Spoglądanie w głąb oka. Polscy naukowcy na tropie supernowoczesnych terapii wzroku

Choroby wzroku uważane są za schorzenia cywilizacyjne, ale istnieją dowody na to, że operacji oczu dokonywali już starożytni Egipcjanie.

PROF. DR HAB. MACIEJ WOJTKOWSKI: Pierwsze zabiegi zaćmy przeprowadzano już w starożytności. Były dość prymitywne i przez wiele wieków nie rozwinęły się, głównie ze względu na to, jak wrażliwa jest tkanka oka i jak łatwo ją uszkodzić. Dopiero w drugiej połowie XX w. zaczęto prowadzić operacje, w ramach których instrumenty chirurgiczne wprowadzane są do wnętrza gałki ocznej.

Przyzwyczailiśmy się do postępu, ale wykorzystywane obecnie technologie nie pojawiły się z dnia na dzień, lecz rozwijały od 20 czy nawet 30 lat. Tak samo jest z terapiami. Potrzeba czasu, by stały się bezpieczne, ustandaryzowane i wpasowane w systemy opieki zdrowotnej. Spodziewamy się jednak, że w najbliższym czasie będzie się pojawiać coraz więcej nowych sposobów leczenia wzroku. Cel jest taki, by oczy utrzymać w formie, która pozwoli nam bezpiecznie i komfortowo funkcjonować do późnej starości.

Oczy to poza mózgiem chyba najdelikatniejszy organ naszego ciała.

Tak, oko jest dość mocno funkcjonalnie wyizolowane od reszty organizmu. To ma swoje zalety, ale jednocześnie także swoją cenę. Wewnętrzna fabryka chemiczna, która znajduje się w oku, produkuje dużo odpadów, co powoduje problemy.

Coraz szerzej w leczeniu chorób oka stosowane są m.in. terapie genowe. Okuliści i naukowcy wprowadzają metody wyszukiwania uszkodzonych genów i selektywnego, bezpiecznego wprowadzania informacji genetycznej tak, by białka funkcjonowały poprawnie.Są oni już w stanie zahamować ślepotę wrodzoną, choć jeszcze niedawno wyjście z niej traktowano w kategoriach cudu.

Co w tym złożonym układzie jest dziś najtrudniejszym problemem badawczym?

Oko to bardzo złożony układ, w którym nie ma nadmiarowego materiału biologicznego. Tworzą je pojedyncze warstwy komórkowe. Na przykład nabłonek barwnikowy odpowiada za wszystkie operacje przetwarzania energii, które odżywiają fotoreceptory. Jakiekolwiek uszkodzenie tego nabłonka powoduje nieodwracalne zmiany w komórce, bo na tak niewielkiej przestrzeni nie ma miejsca na to, by komórki mogły się zregenerować.

Pan do całego problemu podszedł od nieco innej strony niż większość badaczy – nie od strony medycyny czy ­biologii, ale fizyki.

Jestem z wykształcenia fizykiem. Fizyka nie lubi układów tak złożonych, jak ludzkie oko, bo jej aksjomatem jest to, by podać jak najprostszy przepis na zrozumienie zjawiska. Kiedy wchodzimy w świat układów bardziej złożonych, sama fizyka nie wystarcza, trzeba łączyć różne dziedziny wiedzy, jak chemia czy biologia.

Całą medycynę można w zasadzie podzielić na prewencję, diagnostykę i leczenie. Co jest najtrudniejsze w przypadku oka?

Wydaje się, że w tej chwili największym wyzwaniem jest terapeutyka i zmiana metod leczenia. Dodatkowym problemem jest to, że nadal nie znamy przyczyn niektórych chorób. Na przykład za odżywianie oka odpowiada naczyniówka, czyli warstwa leżąca bezpośrednio pod siatkówką. To struktura podobna do nerki, przez którą przepływa dużo krwi. Z tego powodu choroby ogólnoustrojowe mogą mieć duży wpływ na kondycję oka.

Zdarza się, że nie wiemy, gdzie leży źródło problemu. Potrzebujemy więc coraz lepszych narzędzi diagnostycznych. Musimy też upewnić się, że te nowe narzędzia będą nadążały za terapiami, byśmy byli w stanie oceniać, w jakim stopniu pacjentowi pomaga zastosowane leczenie. To system naczyń połączonych, gdzie wyzwanie w jednej dziedzinie generuje wyzwania w pozostałych.

Praca Waszego Centrum opiera się na łączeniu doświadczeń i wiedzy lekarzy, chemików, fizyków czy specjalistów zajmujących się robotyką.

Nie tylko łączymy różne dziedziny nauki, ale również musimy skupiać się na konkretnych celach. Nie możemy po prostu zebrać w jednym miejscu naukowców i powiedzieć: „teraz zajmijcie się badaniami”. Staramy się rozwijać technologie, które będą nadążały za terapiami, oraz tworzyć narzędzia diagnostyczne i chirurgiczne na ich potrzeby.

Czym w tym momencie możecie się pochwalić i jakie będą główne kierunki Waszych badań w najbliższych miesiącach i latach?

Najbardziej jesteśmy dumni z wprowadzenia nowych metod diagnostycznych. Dwie z nich służą badaniu siatkówki. Dzięki nim jesteśmy w stanie mierzyć czynność fotoreceptorów w sposób bezinwazyjny i bezkontaktowy.

Pierwsza z tych metod to obrazowanie dna oka z wykorzystaniem fluorescencji ze wzbudzeniem dwufotonowym. To przypomina obrazowanie mikroskopowe. Pozwala nam jednak wskazywać tylko te elementy, które są aktywne w procesie widzenia. Każde zaburzenie tego procesu przejawia się zmianą fluorescencji, czyli siły światła emitowanego z tych komórek. Na razie jako pierwsi na świecie pokazaliśmy, że jesteśmy w stanie mierzyć te sygnały u ludzi i korelować ze zmianą obecnych w oku składników chemicznych.

Druga technika pozwala nam obserwować zmianę długości fotoreceptorów. Mają one kształt małych rurek złożonych z dysków czy pofałdowanej błony. Kiedy absorbują światło, następuje ich bardzo subtelne wydłużanie i skracanie. Choć są to zmiany rzędu pojedynczych nanometrów, jesteśmy w stanie je mierzyć. Niesamowite jest to, że robimy to w żywym oku, które stale drga i się porusza. Pracujemy nad urządzeniem, które będzie można stosować w warunkach klinicznych i pozwoli nam precyzyjnie, w sposób liczbowy, przedstawiać zachodzące w oku zmiany bez konieczności pytania pacjenta o subiektywne odczucia.

Natomiast trzecia technika, z której również jesteśmy dumni, dotyczy badania własności biomechanicznych rogówki. Przy zabiegach laserowej korekcji wzroku potrzebujemy informacji o stanie czy jednorodności mechanicznej rogówki oraz o tym, czy ma ona miejscami inne własności mogące wpłynąć na wynik zabiegu. Wprowadziliśmy więc metodę tak zwanego dziewięciopunktowego pomiaru odkształceń rogówki, która pozwala przy pomocy podmuchu powietrza bardzo szybko sprawdzać, czy nie zachodzi jakaś dysfunkcja. Wspólnie z prof. dr. hab. Bartłomiejem Kałużnym, kierownikiem Zakładu Optometrii Collegium Medicum Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Bydgoszczy, przeprowadziliśmy próby na ponad setce oczu. Obecnie pracujemy nad miniaturyzacją urządzenia. Chcemy też, by stało się przystępne cenowo.

Jakie znaczenie ma to, że Wasz ośrodek działa w ramach Międzynarodowych Agend Badawczych?

Dzisiejsza nauka nie jest już „romantyczną przygodą”, jak sto lat temu. Teraz jeśli czegoś się nie zrobi w odpowiednim momencie, to zrobi to ktoś inny albo problem zostanie zarzucony i wówczas dana dziedzina przestanie się rozwijać. Z tego wynika potrzeba tworzenia silnych grup badawczych, które funkcjonują podobnie do korporacji. Mają określone zadania, które realizują szybko, sprawnie dostarczają danych i działają w ramach synergii z innymi grupami.

Tymczasem w naszym kraju nadal działa model akademicki, model profesora-mentora, który wychowuje doktorantów czy studentów. W pewnych projektach, zanim wychowamy studentów i nauczymy ich praktycznych umiejętności, oni idą pracować do przemysłu albo wyjeżdżają za granicę. Dlatego pomysł agend badawczych jest tak udany. Ta formuła daje więcej elastyczności i możliwości zarządzania procesami. W nauce musi być ferment, a takie inicjatywy pozwalają ten ferment wprowadzić.

W przypadku naszego zespołu rola Fundacji na rzecz Nauki Polskiej była ogromna. To FNP koordynuje projekt Międzynarodowych Agend Badawczych. Te programy są bardzo potrzebne, by zmieniać krajobraz polskiej nauki tak, by stała się bardziej otwarta i elastyczna. Największą wartością są jednak naukowcy pracujący nad unikatowymi rozwiązaniami. Dzięki nim później powstają nowe inicjatywy i firmy, można budować kapitał oparty na nowych rozwiązaniach.

To wszystko stanowi system naczyń połączonych, a fakt, że FNP w pionierski sposób wprowadza rozwiązania, to dobry przykład transparentnego działania dla innych agend i organizacji.©

PROF. MACIEJ WOJTKOWSKI, fizyk, specjalizuje się w optyce fizycznej i optycznych metodach obrazowania. Wprowadził tomografię optyczną OCT do obrazowania ludzkiego oka, która została wdrożona w wielu urządzeniach medycznych dostępnych w gabinetach okulistycznych na całym świecie. Przyczynił się do wyjaśnienia zjawiska widzenia dwufotonowego i poprowadził udany projekt pierwszego obrazowania żywej siatkówki za pomocą fluorescencji wzbudzonej dwufotonowo.

Program Międzynarodowe Agendy Badawcze jest realizowany przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej ze środków funduszy strukturalnych w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój (POIR) 2014–2020, Działanie 4.3. Międzynarodowe Agendy Badawcze.

Więcej o wynikach badań z polskich laboratoriów w raporcie pt. „Nauka w czasach przemian. Jak badania finansowane z Funduszy Europejskich pomagają chronić nas przed globalnymi zagrożeniami i wykorzystywać historyczne szanse”: www.fnp.org.pl