Reklama.
Reklama.
Reklama.
Tomograf dla oczu
Lubi trudne wyzwania i zaczynanie od zera. Prof. Maciej Wojtkowski zmienił współczesną okulistykę, opracowując nową metodę badania oka. Doprowadził do produkcji urządzeń diagnostycznych, które zawojowały gabinety lekarzy na całym świecie.
Reklama.
Partnerem akcji jest PGNiG SA
Prof. Maciej Wojtkowski (rocznik 1975), fizyk medyczny, kieruje Zespołem Optycznego Obrazowania Biomedycznego, w Instytucie Fizyki, Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. Laureat stypendiów START w 2003 r. i HOMING w 2006 r. oraz Nagrody Fundacji na rzecz Nauki Polskiej (FNP) w 2012 roku w dziedzinie nauk matematyczno-fizycznych i inżynierskich.
Ewa Nieckuła: Za co dostał Pan polskiego Nobla, w 2012 roku?
Prof. Maciej Wojtkowski: Wraz z całym zespołem opracowaliśmy tomografię optyczną, nową metodę diagnostyczną, która świetnie się sprawdza w okulistyce.
Jak przebiegały prace nad tomografią optyczną?
Na początku lat 90-tych naukowcy ze Stanów Zjednoczonych i Austrii zauważyli, że do mierzenia odległości w strukturach tkanek żywych organizmów można wykorzystać pewne własności nowych źródeł światła, takich które dają krótkie impulsy. Po pewnych modyfikacjach udawało się otrzymać także pierwsze obrazy. Metodę służącą jedynie do pomiaru odległości przekształcono w technikę obrazową. Ta metoda pozwalała mierzyć odległość w oku i badać jego budowę. Szczególnie budowę siatkówki, która jest trudno dostępna, ponieważ leży na dnie oka. Siatkówka składa się z dość cienkich warstw, mających grubość włosa, czyli 50 -100 mikronów. W tych warstwach znajdują się komórki nerwowe i fotoreceptory - odpowiedzialne za rejestrację światła, wstępne tworzenie, filtrowanie obrazu i przesyłanie go do mózgu.
Co widać, gdy bada się siatkówkę tradycyjnymi metodami?
Niewiele. Warstwy siatkówki są przezroczyste, więc zauważymy jedynie to, co jest pod nimi.
A dzięki Pana metodzie?
Warstwy siatkówki widać w przekroju. Początkowo jednak uzyskiwano ziarnisty obraz, udawało się rozróżnić niewiele szczegółów. Przy takich ograniczeniach tomografia optyczna (czyli OCT) nie miała wielkich szans. Jeszcze jako student trafiłem do Austrii i zacząłem pracować nad rozwiązaniem alternatywnym do stosowanego w tym czasie. Zaobserwowałem, że technika, którą się zająłem może być bardziej czuła. Zwiększoną czułość mogłem przedefiniować na większą prędkość. Po powrocie do Torunia zbudowałem pierwszy układ. Dowiodłem, że rzeczywiście można zmierzyć i zbadać siatkówkę znacznie szybciej. Zaczęliśmy współpracę z Uniwersytetem Warszawskim. W tamtejszym laboratorium zrobiliśmy pierwszy eksperyment. Ale widziałem, że potrzebuję najlepszej aparatury na świecie, więc muszę się wybrać do najlepszego na świecie ośrodka naukowego.
Udało się?
Na międzynarodowej konferencji zapytałem prof. Jamesa Fujimoto z Massachusetts Institute of Technology, czy nie mógłbym u niego pracować. Kierował zespołem najbardziej zaawansowanym w rozwijaniu techniki OCT. Prof. Fujimoto jeszcze nie zdawał sobie sprawy z potencjału, jaki ma tomografia optyczna z detekcją fourierowską, którą się zajmowałem. Później przyznał, że miał naprawdę dużo szczęścia, że się wtedy pojawiłem.
Co Pan robił na MIT?
Miałem nieograniczony budżet, wszystkich ludzi do dyspozycji, mogłem naprawdę dynamicznie pracować. W ciągu miesiąca zbudowałem tomograf, w ciągu kolejnych dwóch udało się go przebudować. To był wyścig, zaczęliśmy mieć konkurencję na innych uczelniach. Na MIT spędziłem dwa lata, udało się udowodnić, że tomograf optyczny jest bardzo przydatny. Pokazaliśmy jego zupełnie nowe możliwości. Wiele firm zaczęło produkować to urządzenie na dużą skalę. Tomograf optyczny wypierał inne technologie diagnostyczne.
To prawdziwy przewrót
W 2006-2007 r., tomografia optyczna zrewolucjonizowała gabinety lekarskie. W niektórych krajach wprowadzono obowiązkowe badania okresowe z użyciem tego instrumentu.
Czy jest drogi?
Kosztuje tylko 150-300 tys. zł. Medycyna w bezwzględny sposób weryfikuje przydatność nowych metod. Muszą umrzeć, jeżeli w istotny sposób nie pomagają lekarzowi, nie dają dobrych wyników leczenia. Nawet jeśli są skuteczne, ale zbyt drogie, także się nie przyjmują, choćby nawet ratowały życie. Zbyt wysoki koszt produkcji urządzenia uniemożliwia jego wejście na rynek.
Jak tomograf optyczny zmienia codzienną praktykę lekarza?
Oko jest bardzo wrażliwym narządem, co prawda ma możliwość adaptacji, ale obszar, w którym widzimy ostro i kolorowo, jest niewielki. Każda fizyczna zmiana w tym polu zazwyczaj jest nieodwracalna. Tylko wczesne wykrywanie patologicznych zmian pozwala zapobiec ich pogłębianiu się. Do okulisty trafiamy zazwyczaj, gdy jest już za późno, bo choroba jest zaawansowana. Tomograf optyczny dzięki dużej dokładności, czułości, możliwości skanowania, oglądania tego samego punktu po roku, dwóch, trzech latach, umożliwia skuteczniejsze leczenie. Okulista nie tylko szybciej stawia diagnozę, ale także śledzi rozwój choroby, sprawdza działanie leków i efekty zabiegów chirurgicznych.
Na przykład?
Weźmy tak prostą przypadłość, jaką jest błona przedsiatkówkowa. Pojawia się u prawie każdego człowieka w wieku średnim. Ciało szkliste - galareta wypełniająca gałkę oczną - zaczyna się kurczyć w efekcie powolnej degradacji białek. Podczas tego obkurczania pociąga siatkówkę i oddziela się od niej. W siatkówce może powstać otwór. Nawet jeśli mamy szczęście i otwór nie powstanie, to wolną przestrzeń wypełnioną płynem surowiczym stopniowo zarasta nowa błona. Z czasem pogarsza się widzenie. Lekarz hamuje ten proces podając sterydy lub usuwa błonę przedsiatkówkową chirurgicznie. Tomograf optyczny umożliwia obserwowanie skuteczności leczenia na bieżąco, bo ze sterydami lepiej nie przesadzać.
Nowa metoda przydaje się także w diagnostyce jaskry. Podstawowym kryterium jest tu ocena grubości włókien nerwu wzrokowego. Dotychczasowa technika - polarymetria laserowa - generuje dużo fałszywych wyników. W wielu ośrodkach całkowicie zastąpiono ją tomografią optyczną. Metoda ta świetnie się też sprawdza w poszukiwaniu przyczyn schorzeń neurologicznych. Chociażby mikroskotomów, czyli mikrozaników w widzeniu. Bywają one spowodowane jakimś uszkodzeniem mikroskopowym siatkówki, ale czasem są skutkiem niszczenia nerwu wzrokowego przez powiększający się guz. Badanie tomografem optycznym rozwiewa wątpliwości, co do przyczyny problemu.
Tomografy optyczne „opanowują” naturalne drżenie ręki chirurga.
Jednym z takich zabiegów, w których są stosowane tomografy, jest właśnie usuwanie błony przedsiatkówkowej. Zwykle robi się to pod mikroskopem odrywając ją powoli, kawałek po kawałku. Oczywiście precyzja ruchów jest ograniczona i chirurg wyrywa też sporo elementów siatkówki. Produkowane są już aparaty, które pomagają monitorować i zautomatyzować ten zabieg, a przez to ograniczają zniszczenia siatkówki.
Pańska metoda przydaje się też poza okulistyką.
Tomograf optyczny pozwala określić intensywność przepływu krwi w naczyniach krwionośnych. Na tej podstawie ocenia się stopień zaawansowania chorób ogólnoustrojowych, nadciśnienia, czy cukrzycy. Badaniem ukrwienia zajmujemy się od roku 2008 r. Opracowaliśmy już metodę, a teraz kończymy budować urządzenie służące do analizy przepływu krwi w mikronaczyniach. Będzie nim można badać proces niszczenia siatkówki u chorych na cukrzycę.
Oglądał Pan także mózg gryzonia i neurony karalucha. Po co?
Tomograf optyczny to dobre narzędzie dla biologów. Na przykład ułatwia badanie problemów związanych z udarem mózgu. Teoretycznie są one dobrze poznane, ale do tej pory nie można było robić doświadczeń na zwierzętach w warunkach naturalnych, bez użycia skalpela. By sprawdzić, co się dzieje z naczyniami krwionośnymi, wycina się okienka w czaszce. Kości głowy u myszy, czy szczura są cienkie. Światło podczerwone dobrze je penetruje. Za pomocą tomografu można więc nie naruszając struktury czaszki, zobaczyć krew przepływającą w naczyniach krwionośnych na powierzchni kory mózgowej. Tego jeszcze nikt nie robił.
A komórki nerwowe karalucha?
Ten owad ma modelowy, „dopieszczony” przez ewolucję układ dużych neuronów. Próbujemy opracować metody, które umożliwią obserwowanie ich aktywności. Dobrze byłoby zobaczyć, czy i w jaki sposób działają fotoreceptory siatkówki, zanim nastąpią zmiany w ich budowie spowodowane chorobą.
W jakimś laboratorium udało się nawet w czasie rzeczywistym obserwować dynamikę pracy czopków i pręcików. W procesie widzenia powstaje dużo toksycznych odpadów. Toksyny powstające w innych narządach są odprowadzane przez naczynia krwionośne, ale w siatkówce, to nie jest możliwe. Szkodliwe substancje muszą być gdzieś składowane. Takim magazynem odpadów chemicznych jest najbardziej zewnętrzna części siatkówki, czyli nabłonek barwnikowy. Wcześniej jednak toksyny są zamykane w kapsule z błony lipidowej. Fachowo ten proces nazywany jest fagocytozą. Dzięki tomografii optycznej wiadomo w jakim tempie przebiega w ciągu doby.
W jakimś laboratorium udało się nawet w czasie rzeczywistym obserwować dynamikę pracy czopków i pręcików. W procesie widzenia powstaje dużo toksycznych odpadów. Toksyny powstające w innych narządach są odprowadzane przez naczynia krwionośne, ale w siatkówce, to nie jest możliwe. Szkodliwe substancje muszą być gdzieś składowane. Takim magazynem odpadów chemicznych jest najbardziej zewnętrzna części siatkówki, czyli nabłonek barwnikowy. Wcześniej jednak toksyny są zamykane w kapsule z błony lipidowej. Fachowo ten proces nazywany jest fagocytozą. Dzięki tomografii optycznej wiadomo w jakim tempie przebiega w ciągu doby.
Pojawiły się i zupełnie niemedyczne zastosowania
Mój kolega, prof. Piotr Targowski znalazł ciekawą niszę zastosowania tomografii optycznej do badania dzieł sztuki. Rozwija tę metodę we współpracy z konserwatorami sztuki. Tak jak siatkówka, obraz ma warstwy. Można „bezinwazyjnie” oglądać kolejność ich nakładania, kompozycję, grubość, w tym także określić datę złożenia podpisu. I w ten sposób potwierdzić oryginalność obrazu lub wykryć fałszerstwo. Prof. Targowski badał już tą metodą obrazy Leonarda da Vinci znajdujące się we Florencji oraz Ołtarz Gandawski braci van Dyck.
Dlaczego wrócił Pan do Polski?
Widziałem możliwości rozwoju, może nie lepsze niż w Stanach, ale inne. Wracając już z Austrii, jako młody chłopak po magisterium, chciałem stworzyć zespół na wzór zachodnioeuropejski. Nie musiałem przekonywać to tego pomysłu mojego szefa - prof. Kowalczyka, bo on także czuł taką potrzebę. W Wiedniu zobaczyłem, jak działa zespół złożony z ludzi o różnych kompetencjach. Nikt tam nie był omnibusem, nawet bardzo młodym naukowcom powierzano odpowiedzialne zadania. Taki zespół zaistniał w Toruniu i wiedziałem, że mam w nim swoje miejsce. Poza tym zgłosili się do mnie partnerzy przemysłowi, zainteresowani wdrożeniem technologii tomografii optycznej w Polsce. Oni także gorąco mnie namawiali do powrotu. Zaczynanie od zera jest bardzo atrakcyjnym wyzwaniem. Gdybym był turystą, który zwiedza świat jeżdżąc autokarem, to pewnie zostałbym w Stanach. Ale ja należę do tych, którzy biorą plecak i idą na przełaj.
Polska produkuje własne tomografy optyczne?
Producentem została mała firma z Zawiercia, która na początku nie była świadoma wyzwania, jakie przed sobą stawia. Tak to już chyba jest, że podejmujemy się trudnych zadań, nie do końca orientując się, na co się porywamy. Zrobiliśmy wspólnie drugą wersję urządzenia, potem trzecią. Firmą zainteresował się koncern japoński i w końcu ją przejął, ale fabryka w Polsce została.
Jak wygląda zaopatrzenie naszych przychodni i szpitali w te urządzenia?
Ma je każdy większy ośrodek.
Reklama.