Redakcja: W jaki sposób urządzenie Wydziału Fizyki UW usprawni proces wykrywania nowotworów?

Prof. Tadeusz Stacewicz: Zacznijmy od tego, że w powietrzu wydychanym z płuc znajdują się pewne związki chemiczne. Jeżeli niektóre z nich występują w nadmiernej ilości, to mogą świadczyć o takim czy innym procesie chorobowym zachodzącym w naszym organizmie. Pewne z tych związków, jak formaldehyd albo etan, są markerami procesów nowotworowych. Pobranie próbki powietrza w sposób analogiczny, jak to się odbywa w przypadku badania zawartości alkoholu w wydychanym powietrzu i przeanalizowanie jej może wskazać, czy tego biomarkera jest za dużo, a to pozwoli chorobę wykryć.

Jak będzie przebiegać badanie?

Wyobrażamy sobie, że badanie będzie przebiegać w najprostszy sposób. Dokładnie taki, jak w czasie testów na drodze, którym podlegają od czasu do czasu wszyscy kierowcy. Pacjent w gabinecie lekarskim chuchnie do stojącego na stole niewielkiego urządzenia, które będzie sprzężone z laptopem. Lekarz popatrzy następnie w laptop i powie „proszę się przebadać na tę, czy na inną chorobę”.

Jaką rolę w projekcie odgrywają lasery?

Lasery są tu bardzo ważne. Bez ich użycia nie dałoby się tych biomarkerów wykrywać selektywnie, gdyż w powietrzu wydychanym z płuc znajduje się przeszło 3 000 różnych związków. Należałoby wyselekcjonować te kilka, które odpowiadają za dany proces chorobowy oraz określić ich stężenie, a poza tym wykryć je z bardzo wysoką czułością, gdyż występują one w bardzo niewielkim stężeniu.

Co w tej metodzie jest lepszego od tych, które stosowano do tej pory?

Jeżeli chodzi o badanie powietrza wydychanego z płuc, to ta metoda nie jest obecnie nadmiernie popularna pod względem zastosowania w medycynie. Metodą do tej pory do tego stosowaną była chromatografia gazowa, która została wynaleziona w roku 1975 i pozwoliła odkryć w powietrzu wydychanym z płuc około 3 000 różnych związków. Niektóre z nich to właśnie biomarkery, o których wspominam. Chromatografia gazowa jest techniką bardzo czułą i selektywną, ale zastosowanie jej do badań medycznych bywa problematyczne, gdyż jedno badanie z użyciem chromatografu gazowego trwa przeszło godzinę lub półtorej, a czasem nawet dłużej. W związku z powyższym nie ma mowy, żeby dało się je stosować masowo. W przypadku zastosowania techniki laserowej do wykrywania określonych związków w wydychanym powietrzu, badanie będzie trwało z kolei około jednej minuty. Odpowiedź jest więc natychmiastowa. Chciałbym od razu zaznaczyć, że takie badanie nie będzie wyrokiem, a wskazaniem, że być może w organizmie zachodzi stan niebezpieczny i należy podjąć kolejne badania w jakimś kierunku.

Czy postęp w optoelektronice był kluczowy dla prac nad urządzeniem?

Oczywiście, ma to związek z postępem w optoelektronice. W ciągu ostatnich 10-15 lat pojawiły się pewne rodzaje laserów, które pozwalają znacznie skuteczniej wykrywać tzw. gazy w ilościach resztkowych występujące w powietrzu. Te stężenia, które chcemy wykrywać są naprawdę niewielkie, ponieważ jest to jedna cząstka poszukiwanego gazu na miliard cząstek powietrza, a być może nawet mniej. W związku z powyższym te urządzenia powinny charakteryzować się bardzo wysoką czułością. Tylko współczesne lasery wynalezione niedawno przez optoelektronikę się do tego nadają. Są one niewielkie, nie wymagają dużych ilości energii do uruchomienia i mogą być tanie, jeżeli będą produkowane w większej ilości egzemplarzy, a nie w pojedynczych sztukach. Wszyscy widzieliśmy jak staniały lasery powszechnie używane jako wskaźniki do tablic, czerwone, zielone czy nawet niebieskie, które z cen rzędu kilku tysięcy złotych spadły do cen pojedynczych złotych.

Czy takie rozwiązanie stosuje się już w innych krajach?

Badanie powietrza wydychanego z płuc, różnymi metodami, nie tylko laserowymi, jest trendem rozwijającym się w nauce od około 30 lat. Spektroskopia laserowa włączyła się do niego w ostatnich około 25 latach dzięki temu, że mogła wykorzystać najnowsze osiągnięcia optoelektroniki. W tej chwili na świecie istnieje kilkadziesiąt laboratoriów, które pracują nad wykrywaniem biomarkerów w powietrzu wydychanym z płuc, technikami laserowymi. Jeżeli chodzi w ogóle o badania powietrza wydychanego z płuc, to tych laboratoriów jest kilkaset.

Co w tym momencie jest potrzebne do realizacji dalszych etapów projektu?

Badaniem zajmujemy się wspólnie z Instytutem Optoelektroniki WAT od przeszło 10 lat. Zrealizowaliśmy kilka projektów badawczych i do tej pory pracowaliśmy nad wykrywaniem biomarkerów innych chorób, ponieważ były one prostsze do wykrycia i po prostu istniała aparatura, żeby te projekty zrealizować. Opracowane zostały prototypy urządzeń do wykrywania metanu, amoniaku, acetonu, tlenku azotu czy tlenku węgla w wydychanym powietrzu, które świadczą o określonych chorobach, ale nie świadczą o procesie rakowym. Aktualnie prowadzimy badania nad wykrywaniem formaldehydu i etanu jako biomarkerów raka. Nasz projekt jest w połowie realizacji, skończy się w 2021 roku, a niektóre wyniki i wskazania będą zapewne dostępne wcześniej. Odpowie on na pytanie, czy warto iść drogą spektroskopii laserowej, wykorzystując aparaturę elektroniczną, aby wykrywać tego rodzaju biomarkery.

Oglądaj całość