Na UW powstaje urz?dzenie do wykrywania nowotwor??w na podstawie analizy wydychanego powietrza

4 kwietnia 2019 r.

Na UW powstaje urz?dzenie do wykrywania nowotwor??w na podstawie analizy wydychanego powietrza

Rak p??uc i piersi to najcz???ciej wyst?puj?ce nowotwory odpowiednio u m???czyzn i kobiet. Dla skutecznej terapii najwa??niejsze jest wczesne wykrywanie tych chor??b. A gdyby tak w ci?gu kilku minut z pomoc? ??atwego w u??yciu aparatu mo??na by??o sprawdzi?, czy u pacjenta wyst?puje stan chorobowy i podj?? decyzj? o koniecznej dalszej diagnostyce? W??a??nie takie urz?dzenie konstruowane jest w Instytucie Fizyki Do??wiadczalnej Wydzia??u Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego.

Opracowywana aparatura, kt??ra w kr??tkim czasie analizuje wydychane przez cz??owieka powietrze, mo??e znacz?co zwi?kszy? szanse na prze??ycie dziesi?tek tysi?cy pacjent??w, tyle bowiem rocznie umiera na nowotwory z??o??liwe z powodu zbyt p????no postawionej diagnozy. Warunkiem powodzenia projektu jest jednak finansowanie, o kt??re teraz zabiegaj? naukowcy.

Zesp???? prof. dr. hab. Tadeusza Stacewicza z Zak??adu Optyki w Instytucie Fizyki Do??wiadczalnej WF UW od wielu lat prowadzi badania polegaj?ce na wykorzystaniu laser??w do wykrywania biomarker??w (biologiczne wska??niki stan??w chorobowych) w wydychanym powietrzu. Uda??o si? opracowa? skuteczne metody i urz?dzenia do detekcji m.in. amoniaku, kt??rego obecno??? wskazuje na wyst?powanie bakterii Helicobacter pylori, tlenku w?gla – przy chorobach p??uc, czy metanu ?? w problemach jelitowych.

W 2017 r. rozpocz??? si? najnowszy projekt badawczy, kt??ry skupia si? na identyfikowaniu formaldehydu, etanu i innych lotnych zwi?zk??w organicznych, kt??rych nadmierna obecno??? w wydychanym powietrzu skojarzona jest z nowotworami, przede wszystkim p??uc i piersi. Formalne zako??czenie projektu planowane jest na po??ow? 2021 r., jednak pierwsze wyniki pojawi? si? o wiele wcze??niej.

??Bezinwazyjne, proste, skuteczne a zarazem tanie urz?dzenie do bada?? przesiewowych mog??oby odwr??ci? niekorzystne trendy zwi?zane z zachorowalno??ci? na nowotwory z??o??liwe. Dlatego od kilku lat intensyfikowane s? prace w kierunku wykorzystania spektroskopii laserowej i innych technik do wykrywania biomarker??w powa??nych chor??b (w tym raka) w powietrzu wydychanym przez cz??owieka. Nasze urz?dzenie pozwoli??oby na detekcj? formaldehydu w ci?gu kilku minut. Zarazem jego koszt nie powinien przekroczy? kosztu zakupu fotela dentystycznego. Dlatego mog??oby ono stan?? w gabinecie internisty i s??u??y? do prowadzenia bada?? przesiewowych na masow? skal?? ?? m??wi prof. dr hab. Tadeusz Stacewicz.

Prace badawcze nad wykrywaniem formaldehydu i etanu, podobnie jak wcze??niejsze prace badawcze w obszarze oznaczania biomarker??w w wydychanym powietrzu, s? prowadzone przez zesp???? prof. dr hab. Tadeusza Stacewicza we wsp????pracy z naukowcami z Zespo??u Detekcji Sygna????w Optycznych w Instytucie Optoelektroniki Wojskowej Akademii Technicznej. Na WAT opracowano m.in. uk??ad pobierania pr??bek, kt??ry spe??nia standardy medyczne.

Metoda uniwersalna, r????ne urz?dzenia
Zestaw laboratoryjny opracowany przez zesp???? prof. dr hab. Tadeusza Stacewicza umo??liwi prowadzenie wst?pnych prac badawczych. Jednak do dalszych zaawansowanych test??w potrzebne s? dodatkowe ??rodki finansowe na poziomie ok. 10 mln z??. Pozwol? one na zbudowanie prototyp??w urz?dzenia oraz przeprowadzenie szczeg????owych bada?? przydatno??ci aparatu w zastosowaniach medycznych. Badania zaplanowane w ramach dotychczasowego projektu wci??? maj? ograniczony zakres.

Trudno??ci ze znalezieniem finansowania projektu sprawi??y, ??e narodzi?? si? pomys?? stworzenia sp????ki typu spin-off, kt??ra u??atwi??aby naukowcom pozyskiwanie ??rodk??w na prowadzenie bada?? a tak??e powi?kszenie zespo??u o in??ynier??w, specjalist??w od marketingu i pracownik??w administracyjnych. Dzia??ania te wspiera Uniwersytecki O??rodek Transferu Technologii UW. ??Skuteczny detektor formaldehydu mia??by zastosowanie nie tylko w medycynie. Potencjalnym obszarem zastosowa?? jest tak??e przemys?? i ochrona ??rodowiska. Formaldehyd wykorzystuje si? m.in. przy produkcji mebli a ??e jest to ??rodek szkodliwy dla zdrowia, Unia Europejska zapowiedzia??a wprowadzenie norm dla tego zwi?zku. Je??li do tego dojdzie, potrzebne b?d? mierniki, kt??re zapewni? powtarzalne wyniki i wystarczaj?c? czu??o???, kt??rej nie zapewniaj? proste mierniki elektroniczne dost?pne w handlu? ?? m??wi dr Robert Dwili??ski, dyrektor UOTT UW.

Laser: szybszy, ta??szy i r??wnie skuteczny
Post?p techniczny w ostatnich latach sprawi??, ??e powstaj? szybkie i precyzyjne metody analityczne, kt??re maj? zastosowania w medycynie. Du??ym zainteresowaniem ciesz? si? zw??aszcza tzw. metody nieinwazyjne, czyli pozwalaj?ce wykrywa? biomarkery w ??linie czy w??a??nie w wydychanym powietrzu. W badaniu powietrza wydychanego przez cz??owieka tkwi ogromny potencja?? ?? substancje wytwarzane w procesach biochemicznych przedostaj? si? do krwi, a nast?pnie przez p??uca trafiaj? do wydychanego powietrza.

Dzi?ki badaniom nad sk??adem powietrza wydychanego przez osoby chore i por??wnywaniu go z oddechem ludzi zdrowych, uda??o si? ustali?, ??e obecno??? lub zmiany st???e?? pewnych substancji mo??na kojarzy? z konkretnymi chorobami. Pocz?tkowo wykorzystywana by??a do tego technika chromatografii gazowej. Pozwala ona oznacza? w wydychanym powietrzu nawet ??ladowe ilo??ci wielu substancji, kt??re s? wytwarzane w procesach metabolicznych. Cz???? z nich mo??e by? uznana za biomarkery. Wad? chromatografii gazowej jest jednak stosunkowo d??ugi czas oczekiwania na wyniki. Dodatkowo, metoda ta nie sprawdza si? w przypadku formaldehydu. Dlatego rozpocz???y si? poszukiwania innych metod ?? jedn? z nich jest spektrometria laserowa.

??Dotychczas wykrywanie formaldehydu by??o mo??liwe przy pomocy chromatografii gazowej. Nie jest to jednak optymalny spos??b detekcji tego lotnego zwi?zku organicznego. Wyniki nie zawsze s? jednoznaczne. Poza tym, chocia?? chromatografia gazowa jako metoda charakteryzuje si? wysok? czu??o??ci?, to trudno by??oby wykorzysta? j? do bada?? przesiewowych. Pojedyncze badanie trwa oko??o p????torej godziny i wi???e si? z wy??szymi kosztami, poniewa?? potrzebna jest droga aparatura oraz wykszta??cony laborant. Nasza propozycja b?dzie wielokrotnie szybsza i ta??sza, mo??liwa do u??ycia praktycznie w ka??dym gabinecie lekarskim? ?? m??wi mgr in??. Mateusz Winkowski, doktorant w Zak??adzie Optyki w Instytucie Fizyki Do??wiadczalnej UW, cz??onek zespo??u prof. dr hab. Tadeusza Stacewicza.

Uruchomienie projektu skoncentrowanego na wykrywaniu formaldehydu przy pomocy laser??w by??o mo??liwe dzi?ki post?powi w optoelektronice. Na rynku pojawi??y si? lasery na konkretn? d??ugo??? fali, dopasowane do widm wymienionych powy??ej zwi?zk??w, w szczeg??lno??ci ma??e lasery p????przewodnikowe, zasilane w nieskomplikowany spos??b. Istotn? rol? odegra??y tak??e najlepsze na ??wiecie fotodetektory w zakresie bliskiej i ??redniej podczerwieni, produkowane w Polsce przez firm? VIGO. To wszystko sprawi??o, ??e mo??liwe sta??o si? zbudowanie wzgl?dnie taniego i prostego czujnika do wykrywania biomarker??w (m.in. formaldehydu) przy pomocy lasera.

Od pacjenta pobiera si? pr??bk? wydychanego powietrza. Urz?dzenie dokonuje pomiaru bazuj?c na os??abieniu nat???enia ??wiat??a o okre??lonej d??ugo??ci fali. Ultraczu??e metody pomiarowe wykorzystuj?ce lasery pozwalaj? na wykrycie lotnych zwi?zk??w organicznych oraz ich st???enia. Opracowane rozwi?zanie skraca czas badania do kilku minut i obni??a koszty badania w por??wnaniu do chromatografii gazowej. Badanie pacjenta jest oczywi??cie bezbolesne i bezinwazyjne.

Walka z rakiem: liczy si? wczesne wykrycie
Badania przesiewowe to prowadzone na masow? skal? testy, kt??re pozwalaj? skutecznie identyfikowa? pacjent??w chorych lub znajduj?cych si? w grupie tzw. ryzyka. Maj? ogromne znaczenie zw??aszcza w przypadku os??b niech?tnie zg??aszaj?cych si? do lekarza lub trafiaj?cych na leczenie zbyt p????no, gdy stadium choroby jest zaawansowane. Jak podaje Krajowy Rejestr Nowotwor??w zachorowalno??? na raka w Polsce w ci?gu ostatnich 30 lat wzros??a ponad dwukrotnie. Nowotwory z??o??liwe stanowi? drug? przyczyn? zgon??w w kraju. Rocznie zabijaj? ponad 100 tys. os??b. Rak p??uc i rak piersi to najcz???ciej wyst?puj?ce nowotwory odpowiednio u m???czyzn i kobiet.

Authors
Top