NA PRZEWIDYWANIU, ZAPOBIEGANIU I SPERSONALIZOWANYM PODEJŚCIU
3. Przykładowe zagadnienia metrologiczne inżynierii biomedycznej Niezwykle ważne z punktu widzenia medycyny opartej na przewidywaniu,
pre-wencji i zindywidualizowanym podejściu do pacjenta, są dokładne pomiary. Metrolo-gia może dotyczyć wielu zagadnień związanych z nowym podejściem do procesu
le-czenia i prewencji; niektóre z nich wyspecyfikowano w tabeli 1. Dalej omówione zostaną wybrane aspekty dotyczące zastosowania metrologii w biomedycynie.
Tab. 1. Elementy medycyny opartej na przewidywaniu, prewencji i zindywidualizowanym podejściu do pacjenta. Grubszymi literami zaznaczono zagadnienia metrologiczne
Przewidywanie chorób, wczesna diagnostyka Zapobieganie chorobom, promocja zdrowia Spersonalizowana diagnostyka i terapia Badania noworodków Testy diagnostyczne Informatyka medyczna Badania prenatalne Badania genetyczne Badania molekularne
Badania białek, proteomika Badania biomarkerów
Badania fizjologiczne
Elementy promocji: media,
internet, filmy i animacje edu-kacyjne
Zdalna diagnostyka i teleopieka
– elementy telemedycyny
Badania przesiewowe –
obra-zowe, laboratoryjne, funkcjo-nalne Ochrona danych Rehabilitacja, fizjoterapia Diagnostyka molekularna Diagnostyka funkcjonalna Medycyna fotodynamiczna Terapie celowane
Celowane nośniki leków Sztuczne narządy i
wspie-ranie funkcji organizmu
Niezwykle ważne stają się badania białek i ustalenie, jakie białka mogą się poja-wić w ludzkim organizmie. Wiele zespołów naukowych zajmuje się takimi badaniami, aby przypisać poszczególnym białkom określone funkcje. Koordynacją tych działań w skali międzynarodowej zajmuje się Organizacja Proteomu Ludzkiego (Human Pro-teome Organisation) [8]. Jedną z najczęściej stosowanych metod separacji białek w proteomice jest dwuwymiarowa elektroforeza żelowa. Pomiary tą metodą charakte-ryzują się wysoką rozdzielczością i separacją, wykorzystując dwie niezależne od sie-bie cechy białek – punkt izoelektryczny i masę cząsteczkową [19]. Modyfikacją tej metody pomiarowej jest tzw. technika DIGE (difference gel electrophoresis), w któ-rej próbki są znakowane za pomocą cyjaninowych barwników fluorescencyjnych. Analiza ilościowa w obu przypadkach polega na komputerowej analizie obrazów żeli [20]. Inną dziedziną, w której niezwykle ważne jest zindywidualizowane podejście do diagnostyki i terapii – jest medycyna fotodynamiczna [18]. Oddziaływanie fotodyna-miczne polega na wykorzystaniu fotoaktywacji światłem o odpowiedniej długości fali, związku chemicznego nazywanego światło- lub fotouczulaczem. Światłouczulacze wprowadzane są do patologicznej tkanki docelowej, która ma zostać zniszczona. Pod wpływem światła (najczęściej czerwonego) dochodzi do różnych reakcji fotocytotok-sycznych, które prowadzą do destrukcji zmiany np. nowotworowej.
Oddziaływanie fotodynamiczne można też wykorzystać w diagnostyce. Zakumu-lowany w tkance patologicznej fotouczulacz pod wpływem światła o krótszej długości fali (niebieskie, ultrafiolet) emituje przesunięte ku czerwieni promieniowanie o natężeniu proporcjonalnym do natężenia światła padającego oraz do stężenia barw-nika w tkance. W przypadku fluorescencji zanik emisji fotonów następuje niemal na-tychmiast po zaniku czynnika wzbudzającego barwnik. Dlatego też podczas zabiegów diagnostyki fotodynamicznej, oświetlanie tkanek podejrzanych o zmiany chorobowe przeprowadza się nieustannie, aż do momentu identyfikacji wszystkich obszarów pa-tologicznych.
Okazuje się, że zagadnienia dozymetrii w medycynie fotodynamicznej nie są do-statecznie poznane [1]. Nie ma jednoznacznie opracowanych standardów leczenia, nie może więc być mowy o spersonalizowanym leczeniu. Planowanie diagnostyki i terapii powinno uwzględniać następującą strategię:
1. dobór parametrów wiązki światła, 2. dobór dawki światłouczulacza,
3. monitorowanie stężenia światłouczulacza w tkance metodami spektroskopii flu-orescencyjnej,
4. monitorowanie stężenia tlenu podczas terapii PDT.
Jak widać zasadniczą rolę odgrywa tutaj metrologia. Zasady dawkowania składo-wych procesu fotodynamicznego (światło, światłouczulacz, tlen) mają fundamentalne znaczenie w kontrolowaniu i planowaniu leczenia i diagnostyki fotodynamicznej. Na-leżałoby tak prowadzić diagnostykę i kontrolę postępów zabiegu leczniczego, aby uzyskać maksymalny efekt przy minimalnie możliwym dawkowaniu. Jak się okazuje, można eksperymentalnie wykazać, że istnieje minimalne stężenie światłouczulacza, które może być wykryte za pomocą badania fluorescencji [12, 21].
Medycyna fotodynamiczna może być niewątpliwie zaliczona do szeroko rozumia-nej optyki biomedyczrozumia-nej. Trzeba pamiętać, że optyka biomedyczna, oferując mini-malnie inwazyjne badania i minimini-malnie inwazyjne techniki terapeutyczne, będzie od-grywała coraz większą rolę w medycynie.
Troska o pacjenta powinna iść w parze z nienarażaniem personelu medycznego na zagrożenia. Nowoczesne urządzenia terapeutyczne często wykorzystują pola elektro-magnetyczne. Korzystne skutki, które czynniki fizykalne wywołują u pacjentów, nie zawsze przekładają się na bezpieczeństwo pracy personelu obsługującego urządzenia do terapii za pomocą pól elektromagnetycznych. Istnieje niebezpieczeństwo niekon-trolowanych skutków ekspozycji pracowników, co może prowadzić do niepożądanych skutków zdrowotnych. Niezmiernie ważne jest więc przestrzeganie wymagań bezpie-czeństwa i higieny pracy.
W pracy [13] zaprezentowano wyniki badań poziomu zagrożeń elektromagnetycz-nych i ekspozycji pracowników przy obsłudze powszechnie wykorzystywaelektromagnetycz-nych w pla-cówkach służby zdrowia urządzeń magnetoterapeutycznych. Stwierdzono na przykład, że w otoczeniu głowic elektrod zabiegowych i zasilających je kabli urządzeń Terapuls występują modulowane impulsowo pola magnetyczne i elektryczne o częstotliwości ok. 27 MHz o wartościach natężeń ze strefy niebezpiecznej, strefy zagrożenia i strefy pośredniej dla ekspozycji całego ciała. Badając aplikatory stosowane w magneto-terapii, autorzy pracy [13] stwierdzili także, że w otoczeniu aplikatorów występują pola magnetyczne małej częstotliwości o wartościach indukcji ze strefy pośredniej, zagrożenia i niebezpiecznej (aplikatory 25 i 35 cm). W związku z tym, w pobliżu urządzeń nie powinny przebywać osoby ze stymulatorami serca. Wskazano ponadto, że po włączeniu urządzenia w czasie trwania zabiegu pracownik powinien znajdować się w miejscu, w którym występuje strefa bezpieczna lub pośrednia pola
magnetycz-nego małej częstotliwości. Autorzy zwracają też uwagę na czytelne oznakowanie miejsc, w których mogą wystąpić strefy zagrożeń, co jest szczególnie ważne ze względu na konieczność zapewnienia bezpieczeństwa pracownikom z wszczepionymi implantami. Metrologia czynników zagrażających bezpieczeństwu personelu medycz-nego, obsługującego urządzenia medyczne, w tym także urządzenia radiologiczne, np. skanery CT i NMR jest więc niezwykle ważna [14].
4. Podsumowanie
Jak już wspomniano, jednym z najważniejszych elementów medycyny opartej na przewidywaniu i zapobieganiu jest odpowiednie kształcenie specjalistów, aby zapew-nić diagnostykę i terapię dobraną do potrzeb pacjenta. Istotną rolę odgrywa też eduka-cja społeczeństwa. Wiele instytucji, a w tym także Stowarzyszenie EPMA, przykłada dużą wagę do problematyki edukacji. Wysiłki powinny być więc ukierunkowane na stworzenie jak najszerszej platformy wymiany informacji, która obejmowałaby mię-dzy innymi, następujące grupy:
– studenci i specjaliści w dziedzinie diagnostyki konwencjonalnej, molekularnej, biomedycyny, biotechnologii, etyki i ekonomii,
– instytucje badawcze i szpitale,
– czasopisma naukowe, jak i inne media, które propagują zagadnienia medyczne, – pacjenci i członkowie ich rodzin,
– stowarzyszenia międzynarodowe działające w obszarze badań naukowych w za-kresie ochrony zdrowia,
– organizacje polityczne i społeczne, których działania związane są z ochroną zdrowia,
– przemysł związany z ochroną zdrowia.
Ważną rolę mają do spełnienia instytucje, oferujące kształcenie medyczne, a także kształcące specjalistów w dziedzinie inżynierii biomedycznej. Mając na względzie medycynę opartą na przewidywaniu, prewencji i spersonalizowanym podejściu do pacjenta dobrze wykształcony specjalista w zakresie inżynierii biomedycznej, któ-remu nieobce są zagadnienia metrologii, będzie niezastąpiony w procesie planowania diagnostyki i działań terapeutycznych. Dlatego też, aspekty kształcenia w tym zakre-sie powinny być uwzględniane przy układaniu planów i programów studiów na kie-runku inżynieria biomedyczna [16, 17].
Literatura
[1] CZERNIELEWSKI L., PODBIELSKA H., Problematyka dozymetrii w diagnostyce i terapii
fotody-namicznej w ginekologii, Acta Bio-Optica et Informatica Medica, 2007, Vol. 13, nr 2, s. 154–158.
[2] EPMA: http://www.epmanet.eu
[4] EPMA World Congress in Bonn, 15–18 Sept 2011, http://www.epmanet.eu/index.php/publicity /congresses/epma-world-congress
[5] Genetic testing in asymptomatic minors: recommendations of the European Society of Human
Ge-netics, European Journal of Human Genetics, online publ, 11 March 2009; doi:10.1038/ejhg.2009.26,
http://www.sgmg.ch/user_files/images/ESHG%202009%20EJGH%20recommendations%20minors.pdf [6] GÉRVAS J., STARFIELD B., HEATH I., Is clinical prevention better than cure? The Lancet, 2008,
Vol. 372, pp. 1997–1999.
[7] GOLUBNITSCHAJA O., (Ed.) Predictive Diagnostics & Personalized Treatment: Dream or
Reali-ty, Nova Science Publishers, New York, USA, 2009.
[8] http://www.hupo.org/
[9] http://wyborcza.pl/leczyc/0,0.html
[10] Instytut Praw Pacjenta i Edukacji Zdrowotnej, http://www.prawapacjenta.eu/?pId=o_instytucie [11] Opinie o opiece zdrowotnej, Komunikat Badań CBOS BS/24/2010, Warszawa (2010), http:
//www.prawapacjenta.eu/var/media/File/CBOS_opinie_o_opiece_zdrowotnej.pdf
[12] KACZKOWSKA K., ULATOWSKA-JARŻA A., Wybrane zagadnienia dozymetrii w diagnostyce
fotodynamicznej, Acta Bio-Optica et Informatica Medica, 2010, Vol. 16, nr 2a, s. 100–103.
[13] KARPOWICZ J., GRYZ K., ZDRADZIŃSKI P., Pola elektromagnetyczne w otoczeniu urządzeń
fizykoterapeutycznych – aplikatory do terapii zmiennym polem magnetycznym, Acta Bio-Optica et
Informatica Medica, 2009, Vol. 15, nr 1, s. 44–48.
[14] KORNIEWICZ H., GRYZ K., KARPOWICZ J., Metoda pomiarów i oceny ekspozycji zawodowej
na magnetyczne pola gradientowe tomografów NMR, w: Biocybernetyka i Inżynieria Biomedyczna,
pod red. M. Nałęcza, XI Krajowa Konferencja Naukowa, PAN – Komitet Biocybernetyki i Inżynie-rii Biomedycznej, Warszawa, 1999, s. 368–372.
[15] Personalized Medicine - scientific and commercial aspects, 2010-05-01, p. 709, https: //www.leaddiscovery.co.uk/reports/172/Personalized_Medicine_scientific_and_commercial_aspects [16] PODBIELSKA H., Optyka biomedyczna - nieodłączna część inżynierii biomedycznej, Acta
Bio-Optica et Informatica Medica, 2008, Vol. 14, nr 3', s. 84–88.
[17] PODBIELSKA H., Edukacja w inżynierii biomedycznej drogą do medycyny opartej na
przewidy-waniu, zapobieganiu i spersonalizowanym podejściu do pacjenta, Acta Bio-Optica et Informatica
Medica, 2010, Vol. 16, nr 2a, s. 5–7.
[18] PODBIELSKA H., SIEROŃ A., STRĘK W., (red.), Diagnostyka i terapia fotodynamiczna, Wyd. Medyczne Urban & Partner, Wrocław 2004.
[19] SUCHWAŁKO A., PODBIELSKA H., Dwuwymiarowa elektroforeza żelowa: od eksperymentu po
profile ekspresji. Część pierwsza – eksperyment, Acta Bio-Optica et Informatica Medica, 2010, Vol.
16, nr 3, (in press).
[20] SUCHWAŁKO A., PODBIELSKA H., Dwuwymiarowa elektroforeza żelowa: od eksperymentu po
profile ekspresji. Część druga – analiza obrazu, Acta Bio-Optica et Informatica Medica, 2010, vol.
16, nr 4, (in press).
[21] ULATOWSKA-JARŻA A., KACZKOWSKA K., CZERNIELEWSKI L., KOPACZYŃSKA M., PODBIELSKA H., Towards the dosimetry in photodynamic medicine – in vitro estimation of
mini-mal photosensitizer dose for photodynamic diagnosis, Monograph on Medical Physics by Drzazga
Z. (Ed) (in press).
[22] VINEIS P., SCHULTE P., MCMICHAEL A.J., Misconceptions about the use of genetic tests in