Rewolucja w diagnostyce i leczeniu chorób oczu
W starzejących się społeczeństwach przybywa ludzi borykających się z różnymi dysfunkcjami wzroku, nierzadko prowadzącymi nawet do ślepoty. 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. Taki właśnie nadrzędny cel przyświeca działalności Międzynarodowego Centrum Badań Okulistycznych – nowego ośrodka naukowego zakładanego przez profesorów Macieja Wojtkowskiego i Krzysztofa Palczewskiego, laureatów programu Międzynarodowe Agendy Badawcze (MAB) realizowanego przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej.
Z formalnego punktu widzenia Międzynarodowe Centrum Badań Okulistycznych (ang. International Center for Translational Eye Research, ICTER) zostanie utworzone jako nowa podjednostka Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk w Warszawie. W ramach ICTER będzie pracować maksymalnie pięć niezależnych grup badawczych. Międzynarodowym partnerem ośrodka będzie Instytut Okulistyki University College London (UCL) w Wielkiej Brytanii.
„Kluczowym celem naukowym Międzynarodowego Centrum Badań Okulistycznych jest dogłębne zbadanie dynamiki i plastyczności ludzkiego oka, co przełoży się na opracowanie nowych terapii i narzędzi diagnostycznych. Jest to o tyle istotne, że wraz z przyrostem średniej długości życia człowieka w krajach rozwiniętych, upośledzenie i utrata widzenia dotykają coraz większej liczby osób. Na ten postępujący w skali globalnej problem zwracają uwagę takie organizacje jak Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) czy Międzynarodowa Agencja do Zapobiegania Ślepocie (ang. International Agency for the Prevention of Blindness, IAPB)” – mówi prof. Maciej Wojtkowski.
Widzenie do 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 profesorów Wojtkowskiego i Palczewskiego. „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” – twierdzi 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”.
A zatem, nowatorskie metody pomiaru czynności siatkówki służyć będą 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. Krzysztof Palczewski. Naukowiec i jego współpracownicy zajmują się farmakologią okulistyczną od ponad 30 lat. Poprzez skupienie się na poszczególnych etapach cyklu widzenia, udało się im przywrócić wzrok zwierzętom, u których wystąpiły mutacje jak u pacjentów cierpiących na retinopatię barwnikową i inne mutacje wrodzone prowadzące do ślepoty.
Zaproponowane przez prof. Palczewskiego, 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” – prof. Maciej Wojtkowski.
A zatem, Międzynarodowe Centrum Badań Okulistycznych to inicjatywa o charakterze multidyscyplinarnym. Ośrodek będzie integrował badania z obszaru optyki stosowanej, nowych technologii, inżynierii, chemii, biofizyki, biologii i medycyny. „Realizacja wszystkich przyjętych przez nas celów zajęłaby jednemu zespołowi w pojedynczym projekcie badawczym co najmniej dwie dekady. Jednak dzięki kompleksowo opracowanemu planowi badań oraz dobrej organizacji pracy wszystkich zaangażowanych w projekt zespołów badawczych, zamierzamy osiągnąć te cele w ciągu 5 lat” – podsumowuje prof. Maciej Wojtkowski.
Kim są założyciele Międzynarodowego Centrum Translacyjnych Badań Okulistycznych (ICTER)?
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. Swoje prace publikował m.in. w takich czasopismach jak: „Ophthalmology”, “Proceedings of the National Academy of Sciences”, “Nature Medicine”, „Optics Express”, „Journal of Biomedical Optics”, oraz „Optics Letters”. Zaprojektował m.in.
tomograf optyczny wykorzystywany do nieinwazyjnego i bezkontaktowego badania wnętrza oka, a za ten wynalazek otrzymał w 2012 roku Nagrodę Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, w dziedzinie nauk matematyczno-fizycznych i inżynierskich, nazywaną polskim Noblem. Prototypy tomografów opracowane przez prof. Wojtkowskiego 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.
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. Przez 13 lat (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 dwudziestoosobowym zespołem badawczym. Obecnie jest zatrudniony w Szkole Medycznej Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine w USA. Profesor Palczewski jest autorem ponad 500 prac naukowych, publikowanych w najbardziej renomowanych czasopismach, takich jak m.in. „Science”,
„Nature”, „Molecular Cell”, 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). W 2011 roku został odznaczony Krzyżem Kawalerskim Orderu Zasługi Rzeczypospolitej Polskiej. Od 2015 roku jest członkiem zagranicznym Polskiej Akademii Umiejętności.
MAB konkurs 10/2018 Projekt:
Międzynarodowe Centrum Badań Okulistycznych (ICTER) Autorzy:
Prof. Maciej Wojtkowski i prof. Krzysztof Palczewski Finansowanie:
34 999 400 PLN
Partner naukowy z Polski:
Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk Partner zagraniczny:
Instytut Okulistyki w University College London (UCL) Dziedzina:
Fizyka medyczna, biochemia, nauki farmaceutyczne, optometria, inżynieria biomedyczna Cel projektu:
Badania nad dynamiką i plastycznością ludzkiego oka oraz opracowanie nowych terapii i narzędzi diagnostycznych pomocnych w przypadku rozmaitych dysfunkcji wzroku.
Realizowany przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej program Międzynarodowe Agendy Badawcze jest współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego ze środków pochodzących z Programu Operacyjnego Inteligenty Rozwój.
