Zadanie 9

W ramach proponowanego projektu Wydział Biologii Uniwersytetu Warszawskiego przygotuje i dostarczy materiał biologiczny, w którym dokonana zostanie analiza obecności wybranych neuroprzekaźników, hormonów, cytokin ze szczególnym uwzględnieniem tych, których zmiany w organizmie mogą świadczyć o powstawaniu zmian chorobowych. W początkowej fazie analizowane będą związki, które poddane by mogły być badaniu spektroskopowemu. Następnie pobierany zostanie właściwy materiał biologiczny. Pobieranymi tkankami będą mózg, wątroba, krew. Dostarczane będą tkanki zarówno świeże jak i z głębokiego zamrożenia (-80°C), co pozwoli na zbadanie czy sposób przechowywania ma wpływ na pomiary wykonywane proponowaną metodą.

Mózg i wątroba przygotowywane będą w postaci skrawków i tkanki w całości. Skrawki otrzymywane będą z utrwalonych preparatów (mrożeniowe lub z paraformaldehydu) poprzez pokrojenie tkanki odpowiednio kriostatem lub mikrotomem i przeniesione na nażelatynowane szkiełka. Procedura utrwalania tkanki, otrzymywania skrawków i ich przechowywania jest powszechnie stosowana w Zakładzie Fizjologii Zwierząt Wydziału Biologii. Krew dostarczana będzie w postaci osocza i surowicy. Gama tkanek może ulec rozszerzeniu w zależności od efektów cząstkowych projektu. Tkanki będą pobierane od osobników w różnym wieku i płci.

Badania przeprowadzone będą na ssakach (mysz, szczur) oraz dla porównania ptakach (kura), co pozwoli na ustalenie, czy metoda jest uniwersalna.

POTENCJAŁ APLIKACYJNY WYNIKÓW PROJEKTU

Aplikacja 1. Analiza THz rozmazów cytologicznych osadu moczu jako metoda diagnostyki, monitorowania i leczenia nowotworów układu moczowego

Już w latach osiemdziesiątych cytologia złuszczeniowa osadu moczu wzbudziła duże zainteresowanie jako tania, a zarazem skuteczna metoda wczesnego wykrywania zmiannowotworowych. Badanie cytologiczne osadu moczu jest badaniem rutynowym w diagnostyce nowotworów pęcherza moczowego w wielu krajach. Pomimo wysokiej oceny przydatności tej metody, nie znalazła ona w Polsce szerszego zastosowania w praktyce klinicznej. W badaniach cytologicznych osadu moczu ocenia się obecnie klasycznymi metodami występowanie komórek nowotworowych w badaniu mikroskopowym. Niestety wyniki fałszywie ujemne stanowią nawet ok. 15% przypadków raka pęcherza i 74% chorych z rakiem nerki. 

Aktualnie brak jest wysokospecyficznych metod detekcji zmienionych nowotworowo komórek dróg moczowych. Dodatkowo w wypadku raka nerki choroba ta rozwija się bezobjawowo, dlatego aktualnie najczęściej wykrywana jest przypadkowo i w zaawansowanym stadium. Brak jest nieinwazyjnej techniki diagnostycznej wykrywającej niewielkie guzy nerki. Analiza z zastosowaniem fal terahertzowych może znacznie podnieść czułość analizy osadu moczu oraz przyczynić się do rozpowszechnienia w praktyce klinicznej tego taniego i komfortowego dla chorych badania. O ile bowiem badaniem cytologicznym moczu możemy nie tylko wykryć komórki nowotworowe, ale w przybliżeniu określić ich stopień anaplazji to wykorzystywane w niniejszej technice diagnostycznej barwienia mogą dać fałszywie dodatni wynik choroby nowotworowej w obecności łagodnej choroby charakteryzującej się nieprawidłowościami jądrowymi. Ponadto, metoda ta pomimo swojej bardzo wysokiej swoistości cechuje się niewielką czułością w stosunku do guzów o niskiej złośliwości (GI oraz GII). Wyniki fałszywie ujemne dotyczą obecnie głównie przypadków raka o niskim stopniu złośliwości histologicznej lub guzów przebiegających z alkalizującym zakażeniem pęcherza moczowego lub znacznym zmniejszeniem jego pojemności. W związku z powyższymi ograniczeniami klasycznej metody badania uzupełnienie do barwień cytologicznych i analizy mikroskopowej może być analiza z wykorzystaniem promieniowania terahercowego. Promieniowanie terahercowe służyłoby do wysoko specyficznej i wysokoczułej identyfikacji obecności w rozmazie cytologicznym komórek nowotworowych.

Aplikacja 2. Przenośne urządzenie diagnostyczne

Zastosowanie spektrometru dla grupy pomiarów podstawowych związanych z parametrami krwi (badania ogólne) jest trudna do przecenienia. W tym przypadku jest mowa o pewnego rodzaju „glukometrze” do łatwego wykorzystania w celu jednoczesnego określenia stężenia takich substancji jak chociażby glukoza, kreatynina, mocznik itp. W perspektywie możliwe by było opracowanie urządzenia, który określałoby te same parametry przez cienką warstwę skóry. Uzyskana metoda bezkontaktowa stałaby się wówczas ekonomicznym uzasadnieniem prowadzonych badań podstawowych. Brak konieczności inwazyjnego pobierania próbek krwi stałaby się jednocześnie doskonałą alternatywą dla pacjentów przewlekle chorych np. cukrzyca, przewlekła choroba nerek, wymagających wielokrotnie powtarzanych badań.

Aplikacja 3. Wykrywanie substancji niebezpiecznych

Wykrywanie substancji niebezpiecznych (narkotyki, materiały wybuchowe) oparte jest na tym, że substancje te wykazują charakterystyczne cechy spektralne (np. minima transmisji) w zakresie THz. W praktyce okazuje się jednak, że można przeprowadzić identyfikację materiału prowadząc pomiary dla kilku wybranych częstości, a nie dla całego widma. Proponowany spektrometr będzie idealnym przyrządem do tego rodzaju badań, gdyż można go skonfigurować tak, by był czuły na promieniowanie o zadanej częstości.

Aplikacja 4. Wykrywanie obecności substancji ważnych dla funkcjonowania organizmów żywych

Określanie obecności, a w przyszłości stężenia, związków biologicznie aktywnych metodą analizy widma częstotliwości THz jest nie do przecenienia. Stanowić on może alternatywę do czasochłonnych i kosztochłonnych analiz immunohistochemicznych czy biochemicznych wykorzystujących niekiedy izotopy. Neuroprzekaźniki stanowią jeden z głównych elementów przekazywania informacji w obrębie układu nerwowego a ich poziom/obecność jest wyznacznikiem aktywności poszczególnych struktur w mózgu. Zmiany w ich stężeniu mogą świadczyć o rozpoczynających się procesach neurodegeneracyjnych. Do takich należą np. serotonina, dopamina, noradrenalina Cytokiny to olbrzymia grupa związków, które są cząsteczkami sygnałowymi w układzie odpornościowym, ale także przekazują informacje do układu nerwowego i hormonalnego. W zależności od aktywności układu odpornościowego profil pojawiających się cytokin ulega zmianie i świadczy o procesach choćby zapalnych toczących się w organizmie (np. interleukina 1, interleukina 6, interleukina 18). Ostatnia grupa związków to hormony, których zaburzenia w wydzielaniu mogą prowadzić do zaburzeń rozwojowych czy metabolicznych w organizmie.