ključ do uspeha je interdisciplinarost, ki jo v laboratoriju za biokibernetiko gojijo že od ustanovitve pred pol stoletja. V laboratoriju sodelujejo in skupaj raziskujejo biologi, kemiki, mikrobiologi, fiziki, farmacevti in elektrotehniki. S skupnimi projekti in vzajemnim spoštovanjem do drugih strokovnosti jim je uspelo vzpostaviti zelo dobro ekipo, kar je posebnost tudi v svetovnem merilu. Počasi so jih začeli v tujini priznavati kot enakovrednega partnerja, razlaga profesor Miklavčič, ki je bil tudi pobudnik prvega svetovnega kongresa elektroporacije pred dvema letoma. Kongres so organizirali v Portorožu, udeležilo pa se ga je 400 raziskovalcev iz 48 držav. Takrat so začeli pripravljati tudi prvi enciklopedični zbornik znanstvenih esejev s tega področja, izdan nato pri ugledni nemški založbi Springer. Prvič je bil priročnik, ki ga ureja Damijan Miklavčič, objavljen v digitalni obliki lani septembra, zdaj pa obsega že skoraj 3000 strani. Zaradi bliskovitega razvoja na tem področju znanosti so se odločili, da ga bodo sproti posodabljali. Delo je pod Miklavčičevo uredniško taktirko pred kratkim izšlo tudi v tiskani obliki.

V tej uspešni zgodbi so raziskovalci laboratorija za biokibernetiko najbolj ponosni na sodelovanje s kolegi z onkološkega inštituta in kliničnega centra, ki že rešuje življenja in v tem pogledu še veliko obeta. Z elektroporacijo, ki je lahko tudi le minimalno invaziven postopek, celične membrane se že po 20 minutah vrnejo v običajno stanje, zdravijo ne le površinske, ampak tudi globlje ležeče rakaste tumorje. Ljubljana je s tem ta hip pred vsemi drugimi v tej zvrsti medicine, ker pa je postopek v začetni fazi, je njegova uporaba še zelo omejena. Povezujejo se tudi s strokovnjaki newyorškega inštituta za zdrav­ljenje raka Sloan Kettering, kjer jim pomagajo pri ovrednotenju terapije, ki temelji na elektroporaciji. Že dolgo sodelujejo z italijanskim podjetjem IGEA, ki izdeluje naprave na podlagi njihovih patentov.

Avtomatizirana »hojca« za rehabilitacijo hoje

V laboratoriju za avtomatizirane mobilne sisteme na fakulteti stoji naprava za rehabilitacijo hoje po kapi ali poškodbi spodnjih okončin, ki jo razvijalec po domače kliče kar hojca. A ta se po svoji funkcionalnosti močno razlikuje od dosedanjih naprav za pomoč rekonvalescentom. Naprava na štirih kolesih je toliko avtomatizirana, da pacienta vpnejo v podporna droga, nato pa sama prevzame oporo in pomoč hodečemu, hkrati pa njegov nadzor in vodenje. Vgrajen in posebej za to razvit računalniški sistem s senzorji zaznava premike telesa ter upravlja hitrost in smer premikanja naprave, hkrati pa preprečuje trke s predmeti ali ljudmi v okolici.

Prav to, da lahko pacient nadzira napravo in jo vodi, hkrati pa laserski skener zbira informacije o tem, kaj pacient počne, in ga po potrebi z rahlimi potiski v pravo smer korigira, je bistvena inovacija sistema vodenja naprave za rehabilitacijo hoje, ki sta jo za nemškega naročnika razvila profesor dr. Igor Škrjanc in dr. Matevž Bošnak. Hibridni sistem vodenja namreč omogoča kombinacijo avtonomnega in ročnega oziroma intuitivnega vodenja naprave z nakazanimi premiki telesa. Občutljivi senzorji v navpičnih podpornih nosilcih zaznavajo nezavedne, komaj nakazane premike, ki kažejo uporabnikovo željo za smer in hitrost gibanja.

Dr. Matevž Bošnak. Foto: Roman Šipić/Delo

Avtomatizirano hojico so že testirali v kliničnem okolju in več kot spodbudni rezultati so potrdili njeno pravilno delovanje in primernost v postopku rehabilitacije hoje po kapi. Zaradi preproste uporabe bodo terapevti, ki morajo pri sedanjih napravah še podpirati vadečega z obeh strani, precej razbremenjeni, razlaga dr. Matevž Bošnak, ko demonstrira delovanje hojice, ki uboga tudi na daljinsko vodenje in jo bo mogoče priklicati kar k pacientovi postelji. Na podlagi pozitivnih rezultatov testiranj naprave in za zaščito interesov naročnika iz industrije – konkurenca že razvija podobne, a okornejše sisteme vodenja – je ljubljanska univerza za inovacijo že vložila patentno prijavo na evropski patentni urad.

Robotski invalidski voziček

V laboratoriju za robotiko so študentje pod vodstvom dr. Matjaža Mihlja izdelali robotski invalidski voziček, ki z dodanima gosenicama lahko vozi tudi po stopnicah. Na klančini in stopnicah se sedež nagne in premakne nazaj, kar zagotovi večjo stabilnost sistema (težišče se premakne nazaj), obenem pa udobnejšo vožnjo.

Voziček trenutno uporabljajo kot raziskovalno mobilno platformo, na kateri študentje preizkušajo različne načine vodenja, lani pa se je ekipa fakultete z njim udeležila prvega mednarodnega tekmovanja Cybathlon v Švici, namenjenega predstavitvi asistenčnih tehnologij. Voznik Robi Bojanec je z njim osvojil skupno tretje mesto. O svojih izkušnjah pravi: »Če bi imel hujšo poškodbo in bi moral uporabljati voziček na električni pogon, bi zagotovo želel takšnega, da ga lahko upravljam sam, četudi bi živel v desetem nadstrop­ju, tako da bi za premagovanje stopnic uporabil gosenice, kakor smo jih na tekmovanju. Verjamem, da bi ga želelo uporabljati veliko invalidov. Vožnja z njim je zelo tekoča, lahko se giblje tudi po neravnem terenu, saj ima štirikolesni pogon. Plezanje po stopnicah pa je tudi zelo hitro. Največja ovira so bile zagotovo stopnice, ampak ker smo pred tem že vse skupaj testirali doma, smo vedeli, da jih bomo preplezali. Bronasto odličje je dokaz, kako zelo uspešni smo na številnih pod­ročjih.«

Nadzor vitalnih parametrov poškodovanih oseb

Člana inženirske akademije dr. Janez Trontelj in dr. Jurij Tasič sta zasnovala in izpeljala projekt, ki bo v veliko pomoč poškodovanim ob naravnih nesrečah in na bojiščih. Predstavili so ga skupaj z makedonskimi raziskovalci med vojaškimi vajami reševanja, ki jih je organizirala zveza Nato septembra v okolici Tuzle in so se jih udeležili predstavniki 34 držav. Aplikacija temelji na algoritmu, ki omogoča daljinski nadzor vitalnih parametrov ranjenih ali poškodovanih oseb. Pri predstavitvi so bili vojaki na terenu opremljeni s senzorji, ki so pošiljali podatke o njihovih vitalnih funkcijah bolničarjem, hkrati pa tudi v najbližjo bolnišnico. Če bi se vojak poškodoval, bi bolničarji po podatkih senzorjev takoj vedeli, kako je z njegovimi vitalnimi funkcijami. Sistem omogoča tudi samodejno prepoznavanje kritično poškodovanih.