Odkrycia naukowe w okulistyce pozwoliły badaczom na rozwiązanie wielu skomplikowanych problemów związanych z procesem widzenia, diagnozowania i leczenia i chorób siatkówki oka. Ogromny postęp w tej dziedzinie nie wyjaśnił jednak wszystkich zagadek, nad którymi naukowcy intensywnie pracują. Dogłębnym zbadaniem dynamiki i plastyczności ludzkiego oka zajmują się światowej klasy uczeni w Międzynarodowym Centrum Badań Oka, które powstało w tym roku przy Instytucie Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk.
Kluczowym wyzwaniem dla kierownika Centrum, prof. dr hab. Macieja Wojtkowskiego z Zakładu Chemii Fizycznej Układów Biologicznych ICF PAN będzie opracowanie narzędzi diagnostycznych dla przełomowych terapii siatkówki oka.
– Badania naukowe pana profesora doprowadziły do zrewolucjonizowania współczesnej diagnostyki siatkówki oka i do wprowadzenia przed kilkoma laty najnowszej generacji obrazowania OCT. Jako wybitny polski fizyk i wizjoner o międzynarodowym autorytecie, dokonał pan już niejednego przełomu. Czy kolejne pańskie prace związane są z dalszym rozwojem tych technologii?
– W diagnostyce okulistycznej spektralna tomografia optyczna, którą zajmuję się już od wielu lat, pozwala na jednoczesną bezinwazyjną ocenę struktury siatkówki i stanu mikrokrążenia. Umożliwia precyzyjne obrazowanie poszczególnych warstw tkanek oka. Od dłuższego czasu ta metoda jest już powszechnie stosowana do wykrywania i monitorowania chorych oczu z wysiękową postacią zwyrodnienia plamki związanego z wiekiem oraz pacjentów z innymi chorobami naczyniowymi siatkówki takimi jak retinopatia cukrzycowa, zakrzepy czy zatory naczyń siatkówki. Oko jest dla nas bardzo wdzięcznym obiektem do badań, w których używamy światła jako źródła informacji. Dla badaczy bardzo istotne jest obecnie, żeby coraz głębiej wnikać w tkankę i poznawać więcej szczegółów na poziomie komórkowym. Wśród kilku tysięcy komórek, chcielibyśmy zidentyfikować pojedynczą w obrazie o wysokiej rozdzielczości.
– Nauka jeszcze do tego nie doszła?
– Jeszcze nie, chociaż są pewne specyficzne komórki, które można zobrazować, ale z większością na razie to się nie udało ponieważ, one są poukładane w organizmie nieregularnie. Tworzą tkanki, ale ich struktura powoduje silne rozpraszanie światła. W związku z tym jest dużo problemów, żeby dotrzeć z tym światłem i odtworzyć tę strukturę trójwymiarowo w sposób prawidłowy. W naszych poprzednich badaniach zajmowaliśmy się tomografią optyczną, wykorzystywaną w aparaturze OCT i dzięki tym pracom udało się mocno przyspieszyć kolejne działania i szybciej osiągnąć sukces w terapeutyce. Zajmowaliśmy się tym jeszcze na Uniwersytecie Mikołaja Kopernika w Toruniu. Teraz chcemy zrobić krok dalej, żeby zejść do poziomu komórkowego. Nasze prace idą dwutorowo. Związane są z poprawą jakości obrazowania w metodach tomograficznych, ale dotyczą także rozwiązania szeregu problemów morfologicznych, aby zobaczyć pojedyncze komórki. Musieliśmy zrozumieć lepiej optykę oraz ograniczenia fizyczne i techniczne jakie występują i zaproponować sposoby ich obejścia.
– Te prace nadal trwają?
– Pewien etap już się zakończył, ale zajęło nam 6 lat, żeby zaproponować coś nowe rozwiązanie, które prowadzi do oglądania komórek. Wprowadziliśmy nowe techniki, umożliwiające pozbycie się niepożądanych efektów, które nam to utrudniały. Interdyscyplinarna grupa badaczy prowadzi badania na różnych poziomach: podstawowym, aplikacyjnym i wdrożeniowym. Staramy się zajmować całym spektrum, co z punktu organizacyjnego jest niełatwe. Wymaga to bowiem ogromnej i niezwykle zaawansowanej wiedzy eksperckiej i dużej grupy badawczej. Ściśle współpracujemy w tym zakresie z naszymi partnerami amerykańskimi, przede wszystkim z prof. Krzysztofem Palczewskim ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine w USA, z którym prowadzimy badania nad możliwością obrazowania tych elementów, które biorą udział w procesie widzenia w oku. Wspólnie z prof. Palczewskim, który jest jednym z najlepszych chemików w Stanach Zjednoczonych, zainicjowaliśmy powołanie Międzynarodowego Centrum Badań Oka, przy Instytucie Chemii Fizycznej PAN. Z Fundacji na rzecz Nauki Polskiej w październiku otrzymaliśmy 35 mln zł z ramach programu Międzynarodowych Agend Badawczych (MAB) na realizację naszych zamierzeń.
– Na jakich badaniach koncentrują się uczeni w MCBO?
– Docelowo w naszym ośrodku będzie pracować pięć niezależnych grup, złożonych z międzynarodowych ekspertów, prowadzących badania z obszaru optyki stosowanej, nowych technologii, inżynierii, chemii, biofizyki, biologii i medycyny. Jedno z kluczowych zadań MCBO polega na opracowaniu nowych terapii siatkówki oka oraz narzędzi diagnostycznych do identyfikowania schorzeń groźnych dla procesu widzenia. Pojawiają się nowe odkrycia wydłużające żywotność oka u osób z chorobami degeneracyjnymi i uszkodzonym nabłonkiem barwnikowym, ale brakuje skutecznych metod wizualizacji mikrostruktury siatkówki do oceny efektywności leczenia.
– Jaką rolę pełni nabłonek barwnikowy w procesie widzenia?
– Nabłonek barwnikowy to jest pojedyncza warstwa komórek ułożonych obok siebie, który pełni bardzo ważną funkcję, ponieważ obsługuje całą maszynerię widzenia. Bez nabłonka barwnikowego nie będą działać fotoreceptory. To jest kompleks metaboliczny, który razem pracuje – czyli fotoreceptory, nabłonek barwnikowy i naczynia kapilarne naczyniówki. Jeżeli jeden element wypadnie na skutek zwyrodnienia związanego z wiekiem, to obumrą również dwa pozostałe. Uszkodzony element można jednak wyhodować z komórek macierzystych na specjalnych mikroprzepływowych podłożach na zewnątrz i potem go wszczepić pacjentowi w miejsce wyciętego kawałka siatkówki.
– Takie zabiegi są już w praktyce wykonywane?
W szpitalu okulistycznym w Londynie lekarze to robią, ale chcieliby wiedzieć co się dzieje z tymi komórkami wszczepionymi. Jak one funkcjonują, czy umierają, ile przeżyje, jak one będą się dzielić i rozwijać. Do tego potrzebne są narzędzia, żeby ocenić skuteczność tych nowych terapii. Opracujemy je we współpracy z prof. Krzysztofem Palczewskim. Te narzędzia umożliwią ocenę nie tylko aspektów morfologicznych, ale również czynnościowych poszczególnych komórek siatkówki. Stworzy to nowe możliwości dla okulistyki, poprzez dostarczenie informacji na temat zmian czynnościowych związanych z wiekiem czy z prowadzonym leczeniem farmakologicznym. 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.
– W tych badaniach wykorzystane zostaną doświadczenia prof. Palczewskiego, który od lat zajmuje się farmakologią okulistyczną?
– Oczywiście, ponieważ efekty badań prowadzonych na Uniwersytecie Kalifornijskim przez profesora i jego zespół są niezwykle obiecujące. Udało się przywrócić wzrok zwierzętom, u których wystąpiły mutacje takie, jak u pacjentów cierpiących na retinopatię barwnikową i inne mutacje wrodzone prowadzące do ślepoty. Połączenie innowacyjnych metod wizualizacji siatkówki oraz najnowszych odkryć w dziedzinie farmakologii pozwoli nam na zaproponowanie alternatywnych metod leczenia skomplikowanych chorób siatkówki. Chcemy opracować nowe terapie, ingerujące w różne biochemiczne ścieżki odpowiedzialne za proces widzenia, a także robota do podawania zastrzyków do gałki ocznej w schorzeniach plamki. Wyzwań mamy na 5 lat , ale dzięki kompleksowo opracowanemu planowi badań oraz dobrej organizacji pracy wszystkich ekspertów zaangażowanych w projekt zespołów badawczych, na pewno część prac zakończymy wcześniej. Mamy partnerstwo z centrum badawczo – rozwojowym Oculomedica dra n. med. Bartosza Sikorskiego, który nas wspiera swoją medyczna wiedzą. Jest jednym z unikatowych przykładów okulisty-praktyka, bardzo mocno angażującego się naukowo i dzięki tej współpracy będziemy mieli dostęp do pacjentów. To nam umożliwi przetestowanie naszych rozwiązań w praktyce i przeprowadzenie wstępnych badań przedklinicznych. Pracowaliśmy już wielokrotnie nad różnymi projektami, które zakończyły się sukcesem i jestem przekonany, że tym razem będzie podobnie i nasze badania otworzą bezprecedensowe i wyjątkowe możliwości dla światowej okulistyki.
Dziękuję za rozmowę
Z prof. dr hab. Maciejem Wojtkowskim rozmawiała Jolanta Czudak
