Kontrast z żelaza
Naukowcy Wydziału Chemicznego Politechniki Śląskiej, pod kierunkiem dra hab. inż. Nikodema Kuźnika, prof. PŚ, prowadzą badania, których celem jest zastąpienie gadolinu, trudno dostępnego pierwiastka, wykorzystywanego w badaniach diagnostycznych – żelazem. Gadolin jest składnikiem kontrastu stosowanego w badaniach rezonansu magnetycznego.
Dzisiejsza medycyna pozwala wejrzeć w głąb ludzkiego organizmu, wykorzystując do tego celu m.in. techniki tomograficzne. Jedną z nich jest obrazowanie rezonansem magnetycznym (ang. MRI). – Jest to technika, w której pacjenci wprowadzani są w bardzo duże pole magnetyczne. Podczas takiego badania 1/3 z nich dodatkowo ma podawany środek kontrastowy – dożylnie lub doustnie. Pozwala to na lepszą diagnostykę, identyfikację tkanek, które są w jakiś sposób zmienione chorobowo. Działa to tak, że środek kontrastowy przemieszcza się w organizmie i do pewnych obszarów dociera w większym stopniu – wyjaśnia dr hab. inż. Nikodem Kuźnik, prof. PŚ. Natomiast w technice zwanej angiografią, środek kontrastowy pozostaje w układzie krwionośnym, co pozwala na specyficzne badania przepływu krwi przez naczynia krwionośne.
W badaniach wykorzystywane są środki kontrastowe rożnego rodzaju. – Jedne przeznaczone są do badań, na przykład wątroby, inne do badań piersi czy prostaty w poszukiwaniu ewentualnych komórek rakowych. Mamy także środki kontrastowe potrzebne do badań mózgu i układu nerwowego. Warto podkreślić, że w przypadku badań mózgu, obrazowanie za pomocą rezonansu magnetycznego jest dokładniejsze niż tomografia komputerowa, czyli technika opierająca się na promieniowaniu rentgenowskim – dodaje naukowiec.
Środki kontrastowe w badaniach stosowane są już od ponad 30 lat. Ich podstawowym składnikiem jest pierwiastek gadolin, który ma wyjątkowe właściwości magnetyczne. Niestety jest rzadki i trudno dostępny. Występuje on głównie w takich krajach jak Chiny czy Afganistan, w związku z tym jego osiągalność z różnych powodów jest tak mocno ograniczona, że Komisja Europejska wpisała ten pierwiastek na listę krytycznych surowców dla gospodarki UE – tłumaczy badacz. Cena gadolinu oraz jego negatywny wpływ na środowisko budzą dodatkowy niepokój.
To zainspirowało naukowców do pracy nad stworzeniem takich środków kontrastowych, które nie zawierałyby tego pierwiastka, a jednocześnie dawałby podobny efekt wizualny.
– Zaproponowałem żelazo. Jest to powszechnie występujący pierwiastek, który możemy łatwo pozyskać z surowców, znajdujących się w Europie. W ten sposób będziemy mogli pomóc pacjentom, nie sięgając po tak egzotyczne metale. Dodatkowo naukowcy mają rozległą wiedzę o zachowaniu żelaza w organizmie i jego skutkach ubocznych, ponieważ jest ono pierwiastkiem endogennym, czyli występującym w ciele człowieka – mówi prof. Nikodem Kuźnik.
Obecnie na świecie pracują trzy zespoły badawcze zajmujące się możliwością zastąpienia gadolinu związkami żelaza.
– Nasze badania rozpoczęły się 15 lat temu i są one unikalne w skali światowej. Na świecie mamy zaledwie trzy grupy naukowców badających to zagadnienie, dwie z nich pracują w Stanach Zjednoczonych i jedna u nas, na Politechnice Śląskiej, pod moim kierunkiem. Badania prowadzimy we współpracy z partnerami z Narodowego Instytutu Onkologii w Gliwicach oraz naukowcami z Uniwersytetu w Osace w Japonii – wyjaśnia profesor.
Badania na naszej Uczelni są na wczesnym etapie. Naukowcy rozpoznają na ile właściwości magnetyczne związków żelaza można doprowadzić do takiego poziomu jakie mają związki gadolinu.
– Potwierdziliśmy, że jesteśmy w stanie stworzyć takie związki żelaza, które właściwościami magnetycznymi dorównują gadolinowi. Wstępne badania przeprowadziliśmy na komórkach, są to na razie badania in vitro, czyli poza żywym organizmem. Wynika z nich, że wprowadzone do nich związki żelaza są mało toksyczne, z drugiej strony potwierdziliśmy, że wobec niektórych komórek, związki żelaza wykazują pewną specyficzność, to znaczy docierają do komórek rakowych pozwalając nam je zidentyfikować – dodaje.
|Nasi naukowcy, wraz z partnerami z Japonii, przeprowadzili także pierwsze badania na myszy. – Wstrzyknięto jej podskórnie związki żelaza. Były to nanocząstki żelaza związane z nanorurkami i widzieliśmy, podczas badań za pomocą rezonansu, że faktycznie ten kontrast występuje. Zatem efekt wizualny jest taki, jakiego oczekiwaliśmy. Ponadto nawet wiele miesięcy po badaniu u zwierzęcia nie wystąpiły żadne wyraźne skutki uboczne, mysz ma się świetnie, więc jest to dobry prognostyk, że dla żywego organizmu takie związki są stosunkowo mało toksyczne – podkreśla prof. Kuźnik.
To właśnie obawa niektórych pacjentów przed skutkami ubocznymi środków kontrastowych z użyciem gadolinu powoduje, że wahają się czy skorzystać z badań rezonansem magnetycznym. Naukowiec jednak nie do końca podziela te obawy i zachęca do szczerej konsultacji z lekarzem.
– Zdajemy sobie sprawę, że wszelka ingerencja w organizm, wprowadzenie pierwiastków czy związków, które są obce w organizmie, może wywoływać niepożądane działania. Ale nawet zażywając zwykłe lekarstwo i czytając ulotkę, znajdziemy informację o skutkach ubocznych. Tak też jest w przypadku gadolinu. Pierwiastek ten i jego związki mają pewne działanie uboczne, więc ich wprowadzenie jest kompromisem pomiędzy pożytkiem medycznym – w tym wypadku lepszą diagnozą – a działaniami niepożądanymi. W przypadku gadolinu może on nieść pewne, choć bardzo rzadkie, zagrożenie dla pacjentów z chorobą nerek powodując np. zaczerwienienie na skórze. Wracając jednak do żelaza chcę podkreślić, że jest to pierwiastek endogenny, czyli występujący naturalnie w organizmie, zatem możemy zakładać, że ten lepiej sobie poradzi z żelazem, niż w przypadku tak egzotycznego pierwiastka jak gadolin – tłumaczy badacz.
Kolejną zaletą żelaza, oprócz jego minimalnych skutków ubocznych i dostępności, jest także jego cena. – Gadolin jest rzadkim, trudno osiągalnym pierwiastkiem, natomiast żelazo łatwo pozyskać, a to obniża jego cenę. W Europie jest wielu producentów żelaza, dzięki temu będziemy mogli się uniezależnić od niepewnych źródeł – dodaje prof. Kuźnik.
Teraz przed naszymi naukowcami kolejne etapy badań. Zanim jednak będzie można przeprowadzić je na pacjentach, konieczne jest ich rozszerzanie na zwierzętach.
– Badania medyczne z udziałem pacjentów mają to do siebie, że trzeba być bardzo ostrożnym. Chcielibyśmy oczywiście pomóc lekarzom w zdiagnozowaniu problemów i przeprowadzeniu terapii. Doświadczenie pokazuje jednak, że niestety tak naprawdę mało wiemy o organizmie ludzkim. Zatem zanim będzie można przejść do badań z udziałem ludzi, musimy je skrupulatnie przeprowadzić na większych zwierzętach: szczurach, królikach czy świniach. Dopóki nie przejdziemy przez te wszystkie etapy, nie będziemy mogli podać badanego środka pacjentom – podkreśla nasz rozmówca.
Naukowcy Politechniki Śląskiej szukają obecnie partnerów zarówno naukowych jak i komercyjnych, z którymi mogliby kontynuować swoje badania.
tekst: Jolanta Skwaradowska
zdjęcia: istock, pexels
Tekst pochodzi z Biuletynu 9 (369) 2024
