Tomograf ERI to przełom i jednocześnie sukces wielu ludzi, w tym naukowców z Wydziału Fizyki UAM. Z tym większą przyjemnością informujemy o jego powstaniu.
Tomograf wyróżnia przede wszystkim szybkość pozyskiwania obrazów przestrzenno-widmowych oraz możliwość obrazowania objętościowego obiektów biologicznych takich jak myszy. Do tej pory powstało kilka prototypów, każdorazowo wnikliwie testowanych i ulepszanych. Obecnie urządzenie jest w ostatniej fazie rozwoju i certyfikacji, po której będzie gotowe do wdrożenia rynkowego. Trzeba zaznaczyć, że przy konstrukcji tomografu nie korzystano z rozwiązań komercyjnych w żadnym aspekcie konstrukcji urządzenia. Całość powstała w Polsce.
Kamieniem milowym w rozwoju prac było pozyskanie strategicznego inwestora, co w połączeniu z projektami pozyskanymi w ramach NCBiRu spowodowało znaczny wzrost wydajności i ogromny postęp w rozwoju zarówno samego sprzętu jak i technik pomiarowych.
ERI to technika obrazowania przestrzenno-widmowego oparta o elektronowy rezonans paramagnetyczny. Jest to powszechnie używana i dobrze znana fizykom metoda do zilustrowania rozkładu wolnych rodników w badanych obiektach lub do odwzorowania parametrów spektroskopowych, takich jak pozycja linii jej szerokość czy amplituda sygnału w różnych obszarach badanego obiektu. Wspomniany wolny rodnik można zdefiniować jako dowolną cząsteczkę, która może istnieć niezależnie i zawiera niesparowany elektron na orbicie atomowej. Niedawny wzrost wiedzy na temat wolnych rodników i reaktywnych form tlenu (RFT) w biologii może prowadzić do rewolucji medycznej, która zapowiada nową erę w zarządzaniu zdrowiem i chorobami.
Wolne rodniki, reaktywne formy tlenu i reaktywne formy azotu są generowane w naszym organizmie przez różne układy endogenne podczas ekspozycji na zmienne warunki fizykochemiczne lub stany patologiczne. Wolnorodnikowa teoria starzenia sugeruje, że rodniki leżą u podstaw samego procesu starzenia. Podobnie proces mitohormezy (wywoływanie zmniejszonej ilości stresu mitochondrialnego) sugeruje, że wielokrotna ekspozycja na rodniki może wydłużyć życie. Ponieważ rodniki są niezbędne do życia, organizm posiada wiele mechanizmów, które zarówno minimalizują uszkodzenia wywołane przez rodniki, jak i naprawiają powstałe szkody.
Historia tomografu ERI rozpoczęła się w 2007 roku tj. od powrotu dr. Tomasza Czechowskiego, absolwenta na kierunku Fizyka Medyczna ze stażu w Stanach Zjednoczonych. Szukając sposobu na dalszy rozwój kariery wspólnie z prof. dr hab. Janem Jurgą z Politechniki Poznańskiej zainicjowali projekt badawczy zmierzający do powstania pierwszego w Polsce nowatorskiego tomografu do obrazowania zmian nowotworowych i miażdżycowych w oparciu o technikę elektronowego rezonansu paramagnetycznego.
Do realizacji projektu została skompletowana grupa naukowców w skład, której weszli między innymi naukowcy z Wydziału Fizyki UAM: prof. dr hab. Kazimierz Jurga specjalista w dziedzinie radiospektroskopii, prof. UAM dr hab. Eugeniusz Szcześniak doświadczony między innymi w technikach obrazowania oraz wytwarzania jednorodnych pól magnetycznych oraz dr Mikołaj Baranowski rozwijający nowatorskie techniki pomiarowe specjalizujący się w konstrukcji aparatury radiospektroskopowej. Po czasie do zespołu dołączył też chemik prof. UAM dr hab. W. Prukała syntezujący sondy spinowe.
Cały zespół obejmował 12 specjalistów z dziedziny oprogramowania, konstrukcji mechanicznych, chemii, matematyki, fizyki. Składał się z profesorów, doktorów, doktorantów i studentów z różnych uczelni z całej Polski.
W trakcie realizacji projektu zespół stworzył pierwszy prototyp tomografu do obrazowania zmian nowotworowych, kilka prac naukowych o zasięgu międzynarodowym oraz dziesięć nowatorskich rozwiązań technicznych, które zgłoszono do opatentowania. Do tej pory na cztery z nich uzyskano patenty.
Projekt zakończono w 2014 roku i podjęto decyzję o kontynuowaniu przedsięwzięcia w formie spółki. Powołano startup Novilet, którego współwłaścicielami stali się prawie wszyscy wykonawcy pierwszego projektu. Rozpoczęto prace zmierzające do dalszego rozwoju i w późniejszym etapie komercjalizacji rozwiązania. W ostatnim etapie realizacji projektu do zespołu dołączył też mgr Rafał Pietrzyk z Wydziału Fizyki UAM, który przejął zadania związane z wytwarzaniem źródeł prądowych o dużej stabilności.
Warto wiedzieć, że tomografy ERI można stosować wszędzie tam, gdzie potrzebna jest informacja fizykochemiczna połączona z gęstością rodnika. W dzisiejszych czasach czułość technik opartych na zjawisku EPR nie pozwala na bezpośrednie obrazowanie wolnych rodników wytwarzanych przez obiekty biologiczne, ponadto takie rodniki mogą szybko rekombinować. Dlatego w praktyce do organizmu zwierzęcia wprowadzane są substancje zewnętrzne stanowiące tak zwane sondy spinowe. Ich indywidualne właściwości widmowe mierzone techniką ERI odzwierciedlają warunki środowiskowe tkanki, takie jak stan redoks, pO2 i pH w przestrzeni zewnątrz jak również wewnątrz komórkowej Wahania wyżej wymienionych parametrów są bezpośrednio połączone z odpowiedzią na stres oksydacyjny, który występuje w przebiegu szeregu dysfunkcji i chorób, w szczególności nowotworowych, neurodegeneracyjnych czy potencjalnie COVID. Technika ERI rozwija się bardzo dynamicznie, a najnowsze doniesienia wskazują na możliwość detekcji tzw. ukrytej hipoksji, czy farmakokinetyki nowotworów podnosząc poziom poznawczy biologii na nowy poziom.
Ograniczeniem fizycznym tomografu jest wielkość badanego obiektu, który w obecnej fazie rozwoju nie może być większy niż dorosła mysz. Użyteczna średnica to 3cm. Zespół cały czas jednak myśli nad konstrukcją tomografu dla ludzi, ale na chwilę obecną trzeba pokonać wiele trudności technicznych. Naukowcy uważają, że należy rozwijać się małymi krokami, dlatego planują w niedalekiej przyszłości konstrukcję wersji dla większych obiektów takich jak szczur.
Czytaj też: Prof. Michał Banaszak. UAM może wiele dać gospodarce
