Τρία αδέρφια κάνουν την έρευνα οικογενειακή υπόθεση – Biomedical Beat Blog – Εθνικό Ινστιτούτο Γενικών Ιατρικών Επιστημών

«Κάνεις κάτι πολύ σημαντικό με ανθρώπους που είναι σημαντικοί για σένα», παρατηρεί ο Paul Worsley όταν ρωτήθηκε σχετικά με τους νεότερους αδελφούς του Caleb και Adam ως συνεργάτες στο εργαστήριο. Το τρίο είναι προπτυχιακοί φοιτητές που εργάζονται στο εργαστήριο του Santimukul Santra, Ph.D., στο Κρατικό Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ στο Πίτσμπουργκ του Κάνσας.

Και τα τρία αδέρφια είναι μέρος του Κάνσας IDeA Δίκτυα Αριστείας Βιοϊατρικής Έρευνας (K-INBRE). Ο Paul είναι επί του παρόντος πτυχιούχος βιολογίας και ιστορίας. Σχεδιάζει να πάει στην ιατρική σχολή όταν αποφοιτήσει, αλλά ο χρόνος του στο εργαστήριο του έδωσε αγάπη για την έρευνα – και τον οδήγησε ακόμη και να παίξει με την ιδέα να πάει στο μεταπτυχιακό. Τα δίδυμα αδέρφια του Caleb και Adam είναι μόνο πρωτοετείς, αλλά και οι δύο πιστεύουν ότι θέλουν να συνεχίσουν την επιστημονική έρευνα όταν αποφοιτήσουν.

Όταν ο Paul ήταν δευτεροετής φοιτητής, έκανε αίτηση για ένα K-INBRE ερευνητικό σημείο στο εργαστήριο του Δρ. Santra και έγινε αμέσως δεκτό. Γρήγορα συνειδητοποίησε ότι η οργανική χημεία στο εργαστήριο ήταν πολύ διαφορετική – και πιο συναρπαστική – από οτιδήποτε είχε δει στην τάξη. «Μου αρέσει η οργανική σύνθεση γιατί δοκιμάζει πραγματικά τις γνώσεις σου», λέει. «Το να απαντάς σε ερωτήσεις εξετάσεων είναι πολύ διαφορετικό από το να το κάνεις πραγματικά σε ένα εργαστήριο». Παρά τις προκλήσεις που προέκυψαν από την έρευνα, ο Paul έκανε ξεκάθαρα σπουδαία δουλειά επειδή μια μέρα ο Δρ Σάντρα αστειεύτηκε: «Ε, έχεις κανέναν αδέρφια;» Ο Παύλος απάντησε: «Στην πραγματικότητα, ναι».

Ο Caleb στέκεται μπροστά από έναν περιστροφικό εξατμιστή που χρησιμοποιείται για την αφαίρεση των διαλυτών από τα δείγματα μέσω της εξάτμισης. Πίστωση: Κρατικό Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ.

Παρόλο που ο Caleb και ο Adam είχαν ακούσει για την έρευνα του Dr. Santra μέσω του μεγαλύτερου αδερφού τους, εισήχθησαν επίσημα στο Πρωτοβουλία για τη χημεία πολυμερών στην Πολιτεία του Πίτσμπουργκ σε μια περιοδεία με τη δασκάλα τους στο γυμνάσιο. Κατά τη διάρκεια της περιοδείας, έμαθαν για τις διαθέσιμες καλοκαιρινές πρακτικές μέσω του Polymer Chemistry Initiative. Και οι δύο έκαναν αίτηση και έγιναν δεκτοί στο πρόγραμμα πρακτικής άσκησης και ξεκίνησαν σε ερευνητικά εργαστήρια το καλοκαίρι μετά την αποφοίτησή τους από το γυμνάσιο.

Τα βήματα για την ανάπτυξη του συστήματος χορήγησης φαρμάκων με βάση νανοσωματίδια.

Μετά το τέλος της πρακτικής άσκησης, ο Caleb και ο Adam εντάχθηκαν στο εργαστήριο του Dr. Santra μέσω του προγράμματος K-INBRE. Στις πρώτες μέρες τους, σκίασαν τον Paul για να μάθουν πώς να κάνουν υπολογισμούς, να ζυγίζουν με ακρίβεια τα αρχικά υλικά τους, να τρέχουν τις αντιδράσεις, να καθαρίζουν τα προϊόντα τους και να καθαρίζουν τα γυάλινα σκεύη στο τέλος. Αυτά τα βήματα μπορεί να ακούγονται ασήμαντα, αλλά για τους πρόσφατους αποφοίτους γυμνασίου που δεν είχαν παρακολουθήσει μαθήματα οργανικής χημείας, ήταν όλα μια εμπειρία μάθησης στην εργασία.

Και τα τρία αδέρφια εργάζονται τώρα για νανοσωματίδια παράδοση φαρμάκων Το έργο του συστήματος Paul ξεκίνησε προηγουμένως στο εργαστήριο του Dr. Santra. Δημιουργούν ένα πολυμερέςτο οποίο είναι μεγάλο μόριο που σχηματίζεται με το συνδυασμό μικρών μορίων (μονομερών) σε ένα απλό επαναλαμβανόμενο σχέδιο. Αυτό το συγκεκριμένο πολυμερές έχει ένα διακλαδισμένο, τρισδιάστατο σχέδιο – που περιγράφεται από τον Δρ. Santra ως μια δομή που μοιάζει με μπάλα ποδοσφαίρου – που μπορεί να εγκλωβίσει χημειοθεραπευτικά φάρμακα και να τα μεταφέρει ειδικά σε καρκινικά κύτταρα ώστε τα φάρμακα να μην βλάπτουν άλλα υγιή κύτταρα. Το πρώτο στάδιο αυτής της διαδικασίας είναι η δημιουργία του τρισδιάστατου πολυμερούς χημική σύνθεση. Έπειτα είναι η ενθυλάκωση του φαρμάκου μέσα στο πολυμερές, ακολουθούμενη από σύζευξη προσδεμάτων-ή σύνδεση μορίων που στοχεύουν συγκεκριμένα υποδοχείς στα καρκινικά κύτταρα στο εξωτερικό του πολυμερούς. Μόλις ολοκληρωθεί το σύστημα χορήγησης φαρμάκου, δοκιμάζεται σε καρκινικά κύτταρα.

Τα αδέρφια ολοκληρώνουν το πρώτο στάδιο του έργου και έχουν ένα σύστημα στη θέση τους όπου ο καθένας παίζει έναν συγκεκριμένο ρόλο. Ο Caleb εκτελεί τις αρχικές οργανικές αντιδράσεις και ο Adam καθαρίζει τα προϊόντα. Ξεκινούν με κάτι που διατίθεται στο εμπόριο και αλλάζουν διαφορετικά μέρη του κατά τη διάρκεια τεσσάρων βημάτων για να φτιάξουν το τελικό μονομερές. Στη συνέχεια περνούν το μονομερές στον Paul, ο οποίος το πολυμερίζει και εκτελεί τις χημικές αναλύσεις για να επιβεβαιώσει τη δομή και την καθαρότητα του τελικού πολυμερούς. Στη συνέχεια, ανυπομονούν να ολοκληρώσουν τα δύο τελευταία βήματα της διαδικασίας, ώστε στη συνέχεια να μάθουν για την κυτταρική καλλιέργεια και να δοκιμάσουν το τελικό τους προϊόν.

Ο απώτερος επιστημονικός στόχος του εργαστηρίου του Dr. Santra είναι να δημιουργήσει ένα ιατρική ακριβείας σύστημα παράδοσης που μπορεί να εξατομικευτεί στους καρκινοπαθείς ανεξάρτητα από το φάρμακο ή τον καρκίνο. Αλλά η δέσμευσή του να εκπαιδεύσει την επόμενη γενιά επιστημόνων είναι ξεκάθαρη. Οι μαθητές του αποκτούν ανεκτίμητη πρακτική εμπειρία που κυμαίνεται από οργανική σύνθεση, νανοτεχνολογίας, και την επιστήμη της τυποποίησης στην κυτταρική βιολογία και την κυτταρική καλλιέργεια. Ο Δρ. Santra πιστώνει στο K-INBRE την ικανότητα να υποστηρίζει ερευνητές φοιτητές όπως οι Worsleys στο εργαστήριό του.

Οι αδερφοί Worsley συνεργάζονται με έναν τρόπο που πολλές οικογένειες δεν καταφέρνουν. Ο Paul συνοψίζει τα συναισθήματά τους όταν λέει: «Είμαστε πραγματικά ευγνώμονες που συνεργαζόμαστε με τον Dr. Santra και για όλες τις μεγάλες ευκαιρίες από την K-INBRE. Όταν ήρθα στο Pitt State, δεν είχα ιδέα ότι όλα αυτά υπήρχαν. Δεν είχα ιδέα ότι, στο Πίτσμπουργκ του Κάνσας, θα λύναμε τον καρκίνο. Το να είσαι μέρος του είναι τόσο ωραίο. Και το να έχω τα αδέρφια μου μαζί μου είναι κάτι πραγματικά ξεχωριστό».

Το πρόγραμμα K-INBRE υποστηρίζεται από επιχορήγηση NIGMS P20GM103418.