Autor:
Priit Möller

Eesti süvatehnoloogia-platvorm tuvastab suurt osa hingamisteede nakkustest

Pärast laastavat koroonapandeemiat asuti paljudes arendusprojektides üle terve maailma välja töötama uusi ja tõhusamaid diagnostikatehnoloogiad. Eesti arendusettevõte LDI Innovations on nüüd valmis saanud aparaadi Fluo Reader, mis tuvastab suurt osa ülemiste hingamisteede nakkustest sh ka koroonaviirust. Artikkel pärineb Novaatorist.

Platvormil ja platvormil on vahe

Viimasel aastakümnel on edu saavutanud platvormiäri. Ilmselt pole see Eestis ka ärikaugele inimesele enam võõras termin. Suur osa inimestest tellib läbi 

erinevate platvormide endale toitu, kasutab sõidujagamisteenust või laenutab tõuksi, jalgratast, jne, kirjutavad LDI Innovationi tegevjuht Sergei Babitsenko ning Tartu Ülikooli keemia instituudi professor, akadeemik Jaak Järv.

Eestist on maailma võrsunud ka kümmekond enam kui miljardilise eurose turuväärtusega ettevõtet, mille ärimudel baseerub just nimelt platvormiteenuste arendamisel. Tuntumad neist on näiteks Wise ja Bolt. Elaniku kohta oleme tõusnud seega maailmas enim nn ükssarvikuid genereerida suutnud maaks.

Hoopis teine pilt avaneb süvatehnoloogiliste ärimudelite vallas. Süvatehnoloogilised (deeptech) platvormid kujutavad tehnoloogilist platvormi või taristut, mis kasutab alusteadust ja nendel baseeruvaid innovaatilisi tehnilisi teadmisi uuenduslike lahenduste loomiseks. Süvatehnoloogia keskendub tavaliselt keerukate probleemide lahendamisele ja uuenduslike tehnoloogiate arendamisele. Sageli nõuavad need ulatuslikke teadusuuringuid, tipptasemel insenertehnilisi oskusi ning spetsialiseeritud teadmisi ja kogemusi.

Eelmise aasta lõpus avaldatud Euroopa süvatehnoloogia olukorda käsitlenud raporti1 autorid tõid välja, et süvatehnoloogiliste ärimudelite arendus võib olla kapitaliintensiivsem ja arendusajad on võrreldes tavaliste iduettevõtetega märksa pikemad. Tulemusena moodustab tipptasemel tehnoloogia aga nende olemuse tuuma. See kaitseb taolisi firmasid konkurentsi eest ja pakub nende loodud tehnoloogiatele märksa põhjalikumat intellektuaalomandi (IP) kaitset.

Võrreldes eelpoolnimetatutega on seega süvatehnoloogilistel platvormidel suur eelis. Need kas pole üldse või on äärmiselt raskesti kopeeritavad. See pakub taoliste projektide omanikele ja investoritele täiendavat motivatsiooni. Nad on oma tehnoloogiaga sisuliselt turul monopoolses seisundis ja võivad taoliseks jääda väga pikaks ajaks.

Monopoolne seisund ei tulene nende puhul mitte riiklikest regulatsioonidest, nagu tavamajanduse loomulikel monopolidel, vaid tehnoloogia originaalsusest, mida on väga raske jäljendada. Kui mõni konkurent tahab nende turuosa ja kliente endale saada, peab ta turule tooma vähemalt samaväärse tehnologoilise platvormi. Reeglina peab olema see veel märksa tõhusam.

HealthTech vs MedTech

Image
Dr Aleksei Kuznetsov Fluo Reader masinaga
Dr Aleksei Kuznetsov Fluo Reader masinaga (autor: Priit Möller)

Tänapäeval on turul tuhandeid tervisesuunitlusega äppe ja muid platvorme, mis püüavad meie tervist turgutada väga erineval moel. Neist mõni pakub dieete,

 teine treeningkeskkondi ja kolmas holistilist muusikat vaimseks teraapiaks jne. Nimekiri on sõna otseses mõttes lõputu.

Hoopis teine lugu on meditsiinitehnoloogiliste platvormidega, mis põhinevad varasematel alusteaduslikel publikatsioonidel, mahukal teadus-arendustööl ja hoopis teisel tasemel tehnoloogilisel inseneerial.

Meditsiinitehnoloogia (medtech) hõlmab endas meditsiiniseadmete, -tehnoloogiate ja -teenuste väljatöötamist, tootmist ja turustamist. Sellega katavad need laia valikut valdkondi, alates diagnostikast ja ravi jälgimisest kuni meditsiiniseadmete ja -instrumentide väljatöötamiseni ning meditsiiniliste tarkvaralahendusteni.

Medtech platvormidel on oluline roll ka kaasaja innovaatilises tervishoius, sest muudavad võimalikuks uuenduslike lahenduste ja tehnoloogiate kasutamise, mis parandavad patsientide ravi, diagnoosimist ja elukvaliteeti.

Meditsiinitehnoloogilised platvormid arenevad turunõudlusega kooskõlas. Mitmed maailma juhtivad analüüsimajad on välja toonud trendi, kus järjest rohkem seni traditsiooniliselt statsionaarset ravi ja diagnoosimist vajavad tervishädad liiguvad palatitest välja. Teisisõnu muutuvad need ambulatoorseteks. Kvaliteetsed, akadeemilisel arstiteadusel baseeruvad teenused tuuakse järjest rohkem inimesteni neile koju nii, et neil pole vaja kvaliteetse tervisediagnoosi saamiseks üldse arsti poole pöördudagi.

See ei ole nii absoluutselt, kuid teatud meetodid ja tehnoloogiad on teinud läbi silmapaistva arengu. Ja see areng jätkub!

Suure tõuke erinevate nakkushaiguste ja muude patogeenide tuvastamise diagnoosimiseks andis praegueks juba minevikuhõlma taganenud SARS-CoV-2 pandeemia. Inimkond oli sunnitud ülikiiresti arendama ja kasutusse võtma erinevaid diagnostika- ja ravimeetodeid.

Tekkinud hoog pole raugenud. Paljud tehnoloogilised arenduseettevõtted teevad tööd, et olla valmis järgnevateks pandeemiateks. Nende vaheaegadel pakuvad need inimestel sageli muid igapäevase kasutusega diagnostikavahendeid, mis tõstavad nende elukvaliteeti ja tagavad hea tervise.

VIRUP projekt

Selle poole püüdlevaid ja süvatehnoloogiat rakendavaid leidub ka Eestis. Kõrgtehnoloogiline arendusettevõte LDI Innovations meeskond on viimastel aastatel panustanud "Patogeense viiruse leviku seire tehnoloogilise platvormi" arendustöödesse ehk VIRUP projekti. Projekti eesmärk oli välja töötada tehnoloogiline platvorm, millega tuvastada haigusi tekitavaid viirusi kiiresti, usaldusväärselt ja taskukohaselt. Pinnakatsetused võimaldaksid seda teha nii sisetingimustes kui ka vabas õhus.

Pinnakatsetused tähendavad siinkohal sisuliselt kahte lähenemist. Ühelt poolt on olemas viirused, mis levivad puutepindade kaudu, näiteks erinevad noroviirused, ja viirused, mis levivad piisknakkuse kaudu, nagu viimase viiruspandeemia põhjustanud COVID-19. Lõpuks ilmuvad need ka erinevatele pindadele. LDI Innovationsi väljatöötatud tehnoloogia sobib eriti hästi just viiruse leviku tuvastamiseks.

COVID-19 ajal oli enim kasutatud leviku areaali ja intensiivsuse tuvastamise meetod reovee pidev analüüsimine. Meie tehnoloogia võimaldab võtta erinevatest avalikest kohtadest – lennu- ja rongijaamadest, toitlustuskohtadest ja ka tänavatelt pinnaproove ja tuvastada viiruse levimus pinnaanalüüside kaudu.

Testisime väljatöötatud tehnoloogilist platvormi pandeemia tekitanud koroonaviiruse näitel. Samas on platvorm laiendatav ja kohandatav teiste raskeid haigusti põhjustavate viiruste tuvastamiseks. Selle tavapärasesse seiresse kaasamine võiks pakkuda võimalust puhanguid juba eos ennetada. Planeeritud tehnoloogiline lahendus põhines fotoonika tehnikate ja uudse molekulaarse tuvastamise kombineerimisel (patenteeritud qLMI – kvantmärgistusega molekulaarne interaktsiooni tehnoloogia).

Patenteeritud intellektuaalne omand võimaldab läbi erinevate reagentide, st erinevatele viirustele arusaadavate läbiimmutatud algsete komplektide ning nendega pindu puudutades tuvastada hiljem Fluo Readeriga väga erinevaid nakkusi ja nende epideemilist levikut. Just selline universaalsus oli patentsuse põhiline alus. Kokkuvõtlikult võimaldab LDI Innovationi tehnoloogia tuvastada erinevaid viirusinfektsioone kohapeal ja saada vastuseid vähem kui viie minutiga.

Praeguseks oleme arendustööde käigus läbi viinud tööd kahe etapina – teinud ära rakendusuuringud (TRL-4) ja jõudnud edasi tootearenduse (TRL-6) faasini. Mida me siis täpsemalt viimastel aastatel ära oleme teinud?

Rakendusuuringute käigus keskendusime tõhusa fluorestsentssensori väljatöötamisele, mis võimaldab SARS-CoV-2 viiruse tuvastamist. Selleks sünteesisime 

mitmeid retseptorpeptiide ja värvaineid ning katsetasime neid laboratoorsetes uuringutes. Järgnevalt hõlmasid arendustööd testimismeetodi väljatöötamist, sealhulgas proovivõtumeetodi, reaktsioonilahuse, optilise testtoru, tampooni ja pinna testimisprotseduuri loomist.

Edasi keskendusime prooviraku üksuse väljatöötamisele spektraalanalüüsiks koos testimeetodiga, mis sisaldas proovi sisemist kvaliteedikontrolli. Uurisime erinevaid spektraal-optilisi disaine ja rakku kasutamisele qLMI-retseptorite arendamiseks. Testid kinnitasid qLMI meetodi analüütilist selektiivsust ja usaldusväärsust SARS-CoV-2 viiruse tuvastamiseks. Teisisõnu, katsed kinnitasid, et meie meetod võimaldab koroonaviiruse olemasolu märgata ja seda ka teistest viirustest eristada.

Viimaks keskendusime retseptormolekulide uurimisele teiste sihtviiruste jaoks, tuginedes arvutuslikule biokeemiale. Arvutisimulatsioonid näitasid qLMI meetodit saab kasutada ka erinevate hingamisteede viiruste, sealhulgas gripi ja noroviiruse tuvastamiseks.

Viimase pooleteise aasta arendustööde teises faasis üritasime arendusmeeskonnaga tuua turule kommertskasutuseks sobiva prototüübi. See meil ka õnnestus ehk sisenesime varasemate alus- ja rakendusuuringute faasist juba tootearendusfaasi.

Saadud tulemuste saavutamisel mängis olulist rolli meie loodud digitaalne andmeplatvorm, mis võimaldab andmeedastust, kaardistamist ja analüüsi. Selle arendamisel kasutasime kaasaegseid tehnoloogiaid, mis tagavad turvalise juurdepääsu andmetele ja võimaldavad statistilist analüüsi. Olulist sammu tehnoloogiaga edasiliikumisel kujutas juhiste ja tööprotokollide väljatöötamine.

Meie loodud meetod pindade saastatuse testimiseks võimaldas panna platvormi proovile ka teistes sõltumatutes laborites. See võimaldas teha valideerimisuuringuid, kinnitades meetodi usaldusväärsust ja efektiivsust neutraalses ning akadeemiliselt kõrgel tasemel teadusasutuses, ilma et meie arendusmeeskond oleks saanud tulemusi kuidagi mõjutada.

Erinevad tehnoloogilised täiustused, sealhulgas statistilise tuvastamispiiri määramine ja optiliselt modelleeritud raku ümberkujundamine, viisid arendustöö uuele tasemele ja suunasid tehnoloogia juba valideerimisprotsessi.

Tehnika valideerimine päris viirustega Tartu Ülikooli Tehnoloogiainstituudi bioturvalisuse laboris kinnitas tehnoloogia tõhusust ja usaldusväärsust. Kuna katsed näitasid, et seade oli piisavalt tundlik elusa koroonaviiruse tuvastamiseks, saame nüüd öelda, et tehnoloogia on valmis reprodutseerimiseks ja turustamiseks.

LDI Innovationsi arendustööde tulemused näitasid, et Eesti akadeemilisel teadusel baseruvad süvatehnoloogilised diagnostikatehnoloogiad on igati võimalikud. Saame siit Eestist panustada kogu maailma viirustõrjesse ja inimeste paremasse tervisesse.

Järgmiseks on meil plaanis laiendada viiruste spektrit, mida Fluo Reader ära tunneb ehk tegeleda jätkuva tootearendusega. Esimese etapina on plaanis tuua turule avalik teenus, mis võimaldab ühiskasutatavatelt pindadelt pinnaproove võttes tuvastada võimalikke viiruslikke levimusi. Järgnevalt on plaanis FluoReaderi tehnoloogia kliiniline valideerimine, mis võimaldaks selle kasutusele võtta ka patsientide viirusnakkuste analüüsis.

Milleks kokkuvõtlikult Fluo Reader seade hea on?

  • Tõhus viiruse tuvastamine ja jälgimine. qLMI tehnoloogia koos Fluo Readeriga võimaldab kiiret ja usaldusväärset SARS-CoV-2 ja mitmete teiste patogeenide tuvastamist. See aitab kaasa erinevate viiruste leviku jälgimisele ning võimaldab tõhusamat reageerimist haiguspuhangutele, aidates sel viisil kaitsta ühiskonna tervist.

  • Fluo Reader on andmeanalüüsi ja kaardistamise platvorm. Digitaalse andmeplatvormi loomine võimaldab andmete kogumist, analüüsi ja kaardistamist reaalajas. See võimaldab tulevikus tervishoiuasutustel ja ametiasutustel saada kiiret ülevaadet erinevate viiruste levikust ning võtta vajalikke meetmeid selle ohjeldamiseks.

  • Lihtsustatud testimisprotokollid. Fluo Reader tööprotokollide ja testimismeetodite väljatöötamine muudab viiruse testimise lihtsamaks ja kiiremaks. See võib vähendada testimisega seotud keerukust ja kulusid ning suurendada testimise kättesaadavust laiemale elanikkonnale.

  • Tehnoloogiline innovatsioon. Tehnilised täiustused, sealhulgas tuvastamispiiri määramine ja optilise raku ümberkujundamine, suurendavad tehnoloogia tõhusust ja täpsust. See võib aidata avastada viirust varasemates staadiumides ja võtta kiiresti meetmeid selle leviku tõkestamiseks.

Kokkuvõttes võib Fluo Reader, läbi qLMI tehnoloogia, aidata kaasa erinevate tulevikupandeemiatega võitlemisele. Samuti võimaldaks tuvastada see pandeemiavälistel aegadel tervet rida igapäevaselt tüütuid patogeene, võimaldades kiiret ja tõhusat viiruste tuvastamist, jälgimist ning reageerimist. See omakorda aitab kaitsta tervet globaalset kogukonda viiruste leviku eest.

Uurmistööde läbiviimist aitas rahastada ettevõtluse ja innovatsiooni sihtasutuse rakendusuuringute programm.

Image
Fluo Reader meeskond koos seadmega
Fluo Reader töögrupp: dr Jaak Järv, dr Aleksei Kuznetsov, dr Anton Mastitski, dr Eerold Vellmäe. (autor: Priit Möller)
Kaasprofessor Alar Jänes hoidmas TÜ keemia instituudis komplekteeritud tsink-ioon-hübriidsuperkondensaatori prototüüpi

Kuidas rahuldada inimkonna kasvavat energiavajadust?

Doktorant teeb laval ettekannet

Kalendrisse kirja: doktorantide kolme minuti loengute konkurss toimub 2. oktoobril

Indrek Tulp

Vilistlase lugu. Indrek Tulp: keemia on kui päästerõngas Eesti majandusmuredele