Proste czujniki chemiczne, nad którymi pracują naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN w Warszawie, pomogą wykryć chorobę nowotworową już we wczesnej fazie jej rozwoju. Oczekujemy, że przyczynią się do uratowania wielu istnień ludzkich - mówi prof. Włodzimierz Kutner.

Jak wykryć raka?

Dziś rak nie oznacza już wyroku dla pacjenta. Największe szanse na wyleczenie są jednak wtedy, gdy odpowiednia terapia zostanie podjęta we wczesnej fazie rozwoju choroby. Tu pojawia się kłopot: wiele nowotworów przez długi czas rozwija się bezobjawowo. Rozwiązaniem problemu byłyby dostępne dla każdego testy diagnostyczne, które można by przeprowadzać samemu i w miarę regularnie. Krokiem ku tak spersonalizowanej diagnostyce medycznej i profilaktyce nowotworów jest detektor opracowany w grupie prof. Włodzimierza Kutnera z Instytutu Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) w Warszawie we współpracy z zespołem prof. Francisa D’Souzy z University of North Texas w Denton (USA).

Pierwsze symptomy choroby

"Mamy w swoim organizmie bardzo wiele takich znaczników, które sygnalizują, że coś złego może się w naszym organizmie wydarzyć. Grupą takich wskaźników, biomarkerów są związki chemiczne, najczęściej małe, o niewielkich cząsteczkach, których anomalny poziom stężeń w płynach ustrojowych wskazuje, że za chwilę coś niedobrego się z organizmem będzie działo" - wyjaśnił prof. Kutner.

Jak powiedział, do tej pory na masową skalę w celu nowotworów wykrywania stosowane jest obrazowanie. "Tyle tylko, że obrazowanie jest w stanie wykryć guz kiedy jest on już wielkości kilku milimetrów, w niektórych przypadkach jest to o wiele za późno na skuteczne wyleczenie. Tymczasem o wiele wcześniej, kiedy te komórki nowotworowe jeszcze się nie namnożyły, stężenie biomarkerów już jest inne, najczęściej o wiele wyższe niż w przypadku zdrowego człowieka" - zaznaczył naukowiec.

Chemiczny czujnik do wykrywania nowotworów

Najważniejszym elementem czujnika zbudowanego w IChF PAN jest cienka warstwa polimeru, rozpoznająca cząsteczki neopteryny. Neopteryna to związek aromatyczny występujący w płynach ustrojowych człowieka, m.in. w surowicy, moczu i płynie mózgowo-rdzeniowym. Produkowana przez układ immunologiczny, w diagnostyce medycznej jest traktowana jako uniwersalny wskaźnik. Stężenie tego biomarkera wzrasta szczególnie wyraźnie w przypadku niektórych chorób nowotworowych, np. chłoniaków złośliwych, chociaż podwyższony poziom neopteryny obserwuje się także w części zakażeń wirusowych i bakteryjnych oraz w chorobach o podłożu pasożytniczym. Z kolei u pacjentów po transplantacji zwiększony poziom neopteryny to sygnał o prawdopodobnym odrzucaniu przeszczepu.

"Przygotowujemy tak zwane czujniki chemiczne, stosunkowo proste urządzenia, które są zbudowane z dwóch części: jedna z nich rozpoznaje i to selektywnie daną cząsteczkę, w tym przypadku biomarker; druga część takiego czujnika to przetwornik, który sygnał rozpoznawania chemicznego tłumaczy na język elektryczny, na język sygnałów elektrycznych, które można mierzyć" - wyjaśnił prof. Kutner.

"Naszym zadaniem, jako chemików, jest zbudowanie takich polimerów, które rozpoznają skutecznie, jednoznacznie dane wskaźniki, nam udało się to zrobić, zbudowaliśmy takie polimery za pomocą wdrukowania molekularnego, oczekujemy, że nasze opracowanie przyczyni się do uratowania wielu istnień ludzkich" - zaznaczył naukowiec.

Wdrukowywanie molekularne to skomplikowane zadanie - m.in. trzeba wybrać odpowiednie związki chemiczne, dobrać proporcje i warunki reakcji. W IChF PAN polimerową warstwę rozpoznającą z lukami molekularnymi po neopterynie wytworzono na powierzchni elektrody. Po zanurzeniu w sztucznej surowicy krwi z niewielką domieszką neopteryny, warstwa na elektrodzie wyłapywała cząsteczki tejże, co prowadziło do obniżenia potencjału elektrycznego w podłączonym układzie pomiarowym.

Z testów wynika, że luki molekularne były niemal wyłącznie wypełniane cząsteczkami neopteryny. Nawet wówczas, kiedy w badanym roztworze znajdowały się cząsteczki o podobnej budowie i właściwościach. Wynik ten oznacza, że prawdopodobieństwo wykrycia obecności neopteryny w płynie ustrojowym jej niezawierającym jest pomijalnie małe. Nowy czujnik chemiczny reaguje zatem głównie na to, na co powinien – i na nic innego.

Z laboratorium do masowej diagnozy

„Nasz chemosensor to na razie urządzenie laboratoryjne. Jednak wytwarzanie jego kluczowego elementu, czyli polimerowej warstwy detekcyjnej, nie stwarza większych problemów, a elektronikę odpowiedzialną za pomiary elektryczne łatwo zminiaturyzować. Nic nie stoi na przeszkodzie, by na podstawie naszego opracowania już za kilka lat budować proste i niezawodne urządzenia diagnostyczne, których cena leżałaby w zasięgu możliwości finansowych nie tylko instytucji medycznych czy gabinetów lekarskich, ale i masowego odbiorcy” - mówi prof. Włodzimierz Kutner.

Badania w IChF PAN finansowane były w ramach grantu Narodowego Centrum Nauki.

Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl

Dlaczego nie chcemy oddawać szpiku?

Wiele osób wciąż ma obawy przed zarejestrowaniem się w bazie dawców, choćby ze względu na mity, które krążą w opinii publicznej. Rozprawiamy się z naj... czytaj dalej