Światło laserowe w walce z chorobami mózgu

Mgr. inż. Piotr Hańczyc, członek grupy badawczej prof. Marka Samocia z Wydziału Chemicznego PWr, we współpracy z prof. Samociem oraz prof. Bengtem Nordénem z Chalmers University of Technology w Szwecji odkrył, że naświetlanie amyloidów krótkimi impulsami światła laserowego może odegrać ważną rolę w leczeniu neurodegeneracyjnych chorób mózgu. Wyniki ich prac zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Photonics.

Naukowcy prowadzili badania nad agregatami białkowymi, tzw. amyloidami – strukturami, które powstają w procesie powolnego odkładania złogów i prowadzą do tego, że komórka przestaje prawidłowo funkcjonować. Są one również związane z rozwojem neurodegeneracyjnych chorób mózgu, jak np. choroba Alzheimera, Parkinsona czy Creutzfeldta-Jakoba.

Okazało się, że w trakcie naświetlania fibryli amyloidowych krótkimi, femtosekundowymi impulsami światła laserowego (100 femtosekund to 0,0000000000001 s), występują w nich niespodziewanie silne optyczne efekty nieliniowe polegające na jednoczesnym pochłonięciu przez fibryl dwóch lub więcej fotonów. Odkrycie to może mieć znaczenie dla diagnostyki i leczenia wspomnianych chorób mózgu przy użyciu laserów. Dzięki niemu możliwe będzie odróżnienie skupisk białek powodujących choroby od tych, które funkcjonują prawidłowo.

Te optyczne efekty nieliniowe wydają się być związane ze specyficzną strukturą amyloidów. Analogiczne białka, które nie mają takiej struktury, nie wykazują podobnych efektów. – Dzięki wykorzystaniu technik optyki nieliniowej możemy badać próbki materiału biologicznego w zakresie podczerwieni. Materiał biologiczny nie ulega wówczas uszkodzeniu, jak np. przy wykorzystaniu światła ultrafioletowego. Ma to duże znaczenie dla badań medycznych i biologicznych – wyjaśnia P. Hańczyc, który jest pierwszym autorem publikacji.

Próbki do badań zostały przygotowane przez Piotra Hańczyca w warunkach laboratoryjnych in vitro w Chalmers University of Technology pod kierownictwem prof. Bengta Nordéna, członka Szwedzkiej Akademii Nauk oraz przewodniczącego Komitetu Noblowskiego w dziedzinie chemii w latach 2000-2003. W próbówkach zostały przygotowane roztwory zawierające białka o odpowiednim stężeniu, które następnie zostały poddane działaniu wysokiej temperatury. Doprowadziło to do zmiany konformacji białka i utworzenia fibryli amyloidowych.

Kolejną część badań P. Hańczyc wykonał w Instytucie Chemii Fizycznej i Teoretycznej PWr, w grupie „Organometallics in Nanophotonics”, kierowanej przez prof. Marka Samocia, laureata programów WELCOME i Mistrz Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Użył w nich układu laserowego przeznaczonego do badań nieliniowych efektów optycznych. W trakcie pomiarów została wykorzystana tzw. technika Z-scan.

– Uzyskane przez nas wyniki zachęcają do dalszych prac mających na celu określenie, jaki jest mechanizm molekularny odkrytego zjawiska i na ile może być ono użyteczne dla zastosowań medycznych. Chcemy się dowiedzieć, czy można wykorzystać femtosekundowe impulsy światła laserowego w terapiach – dodaje Piotr Hańczyc.