Enerģijas metabolisma pētījumi: ceļš uz jaunām zālēm

Dr.pharm. EDGARS LIEPIŅŠ, Latvijas Organiskās sintēzes institūta (OSI) Farmaceitiskās Farmakoloģijas laboratorijas vadošais pētnieks, LZA korespondētājloceklis (2014)

OSI Farmaceitiskās farmakoloģijas laboratorijas vadošais pētnieks E. Liepiņš sekmīgi veic apjomīgus un starptautiski nozīmīgus pētījumus diabēta un kardiovaskulārās farmakoloģijas jomā kopumā. E. Liepiņa doktorantūras (doktora grāds farmācijā 2005. gadā, Latvijas Universitāte) un pēcdoktorantūras gadi bija veltīti Latvijā izgudrotā un visvairāk zināmā preparāta meldonija (labāk zināma tā preču zīme „Mildronāts") darbības mehānismu pētījumiem. Vienlaikus tika pētīti kardiovaskulārie un pretiekaisuma darbības mehānismi Zviedrijā izgudrotai zāļu kandidātvielai, kurai vēlāk tika uzsākti klīniskie pētījumi reimatisma ārstēšanai. Piedalīšanās zāļu vielu efektu izpētē rosināja E. Liepiņa interesi par šūnu enerģijas metabolisma molekulārajām norisēm un tā regulēšanas farmakoloģiskajām iespējām. Tolaik Latvijas zinātniskajā un ārstu sabiedrībā bija zināma skepse par klīnikā esošā meldonija preklīnisko pētījumu nepieciešamību un novitāti, tomēr pasaulē atzītos zinātniskos žurnālos angļu valodā meldonija darbības mehānismu pētījumi tikpat kā nebija atrodami. Kopumā E. Liepiņa un līdzautoru pētījumi par meldonija darbības mehānismiem un jaunu klīnisko pielietojumu iespējām publicēti 24 starptautiskās publikācijās (2004 - 2017). 2016. gadā, E. Liepiņa un OSI kolēģu pētījumu apkopojums par meldoniju tika publicēts vienā no labākajiem pasaules farmakoloģijas žurnāliem, un veikums atzīts kā Latvijas zinātnes sasniegums.

Izmantojot uzkrātās zināšanas par meldonija farmakoloģisko profilu un ietekmi uz enerģijas metabolismu, 2007. gadā tika uzsākta jauna vielu skrīninga programma, kurā atklātas jaunas, par meldoniju daudz aktīvākas vielas. Kaut arī sākotnējie vielu meklējumi ilgāku laiku nebija sekmīgi, divu gadu neatlaidīgi pētījumi tomēr sekmējās ar panākumiem 2009. gadā, kad tika atklāta un patentēta pirmā aktīvā viela un tās pielietošana infarkta ārstēšanā. Jaunās kardioprotektīvās vielas atklāšana tika atzīta par tā gada Latvijas zinātnes sasniegumu. Jau 2010. gadā E. Liepiņš ir līdzautors atklājumā, kurā, piedaloties BMC un OSI kolēģiem un, par dažiem mēnešiem apsteidzot Oksfordas kolēģus, tika atklāta un publicēta enzīma BBOX trīsdimensionālā struktūra. Šis pētījums tajā pašā gadā atzīts par vienu no Latvijas zinātnes sasniegumiem. Turpmākajos gados tika pierādīti un publicēti jaunā kardioprotektora darbības mehānismi, kā arī patentēti un publicēti iespējamie pielietojumi aterosklerozes un diabēta ārstēšanai. Kopumā par jauno vielu atklāšanu šobrīd publicēti 6 patenti un 6 publikācijas tādos medicīnas un farmakoloģijas nozaru vadošajos žurnālos kā Journal of Medicinal Chemistry, British Journal of Pharmacology un Pharmacological Research. Par jaunā kardioprotektora preklīnisko pētījumu pabeigšanu un iespējām uzsākt pirmās fāzes klīniskos pētījumus jaunās vielas izgudrotāji, tostarp E. Liepiņš, 2016. gadā saņēma Latvijas gada balvu zinātnē.

Paralēli meldonija un jauna kardioprotektora pētījumiem E. Liepiņš piedalījies vairākos vietējos un starptautiskos projektos, kuros parādītas melanocītus stimulējošo hormonu pretiekaisuma īpašības, glioksilāzes saistība ar diabētu un tā izraisītajām komplikācijām, trimetilamīna-N-oksīda (TMAO) saistību ar diabētu, tā toksisko ietekmi uz mitohondrijiem un klīnikā izmantojamo zāļu ietekmi TMAO izvadīšanu.

Vairākus gadus E. Liepiņa vadībā ESF projektā, Valsts pētījumu programmas apakšprojektā un no šī gada arī LZP Fundamentālo un lietišķo pētījumu projektā tiek veikti enerģijas metabolisma pētījumi, kuros noskaidrota taukskābju starpproduktu loma fizioloģisku un patoloģisku procesu norisēs. Organisms glabā enerģijas rezerves tauku jeb triglicerīdu veidā adipocītos. Lai taukskābes varētu izmantot enerģijas metabolismam un citām bioķīmiskām reakcijām, tās atšķeļ no triglicerīdiem un aktivē, piesaistot koenzīmu A. Šūnās enerģijas iegūšanai taukskābes jātransportē mitohondrijos, un tas ir iespējams, ja taukskābēm piesaistītās karnitīns un rodas acilkarnitīni. E. Liepiņa pētījumi pierāda acilkarnitīnu fizioloģisko lomu un saistību ar virkni patoloģiju, kurās palielinātas aktivēto taukskābju koncentrācijas bojā mitohondrijus un izraisa to disfunkciju. Šie pētījumi paver inovatīvas iespējas jaunu zāļu mērķu identifikācijai.

Publicētie darbi: 67 (33 pēdējos 5 gados) zinātniskie raksti Scopus (H indekss - 18), 1 grāmatas nodaļa, referāti starptautiskās konferencēs > 80 (mutiski un stendu ziņojumi).

Pedagoģiskais darbs: 1 doktorants, vadīti vairāki, maģistrantu, bakalaura un studentu diplomdarbi. Vairāk nekā 10 gadus studiju kurss „Uztura bagātinātāji" LU Medicīnas fakultātē. Vairākus gadus bijis promocijas padomes loceklis LU Medicīnas fakultātē.

Zinātniskie projekti: In vivo: Farmakokinētikas un toksicitātes grupas vadība Inovatīvo zāļu iniciatīvas projektā (EU FP7 un EFPIA sadarbība) "European Gram Negative AntiBacterial Engine" ENABLE (88 646 402 EUR), vadītājs LZP Fundamentālo un lietišķo pētījumu projektam „Jaunu zāļu mērķu meklēšana TMLHE izgrieztā gēna pelēs" 2018.-2020. (299 970 EUR). E. Liepiņš ir bijis vadošais izpildītājs starptautiskos projektos (t.sk. H2020 un 7. Ietvara programmu ietvaros), Latvijas projektos (t.sk. VPP, ESF, ERAF, LZP), kā arī Latvijas un ārvalstu uzņēmumu finansētajos lietišķajos projektos.

Starptautiskā sadarbība: Latvijas pārstāvis 4 COST akcijās. Kopīgos projektos notiek starptautiska sadarbība ar pētniecības organizācijām, kā arī uzņēmumiem Eiropas valstīs un ASV. E. Liepiņš ir piedalījies zinātnisko projektu ekspertīzē un rakstu recenzēšanā pēc ārvalstu zinātnes padomju un žurnālu redakciju uzaicinājumiem.

Organizatoriskais darbs: Latvijas Zinātnes padomes Bioloģijas un medicīnas zinātnes Ekspertu komisiju loceklis (no 2016), Projektu uzraudzības padomes loceklis SIA "Farmācijas, biomedicīnas un medicīnas tehnoloģiju Kompetences centrs" (no 2016), Latvijas farmakologu un Latvijas bioķīmiķu biedrību biedrs.

Atzinības: E. Liepiņš ir autors Latvijas zinātnes sasniegumiem (2009, 2010, 2013 un 2016), Hillera medaļa (2016), Eiropas Sociālā fonda stipendija (2004-2007), LZA un AS Grindeks balva, kā labākajam Latvijas jaunajam zinātniekiem un piešķirta Sudraba goda zīme Sudraba pūce (2004), Kristapa Morberga stipendija (2002-2004), KRKA balva (2003).

KOKSNES IZMANTOŠANAS PERSPEKTĪVAS LATVIJĀ

Dr.sc.ing. AIVARS ŽŪRIŅŠ, Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūta (LVKĶI) vadošais pētnieks, LVKĶI direktors (2000-2012), LZA korespondētājloceklis (2005), LMZA loceklis (2006)

Lai sasniegtu "Latvijas ilgtspējīgas attīstības stratēģijas līdz 2030. gadam" mērķi - „būt ES līderei dabas kapitāla saglabāšanā, palielināšanā un ilgtspējīgā izmantošanā" ir nepieciešams attīstīt bioekonomiku. Biorafinēšanas koncepcija nozīmē efektīgi izlietot biomasas potenciālu, pārvēršot to vērtīgos produktos, kas savukārt ir bioekonomikas resursi. Biomasa t.sk. koksne ir milzīgs, atjaunoties spējīgs C₅ un C₆ cukuru avots, un viens no lielākajiem izaicinājumiem ir lētu cukuru ražošana no biomasas, kas ļautu tālāk ražot produktus, kas būtu konkurētspējīgi ar no fosilajiem resursiem ražotajiem.  Taču šīs priekšrocības nevar izmantot, ja būtiski neuzlabo biorafinēšanas procesus, kuru mērķis ir pārvērst biomasu vērtīgās ķimikālijās, produktos un enerģijā ar minimālām atliekām un emisijām.

Pašlaik Latvijā  ~ 3 milj m³ papīrmalkas, šķeldas un malkas tiek eksportēts un tā ir iespēja ražot inovatīvus produktus ar augstu pievienoto vērtību.

Viens no risinājumiem - uz pirolīzi balstīta biorafinēšana, kas nodrošina biomasas komponentu termisko depolimerizāciju un konversiju ķimikālijās un degvielās. Aizmetņi šādu procesu realizācijai ir jau 1995. gadā, kad LVKĶI tika izstrādātas pirmās kokogļu ražošanas iekārtas, kuras  realizētas 14 projektos dažādos Latvijas rajonos un gadā saražo eksporta produkciju par vairāk kā 4 milj EUR. Tālāk attīstot pirolīzes procesus tika attīstīta koncepcija, kurā viena no trim koksnes sastāvdaļām - hemicelulozes tiek atdalītas, lai veiktu tālāku konversiju furānos, bet atlikusī celuloze un lignīns tiek pirolizēti. Celulozes termiskajā konversijā kā pirmējais produkts rodas anhidrocukurs - levoglikozāns, kuru var izmantot kā izejvielu biopolimeru un ārstniecisko līdzekļu sintēzei, bet var arī pārvērst glikozē ar tālāku fermentāciju biodegvielās. Pirolīzes rezultātā vienmēr rodas cietais atlikums - ogles, kuras var izmantot īpašu aktivēto ogļu superkondensatoru elektrodiem izgatavošanai.
Šis ir ļoti perspektīvs nākotnes virziens, jo vienam elektroauto nepieciešami 5 - 8 kg šādu ogļu. Izgatavotie paraugi uzrāda par 20% labākas īpašības nekā komerciālas ogles. Savukārt ievadot aktivēto ogļu struktūrā heteroatomus, kā, piemērām, slāpekli iespējams iegūt katalītisku materiālu, kas, kā rāda mūsu rezultāti, var aizvietot platīnu zemas temperatūras degvielas šūnās un sekmīgi konkurēt ar dopētām oglekļa nanocaurulītēm.

Publicētie darbi: H-indekss - 8; kopējais skaits >100; 30 publikācijas (Scopus), 2 nodaļas monogrāfijās, 3 bij. PSRS autorapliecības, 7 Latvijas Republikas patenti, 2 starptautiskie patenti.

Zinātniskie projekti: pašlaik vada ERAF projektu, ERANET projektu WoBaCat un ārzemju komerclīgumu.

Pedagoģiskais darbs: 3 promocijas darbu vadīšana (aizstāvēts -1); vadīti 6 maģistru un 5 bakalauru darbi; izstrādāti 3 mācību kursi, RTU promocijas padomes P-01 loceklis.

Organizatoriskais darbs: LZP Inženierzinātņu ekspertu komisijas loceklis, LZP eksperts, padomdevējs Zemkopības ministrijas Meža konsultatīvajā padomē, dalība LVM Inovāciju grupas darbā.