Biosensory pozwalają na szybką, tanią i bezinwazyjną diagnostykę najgroźniejszych chorób cywilizacyjnych we współczesnym świecie, m.in. nowotworowych i kardiologicznych.

Dzięki nowoczesnym urządzeniom analitycznym można je wykryć na bardzo wczesnym etapie choroby. Wykorzystanie biosensorów w diagnostyce medycznej pozwala na stosowanie indywidualnej terapii pacjentów. Współpraca lekarzy ze środowiskiem naukowym Politechniki Warszawskiej oraz Centrum Zaawansowanych Materiałów i Technologii CEZAMAT, jest gwarancją powodzenia tych zamierzeń.

Jedną z przyczyn dużej śmiertelności w chorobach nowotworowych i układu krążenia jest ich zbyt późna wykrywalność. Wczesna diagnoza z wykorzystaniem nowoczesnych urządzeń analitycznych zwiększa rokowania w leczeniu i ratuje życie wielu pacjentom. Dzięki biosensorom można wykryć i złagodzić przebieg wielu groźnych schorzeń. Badania nad elektrodami selektywnymi i biosensorami, w trosce o zdrowie pacjentów, prowadzone są od dawna w Zakładzie Mikrobioanalityki Instytutu Biotechnologii  na Wydziale Chemicznym Politechniki Warszawskiej, w  którym pracuje prof. dr hab. inż. Elżbieta Malinowska.

– Nasz zakład posiada wieloletnie doświadczenie w projektowaniu i wytwarzaniu klasycznych i miniaturowych urządzeń do oznaczania substancji o znaczeniu klinicznym –  wyjaśnia pani profesor. – Opracowujemy biosensory umożliwiające wczesną, tanią i bezinwazyjną diagnostykę poważnych schorzeń. Koncentrujemy się na tworzeniu warstw receptorowych różnych czujników, a także badaniach komórkowych na potrzeby diagnostyki medycznej. Prowadzimy też inne badania, ale dla nas najważniejsze są te związane ze zdrowiem pacjentów, dlatego wkrótce nasz zakład przekształcimy w Katedrę Biotechnologii Medycznej.

Urządzenia łatwe w obsłudze, niezwykle czułe i dokładne

Biosensory nazywane też bioczujnikami składają się z warstwy receptorowej pochodzenia biologicznego, przetwornika i elementu rejestrującego mierzony sygnał. Jako materiały detekcyjne stosuje się enzymy, przeciwciała, antygeny, DNA, fragmenty tkanek i mikroorganizmy (np. bakterie), odpowiednio zintegrowane z powierzchnią przetwornika.

– Działanie biosensorów polega na specyficznym rozpoznawaniu składników próbki będącej w styczności z czujnikiem– wyjaśnia prof. Elżbieta Malinowska. – Wykorzystany element biologiczny selektywnie reaguje z badaną substancją, generując za pomocą przetwornika możliwy do zmierzenia sygnał, np. elektryczny, akustyczny lub optyczny. Pojawia się szybka informacja o tym, co dzieje się w organizmie pacjenta. Obecnie najczęściej stosowany jest bioczujnik do oznaczania glukozy we krwi diabetyków. Testowanie i monitorowanie poziomu cukru we krwi za pomocą gleukometrów jest bardzo łatwe w obsłudze.

Biosensory dają możliwość szybkiej diagnozy wielu chorób ze względu na swój potencjał analityczny. To pozwala na terminowe rozpoczęcie właściwego leczenia. Biosensory mają bardzo szeroki zakres zastosowań, począwszy od badań klinicznych po środowisko i rolnictwo. Urządzenia te stosowane są również w przemyśle spożywczym. Wykrywają bardzo wiele różnych problemów, ułatwiając ich rozwiązanie.

Badania prowadzone na Politechnice Warszawskiej mają charakter podstawowy, ale w Centrum Zaawansowanych Materiałów i Technologii, gdzie prof. Elżbieta Malinowska tworzy Platformę Biotechnologii, można je rozwijać, doprowadzając do stabilnej i powtarzalnej technologii, przygotowanej do komercjalizacji. CEZAMAT jako Centralne Laboratorium Politechniki Warszawskiej i jedyny taki ośrodek w Polsce i Europie Środkowo-Wschodniej, umożliwia prototypowanie i produkcję pilotażową nowych rozwiązań z udziałem interdyscyplinarnych zespołów naukowych i inżynierskich.

Laboratoria biochemiczne

W CEZAMACIE można prowadzić badania nad wieloma zaawansowanymi technologiami, w tym z pogranicza chemii, biologii, ciała stałego, fizyki i informatyki. Tworzone są tu laboratoria jakich w Polsce jeszcze nie było.

 – Pracujemy teraz nad wyposażeniem laboratoriów biochemicznych, a także nad przygotowywaniem projektów z zakresu inżynierii biomedycznej oraz diagnostyki medycznej – informuje prof. Elżbieta Malinowska. –  Te działania mają doprowadzić do tworzenia prototypowych urządzeń oraz ich komercjalizacji i wprowadzenia na rynek. Robimy to m.in. we współpracy z lekarzami i producentami urządzeń medycznych.  Rozwiązana, nad którym pracujemy pomogą osobom zagrożonym chorobami cywilizacyjnymi w utrzymaniu zdecydowanie lepszej sprawności fizycznej i umysłowej na przestrzeniu wielu lat. Właśnie złożyliśmy wniosek do Narodowego Centrum Badań i Rozwoju, a nad kolejnym pracujemy i bardzo liczymy na dofinansowanie tych przedsięwzięć.

Badania nad biosensorami, materiałami biokompatybilnymi i nowoczesna biotechnologią, będą jeszcze intensywniejsze po całkowitym wyposażeniu laboratoriów biotechnologicznych w CEZAMACIE.

– Brakuje nam jeszcze kilku specjalistycznych urządzeń – podkreśla prof. Elżbieta Malinowska. – Konieczne są specjalistyczne stanowiska do badań mikrobiologicznych i komórkowych związanych z diagnostyką i nowymi biotechnologicznymi metodami terapeutycznymi. Niezbędne są również linie pilotażowe do wytwarzania i optymalizacji miniaturowych urządzeń diagnostycznych do zastosowań Point of Care, przeznaczonych do detekcji różnych czynników, bardzo ważnych z medycznego punktu widzenia i rozwoju biotechnologii. Do skompletowania wszystkich urządzeń potrzebujemy ok. 30 mln zł. JM Rektor Politechniki Warszawskiej bardzo nam pomaga w zakupie niezbędnej, podstawowej aparatury, ale taki wydatek przekracza możliwości finansowe uczelni. Szukamy tych pieniędzy z różnych źródeł i mamy nadzieję, że decydenci nam w tym pomogą.

Wydatki niewspółmierne do korzyści w ochronie zdrowia

Profilaktyka i wczesne diagnozowanie chorób są dużo tańsze od kosztów ponoszonych na leczenie pacjentów. Na całym świecie państwa wspierają finansowo tego typu ośrodki. Polski rząd też powinien się w to włączyć. Wnioski z październikowej debaty z udziałem uczonych w Pałacu Prezydenta RP dotyczącej wyzwań stojących przed sektorem biotechnologii w Polsce są jednoznaczne. Biotechnologia staje się nierozerwalną częścią medycyny. Bez rozwoju tego sektora nie można osiągnąć postępu w diagnozowaniu i leczeniu pacjentów.  Badania są drogie i wymagają czasu, ale ich efekty są niewspółmierne z nakładami. Produkty, które opracują uczeni, trafią do przemysłu, a potem w formie podatków zasilą budżet państwa. To jest nie tylko ogromna wartość ekonomiczna, ale także duże oszczędności w systemie ochrony zdrowia. Biotechnologia jest jednym z najważniejszych obszarów, w których rozwijają się technologie przyszłości, a do nich należą także biosensory. W Programie Rozwoju Biotechnologii, który powstaje w ramach rządowej Strategii na rzecz Odpowiedzialnego Rozwoju szczególne miejsce powinien zajmować CEZAMAT, jako wyjątkowy kompleks baawczy do prowadzenia interdyscyplinarnych badań nad przyszłościowymi materiałami i technologiami, niezwykle ważnymi dla potrzeb społeczeństwa i gospodarki.

Jolanta Czudak