Nauką w nowotwory. Co badacz może zaoferować medykowi?
Naukowcy Politechniki Śląskiej opracowali pierwszy molekularny test diagnostyczny stosowany w przedoperacyjnej diagnostyce guzków tarczycy, który został oparty o populację polską. Wykorzystuje on informację o ekspresji wybranych genów do określenia ich złośliwości. Osiągnięcie pozwoli na efektywne leczenie i zwiększy szansę na wczesne wykrycie złośliwej postaci nowotworu. O roli nauki jako oręża w walce z chorobami cywilizacyjnymi, w rozmowie z dr. hab. inż. Sebastianem Studentem, prof. PŚ, dyrektorem Centrum Biotechnologii.
Jest Pan tegorocznym laureatem Śląskiej Nagrody Naukowej przyznanej, jak czytamy w uzasadnieniu, za innowacyjny mikroukład do hodowli komórek nowotworowych, który umożliwia badanie skuteczności chemioterapii oraz monitorowanie w czasie rzeczywistym reakcji na terapię za pomocą mikroskopu. Kapituła doceniła przełomowy charakter odkrycia, które może nieść ratunek wielu pacjentom onkologicznym! Czy tworzenie narzędzi inżynierii biomedycznej, mogących wspierać medycynę, to główny obszar Pańskich zainteresowań?
Rzeczywiście, moje główne badania związane są z wykorzystaniem wiedzy inżynierskiej w zastosowaniach biomedycznych. Można nadmienić, że poza tematyką obejmującą rozwój układów mikroprzepływowych zajmuję się tworzeniem algorytmów klasyfikacji wspomagających diagnozowanie złośliwych postaci nowotworów. W zespole prof. Krzysztofa Fujarewicza kieruję grupą bioinformatyczną, gdzie wspólnie ze specjalistami z Narodowego Instytutu Onkologii im. Marii Skłodowskiej-Curie w Gliwicach opracowaliśmy pierwszy molekularny test diagnostyczny stosowany w przedoperacyjnej diagnostyce guzków tarczycy, który został oparty o populację polską. Istotą tego testu jest wykorzystanie informacji o ekspresji wybranych genów do określenia złośliwości guzków tarczycy. Pozwoli to na efektywne leczenie i zwiększy szansę na wczesne wykrycie złośliwej postaci nowotworu. Test ten jest na etapie wdrażania, co jak wiadomo w medycynie jest skomplikowanym procesem i wymaga czasu. Staram się być aktywny w badaniach biotechnologicznych. Ważnym elementem moich prac są eksperymenty z wykorzystaniem różnych mikroorganizmów środowiskowych. Bardzo ważne są obserwacje mikroskopowe, w szczególności żywych kultur bakterii. Aktualnie razem z prof. Dariuszem Choińskim i całym zespołem pracujemy nad efektywnym wykorzystaniem bakterii do produkcji wodoru. Wydaje się, że „zielony wodór” to jest przyszłość energetyki i może umożliwić szersze wykorzystanie odnawialnych źródeł.
Obszary badawcze bardzo szerokie, ale wróćmy do badań nad efektywnym leczeniem chorób cywilizacyjnych, jakimi niewątpliwie są nowotwory. Obecnie prowadzi je bardzo wiele ośrodków na świecie. Co wyróżnia Państwa projekt na tle innych? Na jakich kierunkach badawczych Państwo się koncentrujecie?
Rzeczywiście, prace związane z wykorzystaniem mikroukładów w zastosowaniach biomedycznych wraz z rozwojem technologii mają coraz większe znaczenie. Nasz projekt mikroukładu do hodowli komórkowych, w szczególności komórek rakowych, wyróżnia się szczególną budową oraz wykorzystaniem specjalnego hydrożelu jako mikrośrodowiska hodowanych komórek rakowych.
Hydrożel znacznie ułatwia wprowadzenie komórek do zaprojektowanych mikrokomór oraz ma za zadanie tworzenie mikrośrodowiska imitującego warunki panujące w organizmie człowieka. Dzięki tym właściwościom może stanowić platformę do oceny Wpływu różnych substancji na rozwój hodowanych komórek. Tymi substancjami mogą być również leki przeciwnowotworowe, co na wczesnych etapach może zastąpić tradycyjne hodowle komórkowe. Dużą zaletą mikroukładu jest możliwość obserwacji komórek nowotworowych w czasie hodowli z wykorzystaniem mikroskopii fluorescencyjnej, zatem mamy pełną informację, co się dzieje z populacją komórkową w każdej chwili eksperymentu. Badania i otrzymany patent na układ nie byłyby możliwe bez wsparcia naszego zespołu. W tym miejscu chciałbym podziękować całemu zespołowi, w szczególności prof. Ilonie Wandzik oraz prof. Ziemowitowi Ostrowskiemu. Oczywiście ważna jest również współpraca z istotnymi ośrodkami międzynarodowymi. Dzięki trwającej współpracy z grupą prof. Jeffa Hasty’ego z University of California San Diego (Center for Systems Biology) udało się dokonać rozwoju stanowiska do badań mikrofluidycznych.
Jakie jest zastosowanie tego mikroukładu komórek w praktyce? Warto dodać, że być może nie byłoby go, gdyby nie ścisła współpraca z gliwickimi onkologami, o której Pan wcześniej już wspomniał.
Główne zastosowanie mikroukładu to zgłębianie wiedzy w badaniach podstawowych o procesach molekularnych zachodzących w komórkach nowotworowych, ich rozwoju, śmierci i migracji. Dzięki precyzyjnej kontroli wszystkich parametrów hodowli możliwe jest dokładne badanie procesów biologicznych wywołanych przez badane substancje, które potencjalnie mogą być lekami. Prace biologiczne, w szczególności z wykorzystaniem komórek nowotworowych, nie byłyby możliwe, gdyby nie bardzo dobra współpraca ze specjalistami z Narodowego Instytutu Onkologii im. Marii Skłodowskiej-Curie w Gliwicach. To dzięki ich doświadczeniu w badaniach molekularnych rozwój technik hodowli jest możliwy. Bazując na naszych pracach, oczywiście pracujemy również nad innymi układami mikroprzepływowymi, mającymi zastosowanie w leczeniu skutków niepłodności czy badaniem potencjału wodorowego szczepów bakteryjnych w celu efektywniej produkcji „zielonego wodoru”, o czym już mówiłem.
Wróćmy w tym miejscu do przywołanych już prac nad pierwszymi polskimi testami molekularnymi do wczesnego wykrywania zmian nowotworowych. W diagnostyce jakich nowotworów to narzędzie będzie albo już jest przydatne? Jakie korzyści wypływają z jego zastosowania dla chorych?
Nasze badania wykazały, że zastosowanie testu poprawia jakość klasyfikacji dwuklasowej guzków o dużej złośliwości i guzków łagodnych tarczycy. Jest to bardzo istotny problem i równocześnie bardzo trudny dla specjalisty onkologicznego. Rak tarczycy jest najczęściej występującym nowotworem układu dokrewnego (inaczej wewnątrzwydzielniczego lub hormonalnego). Prawidłowa diagnoza jest kluczowa dla zdrowia pacjenta, a nawet może prowadzić do skrócenia czasu życia pacjenta. Błędna decyzja w przypadku guzka łagodnego znacznie zmniejsza jakość życia pacjenta ze względu na trwałą niedoczynność tarczycy. Natomiast dla pacjenta z guzem o charakterze złośliwym, kiedy na podstawie wykonanych badań nie uda się tego w porę wykryć, może prowadzić do przerzutów, co znacznie utrudnia, a w niektórych przypadkach uniemożliwia wyleczenie pacjenta. Nasz test ma poprawić diagnozę szczególnie w przypadkach trudnych i mniej oczywistych. Mam nadzieję, że już niedługo test ten będzie dostępny dla pacjentów onkologicznych.
W jakim kierunku idą obecnie prace nad leczeniem nowotworów? Na ile pomocna jest tu technologia?
Nowotwory to jedna z głównych chorób wywołująca śmierć pacjentów. Powstawanie nowotworów to proces bardzo skomplikowany i bardzo trudny w diagnozie i leczeniu. Stąd tak wiele w nauce poświęca się uwagi właśnie tej chorobie. W moim odczuciu szczególnie ważna jest diagnostyka i rozwój narzędzi diagnostycznych. Tylko szybka i prawidłowa diagnoza daje dużą szansę na całkowite wyleczenie pacjenta z choroby nowotworowej. Oczywiście to dzięki technologii diagnostyka i leczenie tak dynamicznie się rozwijają. Aby osiągać sukcesy w leczeniu nowotworów, potrzebna jest praca interdyscyplinarnych zespołów. Rozwój bioinformatycznych narzędzi, mających zastosowanie w diagnostyce nie tylko chorób nowotworowych, aktualnie ukierunkowany Jest na wykorzystanie wielu różnych informacji w szczególności molekularnych, obrazowych, diagnostycznych. Tutaj z pomocą przychodzi technologia nieinwazyjnego obrazowania zmian w organizmie, zbierania informacji molekularnej komórek guza czy technologie analizy bioinformatycznej.
Panie Profesorze, na ile współczesna medycyna może się zatem obejść bez technologii i osiągnięć inżynierskich?
Chyba można powiedzieć, że tylko w przypadku symbiozy medycyny i technologii można obecnie podjąć walkę z chorobami cywilizacyjnymi. Również na Politechnice istnieje szereg interdyscyplinarnych zespołów, co pozwala na uzyskiwanie wielu osiągnięć inżynierskich. Oczywiście osiągnięcia inżynierskie w medycynie nie byłyby możliwe bez pracy naukowej klinicystów i naukowców z dziedziny nauk medycznych. Jednak kluczem do sukcesu jest współpraca.
Czy, biorąc to pod uwagę, możemy powiedzieć, że wiedza staje się coraz bardziej interdyscyplinarna i wymaga od uczonych współpracy i współdziałania, także na poziomie międzydyscyplinarnym czy międzydziedzinowym?
Często nawet w przypadkach bardzo odległych od siebie dziedzin znajdujemy analogie do różnych zjawisk i obserwacji. Gdybyśmy sami chcieli rozwiązać różne problemy inżynierskie, pewnie by nam życia nie wystarczyło, a postęp w medycynie nie byłyby tak spektakularny, jak teraz obserwujemy. Dlatego tak ważna jest interdyscyplinarność i współpraca na różnym poziomie. Często opis matematyczny zastosowany w zupełnie różnych i dalekich od siebie dyscyplinach, opisujący różne zjawiska, może być dokładnie taki sam. Zatem lepsza wydaje się droga współpracy niż samodzielne rozwiązywanie problemu. My się ciągle uczymy takiej współpracy, często pomiędzy inżynierem a specjalistą medycznym, czasami patrzymy na ten sam problem zupełnie inaczej. Nierzadko bowiem nawet język fachowy jest różny, jednak pomimo innych punktów widzenia, tylko w zespole interdyscyplinarnym możliwy jest rozwój współczesnej medycyny i bioinżynierii.
Jakie znaczenie w tworzeniu nowoczesnej nauki ma, Pańskim zdaniem, współpraca zarówno z szeroko rozumianym otoczeniem społeczno-gospodarczym, jak i środowiskiem międzynarodowych badaczy? Czy w ogóle można jeszcze pracować naukowo i osiągać sukcesy, nie korzystając z wyników innych zespołów badawczych?
W naszych pracach badawczych, kooperujemy z otoczeniem społeczno-gospodarczym, by być innowacyjnym i znać potrzeby przemysłu i gospodarki. Poprzez badania naukowe kreuje się ścieżki rozwoju, ale przede wszystkim integruje się środowisko naukowe i otoczenie. Ważnym etapem różnych badań jest wdrożenie innowacyjnego osiągnięcia. Aby wdrożenie zakończyło się sukcesem, na każdym etapie projektu ważna jest współpraca z przedsiębiorcą, który wie jakie są potrzeby społeczeństwa, zna zasady rynku i ma możliwości wdrożenia wyników badań. My badacze często zapominamy o tym, że aby osiągnięcie naukowe mogło zaistnieć w postaci komercyjnej, nie wystarczy tylko zbudować prototyp. Trzeba jeszcze zbadać, czy możliwe jest przeniesienie produkcji na większą skalę. Tylko współpraca z przemysłem daje szansę na uzyskanie wdrożenia wynalazku, by mógł służyć społeczeństwu. Nie wyobrażam sobie krajowej nauki w całkowitym oderwaniu od nauki światowej. Przy każdym problemie inżynieryjno-technicznym zaangażowane są różne grupy badaczy z całego świata. Właściwie to nie trzeba nawet nigdzie wyjeżdżać, gdyż w Centrum Biotechnologii i na całej Uczelni mamy badaczy spoza Polski. Ważne jest nie tylko korzystanie z wyników innych zespołów, ale przede wszystkim współpracowanie ze sobą i wnoszenie swojego wkładu w prace innych.
Panie Profesorze, rozmawiamy o konieczności współpracy, ale i upowszechniania wyników badań naukowych. Odkrycie mikroukładu do hodowli sferoidów komórkowych w hydrożelach, pozwalającego m.in. na prowadzenie długotrwałych hodowli komórkowych umożliwiających bezpieczne sprawdzenie wpływu różnych substancji na ludzki organizm, trafiło do „TOP 100 Innovations” Politechniki Śląskiej, czyli grupy zarejestrowanych i wyselekcjonowanych dóbr intelektualnych opracowanych przez naukowców naszej Uczelni. Dlaczego tak ważne jest, by naukowcy dbali również o komercjalizację wyników swoich badań? W jaki sposób takie sprzężenie z przemysłem wpływa na dalszy rozwój prac badawczych?
Komercjalizacja przeprowadzona z sukcesem oznacza pełny sukces także dla badacza. Oczywiście niektórych badań nie da się bezpośrednio skomercjalizować. W procesie komercjalizacji jest branych pod uwagę wiele czynników, których się często nie uwzględnia w czasie realizacji badań. My z naszymi osiągnięciami jesteśmy na etapie wdrażania. Czas pokaże, czy ten etap zakończy się pełnym sukcesem. Wykorzystanie wiedzy z funkcjonowania przedsiębiorstwa nastawionego na wdrożenia jest kluczowe w planowaniu prac badawczych. Gdy sprzężenie z przemysłem jest niewystarczające bądź sprzężenia brakuje na etapie prac badawczych, uzyskanie pełnego sukcesu z komercjalizacji jest znacznie trudniejsze. Każde doświadczenie z pracy w zespole nie tylko interdyscyplinarnym, ale również w kooperacji z przemysłem, pomaga w planowaniu kolejnych prac badawczych.
Dziękuję bardzo za rozmowę.
tekst: Iwona Flanczewska-Rogalska
zdjęcia: Maciej Mutwil
tekst pochodzi z Biuletynu 4 (352) 2023
