Kamera i laser w badaniu oka. Polscy naukowcy przełamali technologiczne granice

Medycyna to jeden z sektorów, w których nowe technologie są na wagę złota. Wprowadzanie innowacji na rynek jest jednak kosztowne i wymaga wieloletnich, żmudnych badań. Do tego postępu chcą się przyczynić naukowcy z Międzynarodowego Centrum Badań Oka – ICTER (International Centre for Translational Eye Research), które jest jednostką Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk. Za jego utworzeniem stoi prof. Maciej Wojtkowski, który wraz
z zespołem pracuje nad narzędziami do precyzyjnej diagnostyki oraz automatyzacją leczenia.

– W ostatnich dekadach technologie diagnostyczne, terapie chorób oczu, chirurgia okulistyczna
i precyzyjne metody leczenia rozwijały się w niezwykle szybkim tempie. Dostrzegamy jednak kolejne możliwości rozwoju technologii okulistycznych. Postęp w tej dziedzinie jest niezwykle istotny, ponieważ wzrok to jeden z najważniejszych zmysłów człowieka – podkreśla prof. Maciej Wojtkowski.

Profesor już 25 lat temu opracował prototyp urządzenia do badania OCT (optyczna koherentna tomografia dna oka), które dziś jest standardem w klinikach na całym świecie.

Nowa technologia opracowywana przez ICTER – STOC-T – ma być kolejnym krokiem w zaawansowanej diagnostyce oka, wykraczającym poza możliwości OCT. Kluczową rolę w tym procesie odgrywają kamery, lasery oraz analityczne technologie IT.

Badanie oka z wykorzystaniem danych analitycznych

„Reinżynieria ok(n)a na świat” – tak opisano misję ICTER na stronie internetowej centrum. Prof. Maciej Wojtkowski wyjaśnia, że naukowcy w ICTER pracują nad wieloma projektami, a najbardziej zaawansowane z nich dotyczą „nowej diagnostyki” chorób oka.

– Zmiany w morfologii czy architekturze oka wykryte zbyt późno bywają nieodwracalne, np. obumieranie komórek fotoczułych w siatkówce. Na świecie nadal brakuje narzędzi do wczesnego wykrywania nieprawidłowości w działaniu komórek światłoczułych i nerwowych oka, które mogłyby być powszechnie stosowane w gabinetach i klinikach. Chcemy je opracować, koncentrując się na czynnościowym pomiarze i obrazowaniu oka – wskazuje szef ICTER.

Zespół optyki fizycznej i biofotoniki, którym kieruje profesor, jest jednym z pięciu działających w ICTER. Realizowane tam projekty znajdują się na poziomach 1-8 TRL (Technology Readiness Level), z wyłączeniem najwyższego poziomu 9, który oznacza przygotowanie technologii do wdrożenia na rynek.

– Pracujemy nad narzędziem do obrazowania czynności siatkówki oka (optoretinografia, która wykrywa niewielkie zmiany w kształcie neuronów z wykorzystaniem technologii STOC-T) oraz nad dwufotonową skaningową oftalmoskopią laserową (wziernikowaniem dna oka). Posiadamy już prototypy urządzeń, których działanie testujemy w warunkach klinicznych – opowiada prof. Maciej Wojtkowski.

ICTER rozwija również metody, które w przyszłości mogłyby wspierać terapię genową chorób oczu. Dzięki automatyzacji i robotyzacji możliwe byłoby zoptymalizowanie oraz zwiększenie kontroli nad wprowadzaniem materiału genetycznego do komórek pacjentów.

Zdaniem eksperta

Komercjalizacja nauki to nie sprint, lecz maraton

Polska nauka ma ogromny potencjał do tworzenia przełomowych technologii i innowacyjnych rozwiązań. Niestety, pomimo coraz bardziej widocznych sukcesów, naukowcy i przedsiębiorcy wciąż napotykają na trudne do pokonania bariery. Jedną z kluczowych przeszkód jest ograniczona i często oparta na wzajemnym braku zaufania współpraca między światem nauki a biznesem. Przedsiębiorcy obawiają się zbyt akademickiego podejścia do rozwiązywania problemów i opieszałości procesów decyzyjnych. Z kolei naukowcy oraz ich organizacje badawcze nie czują się pewnie w negocjacjach i planowaniu strategii rynkowych, jednocześnie poruszając się w sztywnych ramach polskiej legislacji i kontroli.
Proces komercjalizacji wyników badań naukowych dodatkowo hamuje niski poziom finansowania, co utrudnia skalowanie nauki w Polsce. Nasza technologiczna „ławka rezerwowych” jest krótka – brakuje dojrzałych technologii i gotowych rozwiązań. Bez spójnej strategii wsparcia trudno oczekiwać, że w naukowych „szufladach” znajdą się pomysły gotowe do wdrożenia na rynku.
Jednak warto pamiętać, że komercjalizacja nauki to proces wymagający czasu, cierpliwości i elastyczności – to maraton, a nie sprint. Sukces wymaga współpracy między środowiskiem naukowym a biznesem oraz konsekwentnego wzmacniania już istniejących fundamentów.
W ostatnich latach wzrosła świadomość naukowców, przedsiębiorców i decydentów politycznych na temat znaczenia komercjalizacji oraz kluczowej roli naukowców w budowaniu przewagi technologicznej. Proces ten mogą przyspieszyć programy takie jak FENG czy projekt PRIME, uruchomiony przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej, który wspiera profesjonalizację transferu technologii i rynkową walidację pomysłów.
Przyszłość polskiej nauki i innowacji leży w skutecznym łączeniu świata akademickiego z biznesem, rozwijaniu kompetencji biznesowych naukowców oraz tworzeniu bardziej efektywnego systemu wspierającego komercjalizację. Kluczowym czynnikiem sukcesu są jednak ludzie – ich kompetencje, umiejętność współpracy i gotowość do podejmowania ryzyka.

Dr Marcelina Firkowska

kierowniczka projektu PRIME w Fundacji na rzecz Nauki Polskiej

STOC-T – obserwacja reakcji oka na poziomie komórek

Siatkówka, czyli fotoczuła część ludzkiego oka, składa się z fotoreceptorów: czopków i pręcików. To komórki odpowiedzialne za absorpcję światła i przekształcanie go w sygnały nerwowe, które są interpretowane przez mózg.

– Dzięki naszym narzędziom możemy analizować reakcję fotoreceptorów na światło. Kiedy odpowiednio oświetlimy oko, komórki fotoczułe minimalnie zmieniają swój kształt – wydłużają się w skali nanometrów. Technika STOC-T umożliwia obserwację tych mikroskopijnych zmian. Metoda ta jest prostsza od obecnie dostępnych technik diagnostycznych, nie wymaga specjalnego przygotowania pacjenta i może być powtarzana wielokrotnie. To szczególnie przydatne np. przy monitorowaniu reakcji oka na podane leki – wyjaśnia prof. Maciej Wojtkowski.

Kolejną innowacją jest dwufotonowa skaningowa oftalmoskopia laserowa, która wykorzystuje światło podczerwone w badaniu oka.

– Substancje chemiczne odpowiedzialne za widzenie tworzą mikroskopijne kropelki na dnie oka. Reakcje zachodzące w tych kroplach można obserwować za pomocą światła ultrafioletowego, jednak nie jest ono bezpieczne dla oka. Nasz zespół opracował specjalny układ oparty na fluorescencji z absorpcją dwufotonową. Dzięki krótkim impulsom światła podczerwonego, które jest znacznie bezpieczniejsze, uzyskujemy podobny efekt jak przy ultrafiolecie. Jako pierwsi na świecie pokazaliśmy, że w ten sposób można mierzyć reakcje zachodzące w oku. Aktualnie staramy się powiązać uzyskane wyniki z konkretnymi chorobami oczu – dodaje prof. Maciej Wojtkowski.

Badania zespołu ICTER wspierają naukowcy z amerykańskich instytutów badawczych i klinik okulistycznych.

Pomysł na niemal samoobsługowe, wirtualne kliniki

Działania zespołów ICTER są finansowane z krajowych i europejskich grantów badawczych. Kontynuacja badań możliwa jest m.in. dzięki programowi Teaming for Excellence w ramach Horyzontu Europa. Centrum pozyskało łącznie 30 mln euro, z czego 15 mln euro pochodzi z funduszy Komisji Europejskiej. Pozostałe środki zapewniły Fundacja na rzecz Nauki Polskiej (program Międzynarodowe Agendy Badawcze – MAB) oraz Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego.

Środki te pomogą również w utworzeniu w Warszawie Centrum Doskonałości Naukowej, które będzie przekształcać wyniki badań w konkretne rozwiązania medyczne. Partnerami projektu są Institute of Ophthalmology z University College London oraz Institut de la Vision przy Sorbonne Université.

– W Polsce wpływ nauki na gospodarkę jest wciąż niewielki – nauka nie jest trwałym elementem ekonomii. To sprawia, że poziom zrozumienia istoty nauki przez społeczeństwo jest niski, a środowisko naukowe i instytuty badawcze są niedofinansowane. W ICTER staramy się przełamać stereotyp „wież z kości słoniowej” – miejsc niedostępnych dla przeciętnego człowieka, pełnych „mądrych głów”. Chcemy, aby publiczne pieniądze, które wykorzystujemy, wracały do społeczeństwa w postaci konkretnych rozwiązań medycznych i wiedzy dostępnej dla lekarzy, pacjentów i całego społeczeństwa – zapewnia prof. Maciej Wojtkowski.

Profesor dodaje, że w przyszłości ICTER chce tworzyć wirtualne kliniki, czyli niemal samoobsługowe punkty diagnostyczne, wyposażone w najnowsze instrumenty. Dzięki zaawansowanej technologii mogłyby one automatyzować niektóre badania wzroku, co stanowiłoby odpowiedź na niedobór specjalistów – okulistów i optometrystów. Zdaniem prof. Wojtkowskiego automatyzacja jest kluczowym kierunkiem rozwoju systemu opieki zdrowotnej na całym świecie.

Główne wnioski

1. Naukowcy z ICTER promują nowoczesne podejście do badania oka – na poziomie pojedynczych komórek. To kierunek, w jakim powinny zmierzać gabinety i kliniki okulistyczne w przyszłości.
2. Digitalizacja i automatyzacja w medycynie to nieodwracalny trend. Już dziś można sobie wyobrazić niemal samoobsługowe punkty diagnostyki wzroku, które byłyby dostępne dla pacjentów.
3. W Polsce wpływ nauki na gospodarkę jest nadal niewielki – nauka nie stanowi trwałego elementu ekonomii – zauważa prof. Maciej Wojtkowski.