Data dodania 11.03.2021 - 07:57
Kategorie aktualności

Nauki chemiczne są bardzo rozległą dziedziną mogącą znaleźć zastosowanie w takich obszarach jak autentykacja produktów czy diagnostyka medyczna. Jednym z narzędzi wykorzystywanych przez naukowców jest spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR). W tym obszarze pracuje dr inż. Barbara Pacholczyk-Sienicka należąca do grupy badawczej prof. Łukasza Albrechta.

Image
Jakie możliwości daje spektroskopia NMR?

Jest najbardziej wartościową i użyteczną metodą analityczną stosowaną do badania struktury związków organicznych, mechanizmów i kinetyki reakcji, procesów dynamicznych, a także do określania składu mieszanin chemicznych. Można powiedzieć, że spektroskopia NMR jest takim wywiadem, jaki naukowiec prowadzi z badaną cząsteczką. W trakcie naświetlania próbki polem elektromagnetycznym o częstotliwości radiowej zadajemy pytania, a otrzymane w wyniku eksperymentu widmo pozwala uzyskać odpowiedź, gdzie nasza cząsteczka się znajduje, co robi i w jakim jest towarzystwie.

W czym ta metoda może nam pomóc?

Ogromne możliwości spektroskopii NMR pozwalają na szerokie zastosowanie nie tylko w chemii, ale także w biologii i medycynie. Dzięki użyciu niskoenergetycznego promieniowania elektromagnetycznego nie dochodzi do uszkodzenia nawet najbardziej delikatnych próbek, dlatego też jest to metoda szeroko wykorzystywana przez lekarzy do diagnozowania wielu chorób u ludzi. Szczególnie użyteczna okazuje się w obrazowaniu mózgu, słabo różnicowanego w badaniach rentgenograficznych.

Jakie jeszcze daje możliwości?

W ostatnich latach zauważamy zwiększone zainteresowanie naukowców wykorzystaniem spektroskopii NMR w uwierzytelnianiu produktów. Ciągły rozwój tej techniki jest podstawą w walce z fałszowaniem produktów, które stanowi poważny problem ekonomiczny oraz społeczny. Niestety, wraz z wydłużeniem drogi od producenta do konsumenta zwiększa się ryzyko wprowadzenia na rynek produktów nieoryginalnych. Wytwórcy, głównie z chęci zwiększenia zysków, stosują nielegalne praktyki podczas produkcji, a skutki takich działań odczuwają przede wszystkim konsumenci, gdyż kupują produkty nieautentyczne o gorszej jakości, które w niektórych przypadkach mogą być niebezpieczne dla zdrowia. Jako konsumenci coraz częściej wyrabiamy sobie nawyk czytania etykiety, zanim zdecydujemy się na jego zakup. Skoro płacimy za jakość, chcemy mieć pewność, że dany produkt faktycznie zawiera to, co zadeklarował producent.

Co sprawdza się w laboratoriach PŁ?
Image
dr inż. Barbara Pacholczyk-Sienicka, PŁ

Prowadzimy między innymi badania autentyczności wyrobów perfumeryjnych, miodów odmianowych, a także Polskiej Wódki – chronionego oznaczenia geograficznego. Od 2013 roku, zgodnie z nowelizacją ustawy o wyrobie napojów spirytusowych, aby na etykiecie umieścić napis Polska Wódka/Polish Vodka jej producent musi pozyskać ją z tradycyjnych zbóż, takich jak pszenica, pszenżyto, żyto, owies, jęczmień lub z ziemniaków pochodzących wyłącznie z naszego kraju. Na podstawie uzyskanych widm NMR jesteśmy w stanie określić pochodzenie geograficzne i botaniczne produktu, a tym samym potwierdzić jego autentyczność lub ją zakwestionować. W ostatnim czasie prowadziliśmy również badania nad opracowaniem szybkiej metody autentykacji wyrobów perfumeryjnych przy wykorzystaniu spektroskopii NMR. Na podstawie tych badań udało się stworzyć protokół, dzięki któremu możemy odróżnić próbki perfum oryginalnych od inspirowanych oraz zafałszowanych.

Zajmuje się Pani profilowaniem metabolicznym próbek biologicznych za pomocą spektroskopii NMR. W jakich dziedzinach znajduje zastosowanie?

Metody spektroskopowe, takie jak NMR, były dotąd głównie stosowane przez chemików do określania struktury związków chemicznych i biocząsteczek, natomiast znajdują one coraz szersze zastosowanie w badaniach metabolomicznych. Obserwowany od wielu lat wzrost zachorowalności na choroby cywilizacyjne związany ze starzeniem, skłania naukowców do poszukiwania nowych, coraz bardziej skutecznych i selektywnie działających leków. Skuteczność zastosowanej terapii zależy przede wszystkim od wczesnego wykrycia choroby, zanim pojawią się jej widoczne objawy. Reakcje pacjentów na stosowaną terapię są różne i niekiedy trudne do przewidzenia, z tego względu we współczesnej medycynie dąży się do personalizacji leczenia. Jedną z metod indywidualizacji leczenia jest określenie profilu metabolicznego pacjenta w oparciu o metodę NMR. Kluczowym zadaniem organizmu, związanym z jego reakcjami na bodźce zewnętrzne, jest utrzymanie ;wewnętrznej równowagi tzw. homeostazy dynamicznej. Każde wytrącenie organizmu z tego stanu równowagi może wiązać się z zapoczątkowaniem procesu chorobotwórczego, objawiającego się między innymi jakościowymi i ilościowymi zmianami w zbiorze metabolitów komórek, tkanek oraz płynów ustrojowych. Poszukiwaniem tych zmian w profilu metabolicznym i określeniem markerów pojawiających się w momencie zapoczątkowania choroby zajmuje się dziedzina nauki zwana metabolomiką, której ogromnym wsparciem są metody analityczne. Zebranie jak największej liczby informacji na temat profilu metabolicznego pacjenta pozwala określić aktualny stan jego organizmu. Dzięki zastosowaniu spektroskopii NMR możliwe jest określenie metabolitów charakterystycznych dla procesów chorobotwórczych, a przy wsparciu tej techniki narzędziami statystycznymi powiązanie zmian składu chemicznego ze stopniem zaawansowania choroby i możliwymi rokowaniami.

Jak wyglądają takie badania?

Analizowałam profile metaboliczne tkanek zdrowych i zmienionych chorobowo, głównie tkanek nowotworowych piersi oraz jelita grubego, a także objętych chorobą zwyrodnieniową krążków międzykręgowych. Uzyskane dla każdej z tych tkanek widmo NMR pozwoliło mi określić ich skład chemiczny oraz określić biomarkery charakterystyczne dla choroby nowotworowej czy też zwyrodnieniowej.

Image
Dr inż. B. Pacholczyk-Sienicka w laboratorium PŁ

Następnie otrzymane wyniki korelowałam z danymi klinicznymi, aby sprawdzić, który z odkrytych związków może być powiązany ze stopniem zaawansowania choroby i pozwoli przewidzieć, jaki będzie przebieg tej choroby. Przyszłość spektroskopii NMR w badaniach metabolomicznych związana jest z rozwojem technicznym skanerów MRI, co pozwoliłoby na monitorowanie zmian chemicznych w chorych tkankach w trakcie przebiegu choroby i stosowanej terapii. Dlatego też bardzo istotne jest gromadzenie informacji na temat profili metabolicznych towarzyszących zmianom chorobowym za pomocą NMR. To pozwala na uzyskanie dodatkowych informacji pomocnych przy ustalaniu indywidualnych metod leczenia dla każdego pacjenta.

Co Panią inspiruje w pracy naukowej?

Uważam, że inspiracją w pracy naukowej są ludzie, którzy nas otaczają i stymulują do działania. Przede wszystkim ich radość na wieść o tym, że dzięki zastosowaniu różnych technik NMR jesteśmy w stanie przybliżyć ich do rozwiązania nurtującego problemu naukowego. Jest to ogromna satysfakcja i motywacja do dalszego działania. Jakiś czas temu czytałam biografię noblisty Richarda Feynmana, który skierował do młodych ludzi zaczynających swoją karierę zawodową bardzo trafne słowa: „Miejcie oczy szeroko otwarte, bądźcie krytycznie nastawieni do wszystkiego, nie przyjmujcie żadnej prawdy bez głębokiego zastanowienia, obnażajcie i tępcie półprawdy i demagogię, nauczcie się podziwiać piękno otaczającego świata i nad wszystkim – i o wszystkim – myślcie!”.

Dlaczego warto być naukowcem?

Od dziecka wychodzę z założenia, że zawsze lepiej wiedzieć niż nie wiedzieć. Zdecydowanie łatwiej się żyje wiedząc, jak działają pewne rzeczy i rozumiejąc procesy oraz zjawiska, które nas otaczają. W codziennym życiu korzystamy z wielu urządzeń i gadżetów, nie zastanawiając się, jaka jest zasada ich działania. A wydaje mi się, że warto wiedzieć, co się dzieje w kuchence mikrofalowej, lodówce, aparacie cyfrowym czy też na jakiej zasadzie działa termos. Jako mama pięciolatka mogę powiedzieć, że będąc naukowcem łatwiej odpowiada się na trudne i dociekliwe pytania swojej pociechy.

Rozmawiała Agnieszka Garcarek-Sikorska