Veliko pozornosti se ji posveča tudi v Sloveniji, kjer se z njo ukvarjajo na Fakulteti za elektrotehniko, Zdravstveni fakulteti in Medicinski fakulteti Univerze v Ljubljani, Inštitutu Jožef Stefan, Kemijskem inštitutu in v drugih institucijah.

Raziskovalka in sveža doktorica Roghayeh Imani je na fakulteto za elektrotehniko prišla iz Irana, kjer je diplomirala in magistrirala iz fizike trdne snovi. Kot mlada raziskovalka je svoje teze za doktorat med drugim razvijala pri profesorju Alešu Igliču v Laboratoriju za biofiziko na Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Ljubljani.

Njena doktorska disertacija, katere deli so se prebili tudi v nekatere najuglednejše znanstvene revije, nazadnje v revijo Nanoscale, raziskuje sintezo polprevodniških nanostruktur in njihovo modifikacijo z biološkimi in organskimi molekulami z namenom izboljšanja shranjevanja električne energije. Pred kratkim je bil v objavo v reviji Scientific Reports iz skupine Nature sprejet tudi članek, ki je prav tako kot prej omenjeni nastal v sodelovanju s švedskima univerzama v Linköpingu in Uppsali in se ukvarja s souporabo dolgovalovne UV-svetlobe in bioskladnih polprevodniških nanodelcev pri zdravljenju raka.

V disertaciji, ki ima več vsebinsko različnih poglavij, se je znanstvenica med drugim ukvarjala z gradnjo superkondenzatorja iz titanovega dioksida in uničevanjem rakavih celic z vidno svetlobo; oboje ob uporabi nanostruktur z organskimi molekulami.

"Svojo doktorsko disertacijo sem začela delati predvsem v smeri medicinske uporabe. Skušala sem najti način za uporabo anorganskih in organskih nanostruktur v medicinskih pripomočkih in napravah. Ob tem moram poudariti, da sem po izobrazbi in znanstvenem razmišljanju fizičarka in to, kar sem delala v svoji doktorski disertaciji, izvira iz mojega znanja s področja fizike. Sem pa pri svojem delu sodelovala s kemiki in biologi, saj je šlo za multidisciplinarni projekt," je za MMC povedala Imanijeva.

Nanostrukture – prihodnost medicine?
Želja po uporabi nanostruktur v medicini je velika, obeti za širšo uporabo v prihodnosti so dobri, vse ovire za njihovo uveljavitev pa še zdaleč niso odpravljene, je dejala Imanijeva in poudarila problematiko toksičnosti nanosmaterialov.

"Po mojem mnenju bo toksičnost nanomaterialov tudi v prihodnosti težava, ki jo bo treba vsaj deloma rešiti. Torej, kako uporabiti nanomaterial ob hkratnem obvladovanju njegove toksičnosti. V mojem doktorskem delu je to bila ena mojih glavnih tem raziskovanja. Torej, kako kontrolirati toksičnost nanostruktur, da bodo primerne za uporabo in ne bodo škodile uporabniku? Naprave, ki jih v medicini uporabljamo za zunanjo uporabo, niso problematične, poznamo pa že mnogo pripomočkov, ki so kirurško vsajeni v telo, in pri teh je toksičnost lahko problematična," je pojasnila.

Imanijeva je pri svojem delu izhajala iz tega, da je treba najprej razumeti, kaj dela nanostrukture strupene, in nato, kako to premagati oziroma odpraviti. "Tako sem na področju medicinske uporabe nanomaterialov najprej sintetizirala mikrokroglice (premera okoli 0,4 mikrometra), za katere smo v sodelovanju z biologi odkrili, da so, za razliko od nekaterih drugih že znanih makrodelcev, zelo bioskladne, kar reši problem toksičnosti za zdravo tkivo. Sintetizirane mikrokroglice iz titanovega dioksida imajo veliko por, zato je njihova površina kljub majhnosti efektivno zelo velika. Mikrokroglice, prevlečene z organskimi molekulami, v tem primeru DNK, sem nanesla na elektrodo in tako smo dobili t. i. superkondenzator, ki bi ga lahko uporabljali tudi v prej omenjenih napravah."

Superkondenzator, ki traja
Poleg sinteze čim manj strupenih mikro- in nanostruktur je bil bistven del raziskav v okviru njenega doktorata namreč izdelati dolgoživo "baterijo", superkondenzator, ki bi napravo, ki jo bolnik potrebuje, poganjala bistveno dlje od zdaj obstoječih. Mnoge naprave, npr. srčni spodbujevalniki in inzulinske črpalke, so namreč odvisne od relativno kratkožive baterije. Te se iztrošijo in jih je treba zamenjati, za kar je pogosto potreben manjši, a vseeno invaziven kirurški poseg.

"S tem v mislih, sem želela narediti tako imenovani superkondenzator z elektrodami, ki se od teh, ki že obstajajo, razlikuje po tem, da so iz drugačnega materiala. Zdajšnje elektrode so namreč večinoma iz težkih kovin, grafita ipd. in so, čeprav so visoko učinkovite, zaradi materiala, iz katerega so narejene, tudi zelo strupene. Naš superkondenzator pa je popolnoma bioskladen in ima dvojno funkcijo, napajanje jemlje iz fiziološkega okolja, torej ne potrebuje dodatnih elektrolitov, hkrati pa deluje kot biosenzor," je razložila.

Material za superkondenzator, ki ga je sintetizirala Imanijeva, je titanov dioksid, za katerega sicer ne moremo trditi, da je popolnoma netoksičen, so pa zato izdelane nanostrukture, mikrokroglice iz titanovega dioksida, bioskladne. Titanov dioksid sicer ni najboljši material za superkondenzator, ker ima zelo nizko prevodnost, a se je po dodajanju nekaterih molekul na njegovo površino pokazalo, da se prevodnost lahko precej poveča in težave s prevodnostjo rešijo. "Ta problem sem rešila s površinsko prevleko iz molekul DNK-ja, ki jih na površino titanovega dioksida kot mediatorji vežejo posebne molekule. Na opisani način sem tako rešila težavo s polnjenjem superkondenzatorja iz fiziološkega okolja. In resnično, meritve so pokazale velik porast kapacitativnosti kondenzatorja," je dodala.

Z dodajanjem DNK-ja se fizikalne lastnosti nanostrukturirane površine titanovega dioksida spremenijo tako, da se poveča sposobnost shranjevanja energije. Kapacitivnost se namreč zelo poveča. Z eksperimenti so dokazali tudi dolgoživost novega materiala, saj tudi po 1.300-kratnem polnjenju in praznjenju elektrode ohranijo izboljšane električne lastnosti.
Praktičen rezultat raziskave je bil tudi biosenzor za zaznavanje poškodb DNK-ja.

V idealnih okoliščinah bi se moralo delo nadaljevati. Imanijeva pojasnjuje: "Seveda ne gre za končno rešitev. Preden bi se senzor začel proizvajati, pričakujem še odzive drugih znanstvenikov, saj je treba najti rešitev za zaščito občutljivih molekul DNK-ja. Potem bi bil projekt končan. Naj spet poudarim, da moja dognanja izhajajo samo iz fizike, zato bi bila vesela, če bi se ob branju mojega dela kakšnemu kemiku ali biokemiku utrnila ideja, kako ta problem rešiti. Potem bi bila zadeva v resnici uspešno končana."

Nad rakave celice s svetlobo
V okviru uporabe nanostruktur, za sintezo katerih je Imanijeva specialistka, je delo nadaljevala tudi na področju uničevanja določenih rakavih celic s svetlobnim obsevanjem in uporabe nanostruktur v ločenem sodelovanju s švedskimi partnerji ter biologi z ljubljanske univerze. Tako so na več vrstah rakavih celičnih kultur s kombinacijo nanodelcev in svetlobe uspešno izvedli selektivno uničenje predvsem rakavih celic. "Naše delo ni nova metoda, ampak nadgradnja že uveljavljenega. Fotodinamične terapije se namreč poleg radiokativnega obsevanja in protonskih terapij, pa še česa drugega, že uporabljajo," je pojasnila.

Projekt je bil izveden in vitro, z vstavljanjem nanokroglic v celično strukturo. "Nanokroglica ob stiku z rakavo celico uvije membrano rakave celice, s čimer pride do procesa enkapsulacije. Ko na tako celično kulturo posvetimo z UV lučjo, se v celicah ustvari par elektron in vrzel. Pride do reakcije, nastane OH-skupina, ki ni OH minus, ampak je zelo reaktiven prosti radikal. Prosti radikali reagirajo s celičnim jedrom in tistim, kar je v njem, in to »pokvari« celico, da na koncu odmre," pa je proces opisal profesor Iglič, mentor Imanijeve pri njenem doktorskem delu in redni profesor z dvema doktoratomana Fakulteti za elektrotehniko Univerze v Ljubljani, predstojnik Laboratorija za biofiziko in koordinator znanstvenega področja Nanoznanosti v okviru interdisciplinarnega doktorskega študija Bioznanosti na Univerzi v Ljubljani .

Imanijeva dodaja: "Torej, če se nenadoma poveča število prostih radikalov, se celica lahko spremeni v rakavo. Znanstveniki so ta fenomen uporabili za proizvajanje več prostih radikalov znotraj rakave celice, da bi rakavo celico ubili. Rakava celica ne zazna povišanja radikalov v sebi, in če njihovo število povečamo, ubijemo rakavo celico. Radiacijska terapija proizvaja radikale v rakavih celicah, in ker je visokoenergijska, omogoča proizvajanje radikalov brez dodajanja katalizatorja. Žarki z nižjo energijo, katerih izvor je cenejši, sami žarki pa varnejši, kot je npr. dolgovalovna UV- in vidna svetloba, pa imajo prenizko energijo, da bi sami po sebi povzročili nastanek prostih radikalov znotraj rakave celice. Zato v celico vgradimo delce titanovega dioksida z nanostrukturirano površino, ki se obnašajo kot katalizatorji za proizvodnjo prostih radikalov in lahko tako tudi z nizkoenergijsko UV-svetlobo in katalizatorji, ki smo jih vnesli v celice, proizvedemo dovolj prostih radikalov, da uničijo rakavo celico."

Seveda je raziskava in vitro, le prvi korak k uporabi takšne metode. "Naš cilj je bil selektivno proizvesti proste radikale znotraj celice. Delci, ki jih vgradimo v celico, pa morajo biti popolnoma ali čim bolj netoksični. Za zdaj ne moremo zagotoviti, da se delci v primerih vseh celičnih kultur ne bodo umestil le v rakave celice in ne tudi v normalne celice. In mikrokroglice z nanostrukturirano površino iz titanovega dioksida vsekakor ne poškodujejo celic," je še pojasnila. Da je projekt pomemben, sicer dokazuje že omenjeno dejstvo, da je bil članek o tem pred kratkim sprejet v objavo v reviji Scientific Reports iz skupine Nature.

Ko so prvi koraki storjeni ...
In kako naprej? Omenjeni projekti in objave v uglednih revijah dokazujejo, da so v Sloveniji plodna tla za razvoj prodornih znanstvenih rešitev, čeprav je treba poudariti, da so projekti interdisciplinarni in plod sodelovanja več znanstvenikov z različnih področij. Del projektov je bil izveden tudi v tujini; v Nemčiji in na Švedskem, žal ne le zaradi sodelovanja s tujimi znanstveniki, ampak ker tuji inštituti premorejo nujno potrebno opremo, ki jih naše institucije nimajo ali pa so pogoji uporabe nesprejemljivi.

Mi vam znanje, vi nam opremo?
To najbolje pojasni profesor Iglič: "Zaradi zmanjšanja sredstev je vprašanje, ali bomo lahko nadaljevali z opisanimi raziskavami v Sloveniji. ARRS je omenjene raziskave namreč ocenil kot nerelevantne in neizvedljive, programska raziskovalna sredstva in mentorstva mladim raziskovalcem pa se na ARRS bolj ali manj nespremenjeno delijo na osnovi razdelitve izpred 15 let, ki pa dejansko izhaja še iz socialističnih časov in z današnjo znanstveno kvaliteto posameznih slovenskih raziskovalnih skupin nima prav veliko. Zadeve so šle v zadnjih dveh letih iz slabega še na slabše. Že zdaj smo si prav zato pomagali tudi s sodelovanjem v tujini. Tako bi recimo v omenjenih projektih za električne meritve nanostruktur potrebovali tako imenovan potenciostat, ki stane okoli 15 tisoč evrov, a pa ga pač nimamo. In to otežuje raziskave doma. Treba se je bilo pač znajti in smo zato veliko meritev naredili v tujini. Če bi imeli ustrezno opremo doma, bi lahko nekatere eksperimentalne dele projekta naredili hitreje. V trenutnem stanju, za katerega ne kaže, da se lahko izboljša, saj o razdelitvi raziskovalnega denarja v Sloveniji že desetletja odločajo vedno isti in isti lobiji, to ne bo šlo. Imanijeva je tako velik del meritev izvedla na Švedskem. Imamo sicer srečo, da imamo dobre sodelavce tudi pri nas, na ISJ, kjer imajo dobro opremo in kjer lahko naredimo na primer elektronsko mikroskopijo in še nekatere druge meritve, ampak to je slučajno, ker so oni sami naklonjeni temu sodelovanju. Ni pa uporaba opreme, ki je bila kupljena iz slovenskih ali EU-proračunskih sredstev sistemsko urejena, tako kot imajo na primer to urejeno ponekod v tujini."

Kot primer je Iglič pokazal na Skandinavijo. Oprema, ki je bila kupljena iz proračunskih sredstev, je tam na voljo vsem. "Pri nas pa je tako, da npr. dva sosednja laboratorija kupita vsak svoj dragi konfokalni mikroskop, potem pa je vsak le delno izkoriščen, če pa ga želi uporabljati kdo drug, pa mora za uporabo plačati. To ni prava ureditev," je še prepričan Iglič.

Bolje, da projekt razvija nekdo drug, kot pa nihče
In kaj smo v zameno za uporabo naprav ponudili Švedom in Nemcem? "Mi smo v tem primeru dali svoje znanje. Oni nekaterih od teh nanostruktur niso znali narediti, tako da smo jim mi prinesli idejo o superkondenzatorju (Švedska) in uničevanju rakavih celic (Švedska in Nemčija). Seveda je šlo za sporazumno sodelovanje, saj menim, da je bolje, da vsaj nekdo dela na razvoju teh projektov kot pa nihče. V Nemčiji so tako na projekt uničevanja rakavih celic, o katerem jih je poučila naša mlada raziskovalka, že nastavili dva doktoranda, ki nadaljujeta njeno delo," je dejal.

Imamo znanje in sposobne ljudi, nimamo pa sredstev
V okviru doktorskih del in raziskav mladih raziskovalcev in študentov v Sloveniji tako nastajajo številni zametki idej, ki bi lahko vodile v napredek in razvoj znanosti in tudi do aplikacij. Žal pa pogosto ostane le pri prvih korakih, saj denarja za nadaljevanje in razvijanje začetne prodorne ideje pogosto zmanjka, tudi, tako pravi Iglič "zaradi čudaškega razdeljevanja sredstev na ARRS, ki temelji predvsem na vplivu močnih znanstvenih lobijev. Tudi v primeru, če so se vodilni znanstveniki zaradi zamenjave generacij zamenjali. Za ARRS so nepomembni tudi pretekli rezultati projektov in rezultati mladih raziskovalcev ob koncu njihovega statusa doktoranda."

A prav mladi raziskovalci, tako domači kot tuji, so ob vodenju njihovih mentorjev vir izvirnega razmišljanja, ki vodi k novim idejam, izboljšavam obstoječega in prestopa meje do zdaj znanega.

"Vendar pa nam zaradi pomanjkanja sredstev prav ti, umi prihodnosti, pogosto »pobegnejo« v tujino, kjer so pogoji za razvijanje del in dokončanje projektov prijaznejši, predvsem pa je veliko manj korupcije in precej večja vladavina meritokracije," še dodaja Iglič. "Pri nas na primer, so člani znanstvenih svetov ARRS znanstveniki, ki sami, ali pa člani njihovih raziskovalnih skupin oziroma njihovi sodelavci, zaprošajo za sredstva ARRS. Kaj takega v Skandinaviji ni predstavljivo. Po mojem mnenju so različni znanstveni sveti ARRS namenjeni prav ohranjanju obstoječega načina razdelitve ARRS-sredstev in mentorstev mladim raziskovalcem. Zato bi bilo po mojem mnenju za slovensko znanost najbolje, da se ARRS čim prej ukine, sredstva za znanstveno delo pa razdeljuje preko ustreznega resornega ministrstva slovenske vlade. Odvečne uradnike z ARRS bi lahko prerazporedili po univerzah in znanstvenih inštitutih, kjer bi sestavljali podporne skupine za pridobivanje EU projektov, ki jim imajo tudi raziskovalne organizacije v razvitem svetu."

Tako lahko le upamo, da se bo tarnanje o begu možganov kmalu "preobrnilo" v konkretne ukrepe, ki bodo znanje razvito v Sloveniji, znali obdržati doma.