16.09.2019
PL EN
27.06.2019 aktualizacja 27.06.2019

Co z tego wyrośnie... na elektrodach

Źródło: dr Emilia Witkowska Nery Źródło: dr Emilia Witkowska Nery

Nowatorski system hodowania komórek może usprawnić testowanie leków i tworzenie modeli chorób. Dr Emilia Witkowska Nery proponuje, by wysiewać komórki wprost na trójwymiarowym podłożu z elektrodami. Pracuje nad czujnikami, które dostarczą informację wprost ze środka hodowli; zasygnalizują, czy substancja lecznicza działa, czy nie.

Badaczka z Instytutu Chemii Fizycznej PAN została wyróżniona w tegorocznej edycji programu stypendialnego START Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. W programie Lider Narodowego Centrum Badań i Rozwoju opracowuje system czujników, który znajdzie zastosowanie m.in. w przesiewowych badaniach leków.

HODOWLA NA SZKIEŁKU NIJAK SIĘ MA DO ORGANIZMU

Jako liderka projektu badawczego dr Emilia Witkowska Nery pracuje nad naczyniem hodowlanym, umożliwiającym wzrost komórek w trzech wymiarach i ich jednoczesną analizę. Podkreśla, że komórki hodowane w trzech wymiarach czyli w żelu albo w gąbce pozwalają uzyskać dużo lepsze wyniki badań.

Badaczka tłumaczy, że standardowo w laboratoriach stosuje się hodowle płaskie. W porównaniu z nimi, te trójwymiarowe pozwalają na uzyskanie warunków znacznie bardziej zbliżonych do tych obserwowanych w żywym organizmie. A jednak, pomimo ponad 50 lat prac nad nowymi podłożami, ich zastosowanie jest znikome, bo dla tego typu hodowli brakuje metod standaryzacji i oceny. Komórki nadal wysiewane są na szkiełkach, dwuwymiarowo, w niefizjologicznych warunkach, na przykład przy dużym dostępie tlenu.

Naukowcy stosują też płaskie hodowle z elektrodami na dole, ale – jak zauważa dr Witkowska Nery - dalej nie wiadomo, co dzieje się w środku. Tradycyjna analiza hodowli komórkowych oparta jest na metodach optycznych, m.in. technikach fluorescencyjnych i mikroskopii. Trudno dogłębnie zbadać za pomocą mikroskopów, co dzieje się w trójwymiarowej strukturze. Owszem, można włożyć próbkę, ale penetracja jest zbyt niska i to, co znajduje się na górze, zasłania to, co niżej. Występują też efekty rozpraszania światła na poszczególnych warstwach.

"Metody elektrochemiczne pozwalają na prowadzenie pomiarów w czasie rzeczywistym, często z wysoką rozdzielczością przestrzenną zarówno w warunkach in vitro jak i in vivo. Elektrody mogą posłużyć do analizy metabolitów uwalnianych przez komórkę, lub do oceny zużycia związków będących już w medium hodowlanym, mogą również generować związki w bezpośrednim sąsiedztwie komórki, a następnie zmierzyć jak komórka reaguje na taką stymulację" - tłumaczy badaczka.

Dodaje, że wiele systemów zaproponowano dla dwuwymiarowych kultur, lecz do tej pory nie powstał żaden układ umożliwiający takie pomiary we wnętrzu hodowli trójwymiarowych. Dlatego sama zaproponowała zastosowanie elektrod zintegrowanych w naczyniu hodowlanym.

Wstępne badania dr Witkowska Nery przeprowadziła w ramach projektu MINIATURA Narodowego Centrum Nauki. Po międzynarodowej prezentacji, prof. H. Girault z Politechniki w Lozannie zaproponował wykorzystanie wyników do opracowywanych obecnie elektrochemicznych metod analizy raka skóry.

Program Lider przewiduje przeprowadzenie badań służących rozwojowi zintegrowanej platformy pomiarowej do badań cyto- i hepatotoksyczności w hodowlach komórek wątroby i badań neuroprzekaźników w trójwymiarowych hodowlach neuronalnych.

Urządzenie, nad którym pracuje badaczka, kierowane jest zarówno do naukowców, jak i przemysłu farmaceutycznego, w tym - do badań nad rakiem, nowymi lekami, do toksykologii oraz inżynierii tkankowej. Firma Adamed zapowiedziała wykorzystanie prototypu do przesiewowych badań leków. "Doświadczenie zdobyte z próby utworzenia start-upu pokazuje, że inwestorzy wymagają, aby prototyp został przetestowany także poza laboratorium. Dlatego ważna jest dla nas współpraca z Adamedem" - podkreśla innowatorka.

START-UP NA ELEKTRONICZNYCH JĘZYKACH

Dr Witkowska Nery jest absolwentką Politechniki Warszawskiej. Rozpoczęła wówczas pracę nad elektronicznymi językami. Są to układy czujników, które próbują naśladować zmysł smaku. Podobnie jak nasz język, z czasem budują one własną „bazę smaków”. Język każdego z nas wyposażony jest w kilkanaście typów czujników, które przesyłają do analizy w mózgu bardzo skomplikowany sygnał. W przypadku matryc czujnikowych sygnał ten poddawany jest komputerowej analizie matematycznej.

„Odbieramy sygnał o tym, ze coś jest słodkie, ale dopiero pod wpływem doświadczeń nasz mózg potrafi odróżnić słodki smak owoców od kostki cukru czy łyżeczki miodu. Tak samo język elektroniczny musi +spróbować+, zanim rozpozna fruktozę, laktozę lub sacharozę” – tłumaczy konstruktorka mikromaszyn, które potrafią same się uczyć.

Dzięki elektronicznym językom można odróżnić oryginalne wina od sfałszowanych i czystą wodę od takiej, w której na podróżnych w egzotycznych krajach czyhają bakterie, wirusy i grzyby. Tak samo da się sprawdzić, czy kupowana przez nas żywność organiczna naprawdę nie zawiera pestycydów. Dr Witkowska Nery opracowywała w laboratorium małe urządzenia, które mogłyby służyć turystom do szybkiej analizy wody. „Tak powstał pomysł na start-up” - tłumaczy zwyciężczyni konkursu Akademii Girls Go Start-up. Najlepszy pomysł na innowacyjną firmę Polka zawiozła na finał konkursu do Londynu.

Doktorat z zakresu chemii analitycznej dr Witkowska Nery obroniła w Brazylii. Jej rozprawa doktorska otrzymała międzynarodową nagrodę Springer Theses i została opublikowana w formie książkowej, oprócz tego wyniki opisano w publikacjach Analytica Chimica Acta i Electroanalysis.

BADACZKA PISARKĄ

W podróżach, które badaczka uwielbia łączyć z pracą naukową, najbardziej inspirujące okazały się... problemy. Przebywając na stażu w Chinach nie mogła wysyłać rodzinie i przyjaciołom żadnych zdjęć. Z tego powodu zaczęła pisać pamiętnik – „Codziennik chiński”. Książka została wydana jako literacka, bardzo osobista i rozwiewająca mity osobista opowieść o podróży do kraju herbaty i jego mieszkańcach.

Poza działalnością ściśle naukową dr Witkowska Nery zajmuje się popularyzacją nauki podczas Pikników Naukowych, prowadzi lekcje laboratoryjne dla uczniów szkół podstawowych i liceów, dyskusje panelowe dla doktorantów. Jest półfinalistką konkursu Famelab.

PAP – Nauka w Polsce, Karolina Duszczyk

kol/ zan/

Copyright © Fundacja PAP 2019