Obecność skupisk nieprawidłowych białek w mózgu to typowy dla wielu chorób przewlekłych objaw. Jeszcze niedawno, była możliwa do wykrycia wyłącznie w zaawansowanych stadiach – tymczasem nowatorska technologia umożliwia wczesną diagnostykę, co w konsekwencji może doprowadzić do umożliwienia zahamowania postępu choroby jeszcze zanim wystąpią jej objawy.

Struktura jest zazwyczaj powiązana z funkcją. Reguła ta często odnosi się do białek, których cząsteczki charakteryzują się kilkoma poziomami organizacji strukturalne. Białka nieprawidłowo sfałdowane są z reguły nieaktywne – w części przypadków, może jednak dojść do agregacji tych niestabilnych białek lub ich fragmentów (peptydów). Efektem jest powstanie trwałych skupisk, które zakłócają funkcjonowanie komórek.

Piotr Hańczyc z Uniwersytetu Warszawskiego, dzięki wsparciu w postaci indywidualnego stypendium z programu działań „Maria Skłodowska-Curie”, przyznanego w związku z projektem UPRECON, miał natomiast opracować technologię, która umożliwia wykrywanie takiej agregacji na jej wczesnym etapie. Daje to możliwość diagnozowania chorób neurodegeneracyjnych jeszcze przed wystąpieniem objawów klinicznych. Dzięki temu, lekarze będą w stanie stosować skuteczniejsze metody leczenia, które będą mogły spowolnić lub zatrzymać postęp tych schorzeń – a to oznacza zwiększenie jakości i potencjalnie też długości życia milionów ludzi (czytaj również: Przełomowe badania Polaków: opracowali mapę nowotworowych mutacji w genach związanych z mikroRNA).

Agregacja amyloidu

Podłożem wielu najpoważniejszych chorób, które wiążą się z zaburzeniem procesu zwijania białek, jest obecność agregatów amyloidowych. Agregacja amyloidu rozpoczyna się od połączenia kilku monomerów, stanowiących źle złożone białka bądź peptydy, w oligomery. Te ostatnie mogą natomiast w samodzielny sposób organizować się w cytotoksyczne i trwałe spolimeryzowane skupiska w postaci fibryli, nazywane blaszkami, które bogate są w regiony o strukturze beta-kartki.

Powstawanie białek amyloidowych związane jest z szeregiem schorzeń – wśród nich, wymienia się chorobą Alzheimera, chorobę Parkinsona, chorobę Huntingtona i cukrzycę typu 2. Ze względu na to, że zwiększeniu ulega długość życia, a także z powodu zmiany nawyków, osoby starsze będą prawdopodobnie coraz częściej na takie choroby zapadać. Nowe metody diagnostyki oraz leczenia, przyczynią się więc do poprawy stanu zdrowia milionów osób na świecie – a to w rezultacie spowoduje zmniejszenie obciążenia finansowego pacjentów, ich rodzin, a także systemów opieki zdrowotnej.

Odkrycie Hańczyca

Do tej pory, mimo ogromnych postępów w obszarze wiedzy oraz technologii, badacze byli w stanie wykrywać tylko dojrzałe włókna amyloidowe, które zazwyczaj występują w zaawansowanym stadium choroby. Polski naukowiec pokonał tę barierę dzięki użyciu ultraszybkiej spektroskopii laserowej połączonej ze wzbudzeniem dwufotonowym z użyciem światła w bliskiej podczerwieni. W takich warunkach, zachodzić ma silna absorpcja światła przez amyloidy, jednak nie przez prawidłowe białka.

– Odkryłem, że agregaty amyloidowe na wczesnym etapie tworzenia cechują się charakterystycznym sygnałem optycznym, który pozwala odróżnić je od bardziej dojrzałych form – relacjonował Hańczyc.

Jako że światło w zakresie bliskiej podczerwieni wnika do tkanek głębokich, a jego absorpcja nie przyczynia się do uszkodzenia komórek, może się ono stać podstawą preferowanej techniki wykonywania tomograficznych skanów mózgu oraz wczesnego wykrywania agregacji białek.

O wczesnej diagnostyce

Polak opatentował metodologię, którą przygotował, bazując na swoich odkryciach. 

– Technologia ta umożliwia wykrywanie oligomerów amyloidowych, występujących na wczesnym etapie agregacji, w płynie mózgowo-rdzeniowym pobranym od pacjentów z chorobą Alzheimera – wyjaśnia.

Hańczyc założył również firmę typu spin-off. Ma ona ocenić poprawność technologii na podstawie większej liczby prób pobranych od ochotników, u których w ciągu kolejnych 10-15 lat mogą wystąpić zaburzenia funkcji poznawczych.

Polski naukowiec pracuje obecnie nad bezpiecznymi i nieinwazyjnymi narzędziami optycznymi do wykrywania procesów neurodegeneracyjnych.

– Dzięki lepszemu zrozumieniu mechanizmów molekularnych wywołujących choroby neurodegeneracyjne możemy opracować nowe techniki wykrywania, kontroli i eliminacji czynników ryzyka. W oparciu o takie nowatorskie i skuteczne narzędzia będzie można prowadzić spersonalizowaną diagnostykę i leczenie – zaznacza Hańczyc.

Stypendia w ramach działania „Maria Skłodowska-Curie” mają bardzo prestiżowy charakter – przyznaje się je ryzykownym projektom, które, w przypadku powodzenia, mogą przynieść ogromne korzyści.

AM/cordis.europa.eu