Umiemy zmierzyć zużycie serca

Tadeusz Maliński | O medycznych nanoczujnikach opowiada ich wynalazca, polski chemik pracujący w USA.

Publikacja: 04.07.2016 18:33

Prof. Tadeusz Maliński kieruje Laboratorium Nanomedycyny Uniwersytetu Ohio

Prof. Tadeusz Maliński kieruje Laboratorium Nanomedycyny Uniwersytetu Ohio

Foto: materiały prasowe

Rz: W pana pracach wyraźnie widać zainteresowanie jednym związkiem chemicznym: tlenkiem azotu. Dlaczego?

prof. Tadeusz Maliński, dziekan wydziału chemii i biochemii Uniwersytetu Ohio: To substancja o wyjątkowym znaczeniu dla ludzkiego organizmu, która długi czas lat uchodziła uwagi lekarzy i biologów. Dopiero w latach 80. XX wieku zorientowano się, że może ona występować w układzie krwionośnym. Była to śmiała hipoteza, bo tlenek azotu uważany jest za substancją toksyczną. I wtedy właśnie ja i mój zespół postanowiliśmy tę hipotezę sprawdzić, skonstruowaliśmy maleńki czujnik, który może bezpośrednio zmierzyć stężenie tlenku azotu w pojedynczej komórce. Było to w 1992 roku. Najpierw udało nam się dokonać pomiaru na powierzchni komórki, a potem okazało się, że możemy zmierzyć stężenie tlenku azotu w całym układzie krwionośnym łącznie z sercem. Był to także początek nanomedycyny, dziedziny, która teraz rozwija się bardzo intensywnie. Dziś na takie maleńkie czujniki, sto razy mniejsze od średnicy włosa, mówi się nanosensory, choć kiedy myśmy zaczynali nasze prace nie było jeszcze tego słowa.

Mówi pan, że tlenek azotu to substancja toksyczna, a mimo to ważna dla ludzkiego organizmu?

Toksyczna jest w wysokim stężeniu. W niższych stężeniach (nanomolarnych) jest bardzo pożyteczna, ważna dla funkcjonowania układu krwionośnego. Tlenek azotu wyścieła naczynia krwionośne – utrudnia rozmaitym substancjom, np. cholesterolowi, przyczepianie się do ich ścianek. Tlenek azotu także reguluje rozkurcz naczyń. Jedno i drugie powoduje, że jego niedobór prowadzi do chorób układu krążenia, przede wszystkim do nadciśnienia. Jest też ważna dla układu nerwowego, kluczowa dla funkcjonowania pamięci. W zdrowym mózgu jest jej dużo, w mózgu osoby z III lub IV stadium choroby Alzheimera – prawie wcale.

Pański zespół skonstruował nanosensor do mierzenia stężenia tlenku azotu. Jak taki nanosensor się konstruuje? Skoro można go wprowadzić do komórki, to jest on maleńki, więc nie sposób go zrobić rękami.

Buduje się najpierw małe manipulatory, roboty, które z kolei budują sensor. Jest to interdyscyplinarna dziedzina. W moim zespole są nie tylko lekarze i przedstawiciele nauk medycznych, ale też chemicy, fizycy, inżynierowie.

A jak czujnik wykrywający tlenek azotu działa?

Jego sercem jest substancja, która selektywnie, przy spotkaniu z zadaną cząsteczką, generuje prąd elektryczny. Ten słaby prąd, rzędu pikoampera (jednej bilionowej ampera), jest proporcjonalny do liczby spotkań czujnika z interesującą nas cząsteczką. Trzeba teraz tylko sprytnie przesłać ten prąd i zarejestrować jego wartość.

W jaki sposób czujnik wykrywający obecność tlenku azotu w organizmie zmienił naszą wiedzę biologiczną i medyczną?

Mierząc stężenie tlenku azotu w pojedynczej komórce możemy ustalić stopień „zużycia" układu krwionośnego. Możemy określić np. jak długo badane serce może jeszcze funkcjonować. Przeprowadzamy takie pomiary w przypadku serc przeznaczonych do przeszczepu i widzimy, że to „zużycie serca" jest powiązane z waskulopatią, chorobą tętnic wieńcowych przeszczepionego serca. Aby dokładnie określić stopień zużycia układu krwionośnego należy jeszcze wyznaczyć stężenie co najmniej dwóch innych cząsteczek, anionorodnika ponadtlenkowego (O2-) oraz jonu nadtlenku azotynu (ONOO-). Ten drugi jest produktem reakcji tlenku azotu z tym ponadtlenkiem, a oba, jako silne utleniacze, są wysoce szkodliwe w układach biologicznych. Istotna dla życia jest odpowiednia proporcja pomiędzy tlenkiem azotu i jego szkodliwymi kuzynami – których stężenie też potrafimy mierzyć naszymi sensorami. Prowadziliśmy badania, w których widać, że ta proporcja między tlenkiem azotu a silnymi utleniaczami jest wspólnym mianownikiem chorób współczesnej cywilizacji: nadciśnienia, cukrzycy, chorób Alzheimera i Parkinsona, zawału serca, udaru mózgu.

Czy można temu jakoś zapobiec, jakoś to cofnąć?

Dużo się teraz mówi o przeciwutleniaczach, które unieszkodliwiają wolne rodniki. Ale dieta bogata w przeciwutleniacze jest w stanie tylko odrobinę opóźnić opisany tu proces i to jedynie wtedy, gdy stosować ją będziemy bardzo długo. Przeciwutleniaczy nie można traktować jako terapii zaawansowanej choroby. Jest jednak inny sposób. Można spróbować wpływać na enzymy kierujące wytwarzaniem tlenku azotu i jego szkodliwych pochodnych. Dzięki temu można by podwyższyć stężenie tego pierwszego i obniżyć stężenie tych ostatnich. Kończymy właśnie badania nad możliwością takiej terapii.

Jakie mogą być zastosowania waszych badań?

Najważniejszym i przełomowym będzie zastosowanie nanomedycznych metod do wczesnej, precyzyjnej diagnozy chorób układu krążenia na podstawie analizy pojedynczej komórki śródbłonka. Taka diagnoza w połączeniu z analizą genów i „celowaną terapią" przyczyni się do zmniejszenia śmiertelności z powodu tych chorób. Myślę, że za kilka lat czujniki mierzące „zużycie" układu krwionośnego trafią do użytku. I będzie to badanie powszechne, jak dziś badanie poziomu cholesterolu.

— rozmawiał Łukasz Kaniewski

Rz: W pana pracach wyraźnie widać zainteresowanie jednym związkiem chemicznym: tlenkiem azotu. Dlaczego?

prof. Tadeusz Maliński, dziekan wydziału chemii i biochemii Uniwersytetu Ohio: To substancja o wyjątkowym znaczeniu dla ludzkiego organizmu, która długi czas lat uchodziła uwagi lekarzy i biologów. Dopiero w latach 80. XX wieku zorientowano się, że może ona występować w układzie krwionośnym. Była to śmiała hipoteza, bo tlenek azotu uważany jest za substancją toksyczną. I wtedy właśnie ja i mój zespół postanowiliśmy tę hipotezę sprawdzić, skonstruowaliśmy maleńki czujnik, który może bezpośrednio zmierzyć stężenie tlenku azotu w pojedynczej komórce. Było to w 1992 roku. Najpierw udało nam się dokonać pomiaru na powierzchni komórki, a potem okazało się, że możemy zmierzyć stężenie tlenku azotu w całym układzie krwionośnym łącznie z sercem. Był to także początek nanomedycyny, dziedziny, która teraz rozwija się bardzo intensywnie. Dziś na takie maleńkie czujniki, sto razy mniejsze od średnicy włosa, mówi się nanosensory, choć kiedy myśmy zaczynali nasze prace nie było jeszcze tego słowa.

2 / 3
artykułów
Czytaj dalej. Subskrybuj
Zdrowie
Choroby zakaźne wracają do Polski. Jakie znaczenie mają dziś szczepienia?
Materiał Promocyjny
Wykup samochodu z leasingu – co warto wiedzieć?
Zdrowie
Peru: Liczba ofiar tropikalnej choroby potroiła się. "Jesteśmy w krytycznej sytuacji"
Zdrowie
W Szwecji dziecko nie kupi kosmetyków przeciwzmarszczkowych
Zdrowie
Nerka genetycznie modyfikowanej świni w ciele człowieka. Udany przeszczep?
Zdrowie
Ptasia grypa zagrozi ludziom? Niepokojące sygnały z Ameryki Południowej