Соңғы 2-3 жылда ол басқаратын топ микрофлюидика саласында іргелі екі жобаны қолға алған. Алдымен микрофлюидика деген не? Соған тоқталайық. Бүгінде микрофлюидика саласының қолдану аясы кең. Бұған электротехникадан бастап, медицинаға дейін салалалар кіреді. Қысқасы, микроканалы бар және кішкентай мөлшердегі сұйықтықтармен әрекет ететін құрылғыларды микрофлюидті құрылғы дейміз. Мысалы, қан немесе тер сұйықтық саналады. Осы сұйықтықтарды зерттеу арқылы адам ағзасында қандай өзгеріс болатынын байқаймыз. Негізінен, бұл термин диагностика саласына арнап жасалған чиптерді және сенсорларды сипаттауға қолданылады. Мәселен, аса қымбат дәрі-дәрмектерді зерттеуде аз мөлшерімен тәжірибе жасауға микрофлюидтік құрылғыларды пайдалану өте тиімді. Сондай-ақ микрофлюидті құрылғыдағы сұйықтықтардың динамикалық жағдайда қозғалыста болуы да маңызды. Микроканалдар адамның ағзасында болып жатқан көптеген динамикалық үдерісті имитациялауға ыңғайлы. Мысалы, адам ағзасындағы қан тамырлар – капиллярлар микрофлюидті құрылғылардың микроканалдарына ұқсайды. Сол арқылы сұйықтықтарды айдап, динамикалық қозғалысқа қол жеткізеді.
«Микрофлюидті құралдардың адам ағзасындағы кейбір үдерістерді имитациялау қабілетін қолдану – біздің топтың кейінгі 2-3 жылдағы басты мақсаты болды. Осы бағытта біздің топ бауыр және өкпе жасушаларын микрофлюидтік құрылғыларға орналастырып, арнайы оптикалық сенсорлар арқылы динамикалық жағдайда өсуін зерттедік. Қазір орган жасушаларының зертханада өсуін адам ағзасындағы өсуіне барынша ұқсатып арнайы микрофлюидті құрылғыларды жасаумен айналысатын бөлек сала дамып отыр. Ол «чиптегі орган» деп аталады. Микрофлюидиканың біртұтас саласы саналатын бұл сала кейінгі 10-12 жыл ішінде ерекше дамыды», дейді ғалым.
Г.Құлшарованың айтуынша, бұл саланың негізгі мақсаты – дәрі-дәрмекті зерттеу кезінде жұмсалатын қаржы көлемі мен оның тексеру уақытын үнемдеу. Мысалы, шетелде орташа есеппен бір дәріні токсикалық тексерістен толық өткізу үшін 10 жыл уақыт қажет. Бұған қомақты қаржы жұмсалады. Сондай-ақ алдымен зертханада, одан кейін жануарларда тексеріп, «қауіпсіз» деп саналған дәрі-дәрмек кейде клиникалық тексерісте зиянды болып шығады. Сондықтан дәріні зертханада тексеретін әдістер мен құрылғыларды дамыту арқылы оның зияндылығын ерте анықтаса, онда қаржы мен уақыт үнемделеді. Микрофлюидті құралдар осыған балама әдіс саналады.
«Біздің ғылыми топ бастапқыда бауыр жасушалары өсе алатындай арнайы биоүйлесімді материалдан дизайн мен үлгі жасап, арнайы микроканалдары бар микрофлюидті құрылғылар жасаумен айналысты. Одан кейін мұндай құрылғыларға биолог әріптестеріміз бауыр жасушаларын орнықтырып тоқтаусыз ағын жағдайында, яғни динамикалық жағдайда арнайы зерттеу жүргізді. Мұндай микрофлюидті құрылғылардың басқа өндірісте қолданылатын жасуша өсіруге арналған Петри тостағанынан немесе басқа ыдыстардан айырмашылығы – онда жасушалар статикалық жағдайда өседі. Яғни сұйықтық және қоректі заттар жасушалар өсетін тостаған статикада тұрады. Ал микрофлюидті құрылғыларда сұйықтық әрқашан қозғалыста болып, жасушалар адам ағзасындағы үдерістерге ұқсас жағдайда өсуі мүмкін. Бұндай құрылғылар бізге нәтиже алуға мүмкіндік береді. Мұны біздің бауыр жасушасына жүргізген тәжірибеміз көрсетті», деді ол.
Ғылыми топтың бұл еңбегі әлемдегі беделді журналдарда жарияланып, халықаралық ғылыми конференцияларда баяндалды. Сонымен бірге осы жобамен «ABC Incubation» атты стартаптарға көмек көрсету бағдарламасына қатысып, қорытындысында 200 қатысушы топтың арасынан бірінші ондыққа енді.
Ғалымдарға екінші жобаның идеясы коронавирус пандемиясы кезінде туды. Өкпенің физиологиясы мен механикасын модельдеуге мүмкіндік бере алатын микрофлюидті құрал жасауды Гарвард университетінің ғалымдары көрсетті. Олар «Emulate» атты компания құрып, өкпенің альвеола деген бір бөлігін имитация жасайтын микрофлюидті құрылғы жасады. Ғалымдар енді осыған ұқсас чиптер шығара бастады. Бірақ бұл құрылғылар әлі де жетілдіріле түседі. Мәселен, шығарылған платформалардың көпшілігі өкпедегі қан тамырларының қабаттарын бөлетін мембрана жасау үшін PDMS деген материалға негізделген. Алайда бұл материалдың кемшілігі де бар: оның суға жағымсыздығы, төзімсіздігі. Сонымен бірге материал қосылыстар мен метаболиттерді сіңіріп алады. Бір жағынан биологиялық мембрананы қолдануға қиын.
«Сондықтан ғылыми топ электроспиннинг әдісі арқылы жасалған нанофибралық материалдан жасалған мембрана дамытумен және оған арналған микрофлюидті құрылғының дизайнын жасап модельдеумен айналысты. Жұмыс барысында нанофибралық материалға негізделген мембрананы қолданып, оны микрофлюидті чипке интеграция жасап, арнайы сенсорлар және микроскопия арқылы жасуша өсіріп зерттеді. Бұл жұмысымыз жуырда Микрофлюидика саласындағы рейтінгі жоғары «Lab on a Chip» журналында жарық көрді. Сонымен қатар бұл жоба Оңтүстік Кореяда өткен «IEEE Nanotechnology» атты ауқымды ғылыми конференцияда талқыланды», деді ол.
Жалпы, Г.Құлшарованың ғылыми бағыты инженерлік саламен байланысты. Ол АҚШ-тың Иллинойс мемлекеттік университетінде инженерлік физика бойынша бакалавр, электртехника және есептеу техникасы бойынша магистр дәрежесін алған. Содан кейін Лондон университеттік колледжіне PhD-ге түседі. Биомедицина саласында біраз зерттеу жүргізген.
«Ғылыми жобам: биомедициналық инженерия саласында арналғанымен, алғашқы бағытым электртехника инженериясы болды. Сол себептен мен микрофлюидті құрылғыларға биомедициналық қолданыс үшін сенсорлық және микросхемалық интеграция жүргіземін. Қазіргі таңда пәнаралық салалар қарқынды дамып отыр. Меніңше, XXI ғасыр – жасанды интеллект, биомедицина және физиология дәуірі. Өйткені біз әлі күнге дейін адам ағзасының қалай толыққанды қызмет ететінін білмейміз. Физиологиядағы көптеген үдеріс қалай жүретіні әлі де толық зерттелу керек. Біз зерттеп жүрген микрофлюидика бірнеше саланы қамтиды. Сондықтан биомедицинадағы маңызды мәселелерді зерттеп, үдерістерді инженерлік құралдар мен электртехникалық сенсорлар арқылы шешуге тырысамыз», дейді ғалым.
Қазір елімізде биомедициналық инженерия саласы ойдағыдай дамып келеді. Болашақта бұдан да әрі қарқын алады. Соған өз үлестерін қосып жүрген Назарбаев университеті ғалымдарының еңбегі ауыз толтырып айтуға тұрарлық.
