Projekt nowego centrum naukowego, które zajmie się badaniami nad dynamiką i plastycznością ludzkiego oka, zwyciężył w konkursie Fundacji na rzecz Nauki Polskiej organizowanym w ramach programu Międzynarodowe Agendy Badawcze. Autorzy koncepcji: prof. Maciej Wojtkowski z Zakładu Chemii Fizycznej Układów Biologicznych w Instytucie Chemii Fizycznej PAN i prof. Krzysztof Palczewski ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine w USA otrzymają na jej realizację dofinansowanie w wysokości prawie 35 mln zł.
Międzynarodowe Centrum Badań Okulistycznych (ang. International Center for Translational Eye Research, ICTER) zostanie powołane do życia jako podjednostka Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk. Docelowo twórcy ośrodka planują uruchomić w nim pięć niezależnych grup badawczych. Strategicznym partnerem zagranicznym projektu jest Instytut Okulistyki brytyjskiego University College London (UCL).
– Wraz z przyrostem średniej długości życia człowieka w krajach rozwiniętych, upośledzenie i utrata widzenia dotykają coraz większej liczby osób. Do głównych przyczyn upośledzenia wzroku należą zaćma, zwyrodnienie plamki związane z wiekiem (ang. age-related macular degeneration, AMD), jaskra oraz retinopatia cukrzycowa. Wczesna diagnoza i podjęcie leczenia są konieczne, aby zminimalizować destrukcyjne i nieodwracalne następstwa tych chorób – mówi prof. Wojtkowski.
Widzenie to skomplikowany i wieloetapowy proces, o którym obecnie wiemy już bardzo dużo, głównie dzięki ogromnemu postępowi, jaki dokonał się w genetyce, proteomice czy technikach obrazowania. Mimo to etiologia wielu chorób oczu, zwłaszcza dotyczących siatkówki, wciąż pozostaje zagadką. Aby przybliżyć się do rozwikłania tej zagadki, konieczne jest bardziej całościowe zrozumienie złożonych mechanizmów komórkowych odpowiedzialnych za prawidłowe funkcjonowanie siatkówki oraz objaśnienie wpływu poszczególnych cząsteczek na występowanie zmian zwyrodnieniowych w tej tkance – i taka jest też intencja założycieli ICTER.
Aby móc weryfikować nowe odkrycia, niezbędne jest opracowanie nowych metod wizualizacji mikrostruktury siatkówki w warunkach in vivo, co stanowi pierwsze z wyzwań postawionych sobie przez twórców Centrum.
– Zamierzamy pokonać istniejące dziś ograniczenia fizyczne i opracować nowe metody i narzędzia do nieinwazyjnego, bezpiecznego i powtarzalnego obrazowania siatkówki oka w oparciu o nowatorskie techniki obrazowania z czasoprzestrzenną modulacją fazy zintegrowaną z wielofotonowąa mikroskopią fluorescencyjną – zapowiada prof. Maciej Wojtkowski i dodaje: – Opracowane przez nas narzędzia umożliwią ocenę nie tylko aspektów morfologicznych, ale również czynnościowych poszczególnych komórek siatkówki. Otworzy to bezprecedensowe i wyjątkowe możliwości dla okulistyki, poprzez dostarczenie informacji na temat zmian czynnościowych związanych z wiekiem czy z prowadzonym leczeniem farmakologicznym.
Nowatorskie metody pomiaru czynności siatkówki służyć będą zatem nie tylko poszerzaniu wiedzy naukowej o procesie widzenia, ale zostaną zastosowane także jako narzędzia diagnostyczne, pozwalające wykrywać patologiczne zmiany w oku wcześniej niż przy wykorzystaniu obecnych procedur i urządzeń diagnostycznych. Obrazowanie siatkówki w czasie rzeczywistym będzie także kluczowe dla doboru odpowiedniego leczenia farmakologicznego zmian zwyrodnieniowych siatkówki i innych patologii w jej obrębie.
Połączenie innowacyjnych metod wizualizacji siatkówki oraz najnowszych odkryć w dziedzinie farmakologii pozwoli naukowcom na zaproponowanie alternatywnych metod leczenia skomplikowanych chorób siatkówki.
– Przede wszystkim chcemy ułatwić dobór nowych interwencji farmakologicznych poprzez objaśnienie wpływu poszczególnych cząsteczek na występowanie zmian zwyrodnieniowych siatkówki – mówi prof. Palczewski. Naukowiec i jego współpracownicy zajmują się farmakologią okulistyczną od ponad 30 lat. Zaproponowane przez nich nowe metody są odejściem od klasycznej farmakologii, w której dany enzym, metabolit lub skutek fizjologiczny korygowany jest na podstawie precyzyjnie zdefiniowanego mechanizmu. Zamiast tego naukowcy chcą opracować nowe terapie, ingerujące w różne biochemiczne ścieżki odpowiedzialne za proces widzenia.
Kolejnym wyzwaniem jest podawanie nowych związków do siatkówki oka w sposób skuteczny i jednocześnie kontrolowany.
– Obecnie metodą pierwszego wyboru przy podawaniu leków do siatkówki są iniekcje doszklistkowe. Niestety, możliwość zastosowania tego rozwiązania ogranicza się do wybranych przypadków, a jego potencjał pozostaje niewykorzystany Przeprowadzanie manipulacji na obiektach o wielkości wyrażanej w mikronach, jak w przypadku siatkówki oka, wymaga wyjątkowej precyzji oraz umiejętności poruszania się po bardzo ograniczonej i delikatnej przestrzeni roboczej. Dodatkowe wyzwanie stanowią naturalne ograniczenia związane ze zręcznością, drżeniem rąk czy precyzją umiejscowienia przyrządów. W związku z tym chcemy zaproponować zrobotyzowane i w pełni zautomatyzowane iniekcje doszklistkowe – dodają autorzy projektu ICTER.
To inicjatywa o charakterze multidyscyplinarnym. Ośrodek będzie integrował badania z obszaru optyki stosowanej, nowych technologii, inżynierii, chemii, biofizyki, biologii i medycyny. Pracować w nim będzie maksymalnie pięć niezależnych grup badawczych. Dofinansowanie w ramach programu MAB zostało przyznane na okres 5 lat.
Program Międzynarodowe Agendy Badawcze (MAB) jest realizowany przez FNP od listopada 2015 roku ze środków pochodzących z Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój (PO IR). Program ma umożliwić powstanie w Polsce wyspecjalizowanych ośrodków naukowych, prowadzących konkurencyjne w skali światowej badania naukowe. Całkowita suma przeznaczona na dofinansowanie projektu wynosi około 126 mln euro. Do tej pory finansowanie w programie MAB zdobyły interdyscyplinarne projekty koncentrujące się na takich zagadnieniach, jak wykrywanie i badanie niezwykle słabych sygnałów i ukrytych informacji w fizyce, kompleksowe badania nad immunoterapeutykami mogące doprowadzić do stworzenia spersonalizowanych przeciwnowotworowych szczepionek terapeutycznych czy konstruowanie urządzeń i protokołów przetwarzania informacji niemożliwych do uzyskania przy pomocy metod klasycznych dzięki mechanice kwantowej. Wśród nowych jednostek badawczych znajdują się m.in. ośrodek BRAINCITY, prowadzony przez prof. Leszka Kaczmarka i dr hab. Ewelinę Knapską przy współpracy z Instytutem Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego PAN w Warszawie, oraz projekt Astrocent – ultranowoczesne centrum astrofizyki cząstek prof. Leszka Roszkowskiego i prof. Tomasza Bulika, również zlokalizowane w stolicy. Cztery z nowych ośrodków powstają we współpracy z instytutami Polskiej Akademii Nauk. Dwóm projektom partneruje Uniwersytet Gdański, dwóm kolejnym – Uniwersytet Warszawski. Zagraniczni partnerzy zwycięskich projektów to m.in. Uniwersytety w Oksfordzie, Uppsali i Edynburgu, EMBL, CNRS oraz Instytut Optyki Kwantowej i Informatyki Kwantowej (IQOQI) Austriackiej Akademii Nauk w Wiedniu i Laboratorium Astrofizyki Cząstek i Kosmologii (APC) w Paryżu.
Źródło: FNP
Fot. Magdalena Wiśniewska-Krasińska
Prof. dr hab. Maciej Wojtkowski (ur. 1975) jest fizykiem, specjalizującym się w optyce stosowanej, fizyce medycznej i doświadczalnej. Od początku kariery naukowej był związany z Uniwersytetem Mikołaja Kopernika w Toruniu. Na tej uczelni obronił magisterium (na Wydziale Fizyki, Astronomii i Informatyki), uzyskał doktorat i habilitację (oba tytuły w Instytucie Fizyki Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki). Od 1998 do 1999 roku pracował naukowo na Uniwersytecie Wiedeńskim w Austrii, a w latach 2003–2005 w Massachusetts Institute of Technology w Cambridge w USA. Odbywał też staże naukowe na Uniwersytecie Kent w Caterbury w Wielkiej Brytanii, na Uniwersytecie Wiedeńskim w Austrii, na Uniwersytecie Zachodnioaustralijskim w Perth w Australii oraz w New England Eye Center w Bostonie w USA. Od 2016 roku jest kierownikiem Zakładu Chemii Fizycznej Układów Biologicznych w Instytucie Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk w Warszawie. Na to stanowisko został wybrany w międzynarodowym konkursie w ramach grantu ERA Chairs. Jest autorem ponad 160 publikacji naukowych oraz kilkunastu patentów i zgłoszeń patentowych. Zaprojektował m.in. tomograf optyczny wykorzystywany do nieinwazyjnego i bezkontaktowego badania wnętrza oka, za który to wynalazek otrzymał w 2012 roku Nagrodę Fundacji na rzecz Nauki Polskiej w dziedzinie nauk matematyczno-fizycznych i inżynierskich. Prototypy tomografów przez niego opracowane stały sią podstawą do skonstruowania wielu urządzeń działających obecnie w klinikach i gabinetach okulistycznych na całym świecie. Ostatnio metoda tomografii optycznej zaczęła być także wykorzystywana w diagnostyce kardiologicznej do rozpoznawania choroby niedokrwiennej serca.
Fot. archiwum prywatne
Prof. dr hab. Krzysztof Palczewski (ur. 1957) jest biochemikiem, światowym autorytetem w zakresie biochemii wzroku. Karierę naukową rozpoczął we Wrocławiu: studia chemiczne ukończył na Uniwersytecie Wrocławskim, a stopień doktora uzyskał na Politechnice Wrocławskiej. Jego praca doktorska została nagrodzona przez PAN oraz Ministerstwo Edukacji . W latach 1986–1989 pracował na University of Florida w Gainesville w USA, a później (1990–1992) na Oregon Health Sciences University w Portland w USA, gdzie stworzył własne laboratorium. W latach 1992–2005 prowadził badania na University of Washington w Seattle w USA, łącząc pracę naukową z pełnieniem różnych funkcji kierowniczych na tym uniwersytecie. Od 2005 do 2018 roku był dyrektorem Wydziału Farmakologii na Case Western Reserve University w Cleveland w USA, gdzie kierował ponad 20-osobowym zespołem badawczym. Obecnie jest zatrudniony w Szkole Medycznej Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine w USA. Jest autorem ponad 500 prac naukowych, publikowanych w najbardziej renomowanych czasopismach, a także autorem ponad 10 patentów i zgłoszeń patentowych. Do jego najważniejszych osiągnięć należy skrystalizowanie oraz opisanie struktury i funkcji rodopsyny, a także odkrycie mechanizmów prowadzących do degeneracji siatkówki oka i w konsekwencji do utraty wzroku. Za te odkrycia został uhonorowany w 2012 roku Nagrodą Fundacji na rzecz Nauki Polskiej w obszarze nauk o życiu i Ziemi. Prof. Palczewski jest również laureatem wielu naukowych nagród amerykańskich, m.in. Humboldt Research Award for Senior U.S. Scientists (2000), The Friedenwald Award (2014), Maurice Saltzman Award (2014), Beckman-Argyros Award in Vision Research (2014). Od 2015 roku jest członkiem zagranicznym Polskiej Akademii Umiejętności.