Wykryć raka w wydychanym powietrzu. Pionierskie urządzenie powstaje na UW

Substancje wytwarzane w procesach biochemicznych towarzyszących chorobie przedostają się do krwi, a następnie przez płuca trafiają do wydychanego powietrza. Takie biomarkery można wykryć wykorzystując techniki laserowe, które rozwija zespół prof. dr. hab. Tadeusza Stacewicza z Zakładu Optyki w Instytucie Fizyki Doświadczalnej Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego. Naukowcy opracowali już urządzenia do detekcji m.in. amoniaku, którego obecność wskazuje na występowanie bakterii Helicobacter pylori, tlenku węgla – przy chorobach płuc, czy metanu – w problemach jelitowych.

Ich najnowszy projekt badawczy skupia się na identyfikowaniu m.in. formaldehydu i etanu. Nadmierna obecność tych związków w wydychanym powietrzu skojarzona jest z nowotworami, przede wszystkim płuc i piersi. Formalne zakończenie projektu planowane jest na połowę 2021 r., jednak pierwsze wyniki pojawią się o wiele wcześniej – informują przedstawiciele UW w przesłanej PAP informacji prasowej.

Sprzęt dla internisty – jak fotel u dentysty

– Bezinwazyjne, proste, skuteczne a zarazem tanie urządzenie do badań przesiewowych mogłoby odwrócić niekorzystne trendy związane z zachorowalnością na nowotwory złośliwe – przekonuje mówi prof. dr hab. Tadeusz Stacewicz, cytowany w przesłanym komunikacie.

Tłumaczy, że takie urządzenie pozwoliłoby na detekcję formaldehydu w ciągu kilku minut. – Zarazem jego koszt nie powinien przekroczyć kosztu zakupu fotela dentystycznego. Dlatego mogłoby ono stanąć w gabinecie internisty i służyć do prowadzenia badań przesiewowych na masową skalę – ocenia badacz.

Jak podkreśla, aparatura do szybkiej analizy wydychanego powietrza, może znacząco zwiększyć szanse na przeżycie dziesiątek tysięcy pacjentów. Tyle bowiem osób umiera rocznie na nowotwory złośliwe z powodu zbyt późno postawionej diagnozy.

Nowa metoda zakłada bezbolesne pobranie od pacjenta próbki wydychanego powietrza. Pomiar bazuje na osłabieniu natężenia światła o określonej długości fali. Ultraczułe metody pomiarowe wykorzystujące lasery pozwalają na wykrycie lotnych związków organicznych oraz ich stężenia. Opracowane rozwiązanie skraca czas badania do kilku minut i obniża jego koszty w porównaniu do stosowanej wcześniej chromatografii gazowej.

– Dotychczas wykrywanie formaldehydu było możliwe przy pomocy chromatografii gazowej. Nie jest to jednak optymalny sposób detekcji tego lotnego związku organicznego. Wyniki nie zawsze są jednoznaczne. Poza tym, chociaż chromatografia gazowa jako metoda charakteryzuje się wysoką czułością, to trudno byłoby wykorzystać ją do badań przesiewowych. Pojedyncze badanie trwa około półtorej godziny i wiąże się z wyższymi kosztami, ponieważ potrzebna jest droga aparatura oraz wykształcony laborant. Nasza propozycja będzie wielokrotnie szybsza i tańsza, możliwa do użycia praktycznie w każdym gabinecie lekarskim – mówi Mateusz Winkowski, doktorant w Zakładzie Optyki w Instytucie Fizyki Doświadczalnej UW.

Fizycy pracują nad wykrywaniem formaldehydu i etanu wspólnie z naukowcami z Zespołu Detekcji Sygnałów Optycznych w Instytucie Optoelektroniki Wojskowej Akademii Technicznej. Na WAT opracowano m.in. spełniający medyczne standardy układ pobierania próbek.

Zestaw laboratoryjny opracowany przez zespół prof. dr hab. Tadeusza Stacewicza umożliwi prowadzenie wstępnych prac badawczych. Jednak do dalszych zaawansowanych testów potrzeba ok. 10 mln zł. Jak szacują naukowcy, dodatkowe środki finansowe pozwolą zbudować prototypy urządzenia oraz zbadać przydatność aparatu w zastosowaniach medycznych.

Zdaniem ekspertów z Uniwersyteckiego Ośrodka Transferu Technologii UW, pozyskiwanie środków na prowadzenie badań ułatwiłaby spółka typu spin-off. Dzięki niej zespół mógłby się powiększyć o inżynierów, specjalistów od marketingu i pracowników administracyjnych.

Transfer technologii poprzez spin-off

– Skuteczny detektor formaldehydu miałby zastosowanie nie tylko w medycynie. Potencjalnym obszarem zastosowań jest także przemysł i ochrona środowiska. Formaldehyd wykorzystuje się m.in. przy produkcji mebli, a że jest to środek szkodliwy dla zdrowia, Unia Europejska zapowiedziała wprowadzenie norm dla tego związku. Jeśli do tego dojdzie, potrzebne będą mierniki, które zapewnią powtarzalne wyniki i wystarczającą czułość, której nie zapewniają proste mierniki elektroniczne dostępne w handlu – mówi dr Robert Dwiliński, dyrektor UOTT UW, cytowany w informacji prasowej.

Jego zdaniem, w badaniu powietrza wydychanego przez człowieka tkwi ogromny potencjał. Początkowo wykorzystywana była do tego technika chromatografii gazowej. Pozwala ona oznaczać w wydychanym powietrzu nawet śladowe ilości wielu substancji, które są wytwarzane w procesach metabolicznych. Część z nich może być uznana za biomarkery. Wadą chromatografii gazowej jest jednak stosunkowo długi czas oczekiwania na wyniki. Dodatkowo, metoda ta nie sprawdza się w przypadku formaldehydu. Dlatego rozpoczęły się poszukiwania innych metod – jedną z nich jest spektrometria laserowa.

Uruchomienie projektu skoncentrowanego na wykrywaniu formaldehydu przy pomocy laserów było możliwe dzięki postępowi w optoelektronice. Na rynku istnieją lasery na konkretną długość fali, dopasowane do widm tych związków, które interesują naukowców. Małe lasery półprzewodnikowe zasilane są w nieskomplikowany sposób. W Polsce produkowane są też najlepsze na świecie fotodetektory w zakresie bliskiej i średniej podczerwieni.