Diament rozpozna grypę

Diament rozpozna grypę

Badania kliniczne bioczujnika rozpoczną się pod koniec roku

Dr hab. inż. Robert Bogdanowicz – profesor w Katedrze Metrologii i Optoelektroniki na Wydziale Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki Politechniki Gdańskiej, kierownik laboratorium i członek rady działającej w Centrum Zaawansowanych Technologii „Pomorze”, które powstało w ramach Programu Operacyjnego „Innowacyjna Gospodarka”.

Jesienią zeszłego roku pojawiły się doniesienia, że polsko-amerykański zespół naukowców pod pana kierunkiem stworzył diamentowy bioczujnik, który w ślinie pacjenta wykryje patogeny wywołujące grypę. Jak długo trwały prace nad tym urządzeniem?
– Pracowaliśmy nad tym projektem przez ostatnie dwa lata. Ukończyliśmy go na wiosnę 2017 r. Potem zaczęło się raportowanie, patentowanie, a uczelnia zajęła się promocją. Badania prowadziliśmy równolegle z zespołem dr. inż. Dawida Nidzworskiego z firmy SensDx. Z tą różnicą, że oni w bioczujniku Flu Sens zastosowali złoto, a my diament. Jesteśmy ze sobą w ścisłym kontakcie. Firma SensDx, którą założył Dawid Nidzworski, modyfikuje wytwarzane w naszym laboratorium powierzchnie diamentowe, żeby reagowały na wirus grypy, który my potem możemy elektrycznie wykrywać.

Jaki udział w wynalazku mieli Amerykanie?
– W 2015 r. otrzymałem stypendium Fulbrighta w California Institute of Technology w grupie prof. Williama Goddarda. Pracowałem tam nad hybrydowymi 3D strukturami diamentowymi. Amerykanie wsparli nas doświadczeniem i obliczeniami, które pomogły potwierdzić wysoką precyzyjność diamentowego sensora wykrywającego wirusy.

Jak będzie wyglądać i działać ten czujnik?
– Czujnik z całą elektroniką będzie miał wielkość glukometru. Na wymienną, jednorazową końcówkę wystarczy nanieść próbkę śliny czy wydzieliny z nosa i poczekać chwilę na wynik. Na tej płytce – podłożu z diamentu – osadzony jest łącznik chemiczny, który umożliwia dołączenie przeciwciał. Przeciwciała wychwytują białka, które powtarzają się we wszystkich szczepach grypy. Jeśli pojedyncze białko natrafi na przeciwciało, zmieniają się parametry elektryczne i sensor pokazuje, że pojawiła się infekcja. Jeśli sygnał tła jest niski, wirusa nie ma. Bioczujnik może wykryć wirusa nawet we wczesnym stadium choroby. Wyobraźmy sobie, że w przychodni w sezonie grypowym jeszcze przed wejściem pielęgniarka robi pacjentowi test za pomocą czujnika i od razu izoluje osobę zarażoną, chroniąc w ten sposób innych. Kilka lat temu głośna była w Trójmieście sprawa pojawienia się wirusa grypy na jednym z dziecięcych oddziałów onkologicznych. Ordynator tego oddziału natychmiast zdecydowała o przeniesieniu dzieci chorych onkologicznie do innej placówki. Spotkało się to z ostrą krytyką, a szpital zapłacił kary finansowe. Powód – nie było wystarczająco pewnego dowodu na to, że na oddziale rzeczywiście był wirus grypy. W takiej sytuacji natychmiastowy wynik z bioczujnika rozwiałby wątpliwości i ułatwił pracę lekarzom. To precyzyjniejsza i szybsza alternatywa niż dostępne obecnie testy na grypę, na których wyniki trzeba czekać kilka dni.

Jaki będzie koszt bioczujnika? Według informacji medialnych koszt urządzenia Flu Sens ma wynieść ok. 100 zł, a jednorazowej elektrody do badania – 10-20 zł.
– Będziemy celowali w podobną cenę. To nie są wielkie pieniądze. Zwłaszcza wziąwszy pod uwagę fakt, że urządzenie kupujemy tylko raz, a po każdym badaniu musimy wymieniać jedynie końcówkę, pasek sensoryczny. A przecież na grypę chorujemy przeciętnie raz, dwa razy w roku.

Czy urządzenie przeszło już badania kliniczne? Dawid Nidzworski w rozmowie z PRZEGLĄDEM w maju 2016 r. mówił, że na pierwszy etap badań bioczujnika Flu Sens potrzeba 2-3 mln zł, ponieważ próba musi być przeprowadzona na co najmniej 10 tys. osób.
– Badania kliniczne naszego diamentowego bioczujnika rozpoczną się pod koniec roku. Będą prowadzone wspólnie z firmą SensDx. Przy testowaniu urządzeń obowiązują inne procedury niż wymagane w przypadku wprowadzania na rynek nowego leku. Bioczujnik jest sprawdzany głównie pod kątem precyzyjnej diagnozy. Wiem, że grupa docelowa została już zweryfikowana i trwają intensywne przygotowania. Certyfikacją zajmuje się firma SensDx. Otrzymanie odpowiedniego certyfikatu jest warunkiem wejścia urządzenia na rynek. Myślę, że nastąpi to najpóźniej na przełomie lat 2019/2020.

Dlaczego diament, a nie złoto?
– Z punktu widzenia pacjenta to, czy w bioczujniku będzie zastosowane złoto, czy diament, nie ma żadnego znaczenia. Ważne, by był precyzyjny. W 2007 r. pierwsze badania nad diamentem jako materiałem elektrochemicznym prowadzili Szwajcarzy w Lozannie. Potem eksperymenty w tej dziedzinie przejęli Belgowie oraz Brytyjczycy i Amerykanie. Diament jest eksploatowany jako sensor elektrochemiczny, gdyż nie powoduje rozkładu wody. To bardzo ważne, ponieważ większość substancji biologicznych zawiera wodę. Pomiarów nie zakłóca też obecność innych bakterii czy grzybów standardowo pojawiających się w jamie ustnej. Taką wysoką precyzję uzyskaliśmy właśnie dzięki zastosowaniu powierzchni diamentowych. Z punktu widzenia elektrochemicznego diament jest lepszy niż złoto, bardziej czuły i stabilny. Jest co prawda droższy i znacznie trudniejszy do wytworzenia, ale można dostosować jego produkcję do zapotrzebowania.

Jak powstają powierzchnie diamentowe?
– Diament, którego używamy do płytek sensorycznych w bioczujnikach, jest wytwarzany sztucznie. Generalnie wszystko, co ma dużo węgla, można przemienić w diament. Brytyjczycy robią syntetyczny diament z whisky, a Meksykanie z tequili, my natomiast z metanu. Cała komplikacja polega na tym, że aby wyprodukować sztuczny diament, trzeba mieć specjalną maszynę, taką wielką „mikrofalówkę”, w której uzyskuje się temperaturę maksymalną do 1000 st. C. Ta maszyna, czyli stanowisko technologiczne CVD, jak nazwali ją lubujący się w skrótach Amerykanie, jest w cenie dobrego mercedesa, kosztuje 800 tys. dol. Do naszego projektu została zakupiona z regionalnego funduszu marszałkowskiego wspierającego gospodarkę. Widziała ją pani w laboratorium. Nad syntezą diamentu pracował przy niej Mateusz Ficek, jeden z członków zespołu, którym kieruję. Syntetycznym diamentem, wytworzonym w maszynie, pokrywamy krzem półprzewodnikowy i tak powstaje powierzchnia diamentowa, która potem jest odpowiednio modyfikowana pod kątem np. wirusa grypy. Warstwy diamentowe mają grubość mikrometrów.

Ile osób pracuje w pana zespole?
– Zespół Nanodiament liczy 10 osób. Są w nim chemicy, fizycy, biotechnolodzy, elektronicy. W tworzeniu takiego interdyscyplinarnego zespołu przeszkadzają wciąż mało elastyczne przepisy prawne. Mimo tych trudności władze politechniki starają się nas wspierać. Jako samodzielny pracownik naukowy mam wolną rękę, mój czas pracy nie jest ściśle normowany. Ale w innych ośrodkach bywa różnie, nie zawsze samodzielny pracownik naukowy jest w pełni samodzielny.

Z jakimi innymi problemami się borykacie?
– Na pewno największą bolączką jest finansowanie. W Polsce nie ma kapitału prywatnego, który inwestowałby w wynalazki. Inaczej jest w USA, tam duże firmy posiadające nadwyżkę środków chętnie lokują ją w nowych przedsięwzięciach. To wynika także z amerykańskiej mentalności, cała gospodarka tego kraju zbudowana jest na ryzyku, tam panuje dobry klimat dla innowacji. W przypadku naszego projektu jego stroną biznesową zajmuje się firma SensDx. Dawid Nidzworski jest nie tylko biznesmenem, ale i naukowcem, dzięki czemu lepiej się rozumiemy i komunikujemy. Jego start-up został wyróżniony w programie Komisji Europejskiej i zdobył prawie 15 mln zł z funduszy UE na różne biosensory. Firma pozyskała też inwestora strategicznego, którym jest grupa medyczna Neuca. Otrzymaliśmy również środki z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. Chcemy cały projekt realizować w Polsce, choć czas nas goni.

W styczniu 2018 r. weszła w życie tzw. druga ustawa o innowacyjności, zwiększa ona ulgę podatkową dla przedsiębiorców na działalność badawczo-rozwojową i umożliwia tworzenie przez uczelnie spółek do zarządzania infrastrukturą badawczą. Czy poprawi to sytuację innowatorów?
– Mamy ogromne zapóźnienia wynikające z przyczyn historycznych. W PRL prywatnego sektora właściwie nie było, nie zostały wypracowane formy współdziałania nauki i gospodarki. Lecz zmiany na lepsze powoli następują, widzę to choćby na przykładzie mojej uczelni. W 2014 r. do ustawy Prawo o szkolnictwie wyższym wpisano przepisy o tzw. uwłaszczeniu naukowców. Zgodnie z nimi jeśli uczelnia w określonym terminie nie podejmie się komercjalizacji wynalazku, prawa do niego przejmuje naukowiec. Jeśli zaś uczelnia zdecyduje się na komercjalizację, wynalazcy przysługuje 50% środków uzyskanych z tej komercjalizacji. Wiele krajów europejskich przodujących w innowacyjności uregulowało kwestię uwłaszczenia już dawno. Mam nadzieję, że te zapisy oraz ustawy o innowacyjności stworzą dobry klimat dla innowatorów w naszym kraju.

Nad jakimi innymi projektami pracuje pana zespół ?
– Mamy plan na najbliższe trzy-cztery lata. Po pierwsze, pracujemy nad różnymi bioczujnikami, wykrywającymi nie tylko wirusa grypy, lecz także inne patogeny. Po drugie, współpracujemy z Wojewódzkim Funduszem Ochrony Środowiska w Gdańsku w zakresie utylizacji odpadów. Diament umożliwia wykrywanie i utylizowanie toksycznych substancji. Rozkłada elektrycznie toksyny, zwłaszcza te najbardziej niebezpieczne, wyciekające ze składowisk np. do wód powierzchniowych czy cieków wodnych. Po trzecie, bierzemy udział w programie sponsorowanym przez NATO dotyczącym wykrywania materiałów wybuchowych dzięki właściwościom diamentu. Po czwarte, w powiązaniu z Narodowym Centrum Nauki w Krakowie pracujemy nad nowymi materiałami do interakcji elektro-biologicznych, badamy interakcję fosforenu z materiałami biologicznymi, różnymi układami białkowymi, głównie ludzkimi. Można sobie wyobrazić, co jest oczywiście pieśnią przyszłości, że fosforen będzie mógł być stosowany w układach nanoszonych na skórę lub w implantowanych biosensorach, monitorujących nawet najintymniejsze procesy biologiczne.

Czy powstanie kiedyś bioczujnik wykrywający raka?
– Pracujemy nad tym, by wykrywać za pomocą biosensorów wiele innych chorób, nie tylko infekcyjnych, również nowotwory. W tym celu nawiązujemy współpracę z różnymi grupami naukowymi zajmującymi się nowotworami i wierzymy, że w przyszłości wspólnie stworzymy takie rozwiązanie.

Jak pan godzi życie rodzinne z pracą naukowca i wynalazcy?
– Jestem podzielny, robię trzy rzeczy naraz. To wcale nie oznacza, że żyję w jakimś chaosie. Dzień mam zorganizowany. Wstaję o godz. 6 rano. O godz. 9 jestem na uczelni, pracuję do 18. Czas między godz. 18 a 21 poświęcam rodzinie. Potem do godz. 2 w nocy siedzę przy komputerze, przygotowuję publikacje, raporty. Ten rytm zaburzają wyjazdy, np. w tym tygodniu musiałem dwa razy wyjechać do Warszawy. Dbam też o kondycję fizyczną, na wiosnę zacznę dojeżdżać do pracy rowerem. Czasem najlepsze pomysły wpadają do głowy podczas aktywności fizycznej. Nieraz z kolegami naukowe kwestie omawiamy podczas joggingu. Jeśli słoneczna zima się utrzyma, to w weekend wybiorę się z żoną, córką i synem na sanki, na Kaszuby.

Wydanie: 9/2018

Kategorie: Nauka

Napisz komentarz

Odpowiedz na treść artykułu lub innych komentarzy