Anna Mateja: Syntetyczna krew w kolorze rozrzedzonej bieli, stenty wieńcowe wydzielające leki, nanocząstki odnajdujące komórki nowotworowe, pokrycia przeciwzakrzepowe do protez serca… Można by wymieniać i wymieniać. Skąd pomysły, które doprowadzają do tak różnorodnych wynalazków i odkryć?
Tomasz Ciach: W języku potocznym używamy słów „wynalazek”, „odkrycie” czy „innowacja” prawie jak synonimów, a to nie to samo. Bo jeśli niemal wszyscy naukowcy dokonali odkryć, to tylko niektórzy są zainteresowani wprowadzeniem ich w życie, czyli pracą nad wynalazkiem czy innowacją, które pozwolą zdobytą wiedzę wykorzystać.
Niels Bohr, uhonorowany Nagrodą Nobla za opisanie struktury atomu, czy inny laureat Nobla z fizyki Max Planck, którego prace stworzyły podwaliny mechaniki kwantowej, zapewniali, że interesuje ich wyłącznie nauka czysta. I nie zajmowali się zagadnieniami, które byłyby podyktowane konkretnymi potrzebami ludzi. Na drugim biegunie znajduje się np. Thomas Alva Edison, założyciel Edison Electric (potem General Electric), którego nie zajmowały odkrycia, ale wyłącznie praktyczna strona nowo pozyskanej wiedzy. W dorobku założonych przez niego laboratoriów jest blisko tysiąc patentów, w tym te najbardziej znane: udoskonalenie telefonu i żarówka elektryczna. Pomiędzy tymi biegunami są tacy uczeni jak Maria Skłodowska-Curie czy Ludwik Pasteur, którzy dokonywali znaczących odkryć naukowych, ale ich wykorzystanie też nie było im obojętne.
Dlatego Skłodowska-Curie działała na rzecz zastosowania pierwiastków radioaktywnych w medycynie, a z aparatem rentgenowskim znalazła się nawet w przyfrontowych szpitalach polowych podczas I wojny światowej. Z kolei Pasteurowi zależało na upowszechnieniu szczepień przeciwko wściekliźnie.
Oba akty są potrzebne: i odkrycie, i wprowadzenie go w życie.
Nauka prawdziwa, ale niewykorzystana, pozostanie jedynie niespełnioną obietnicą, np. przedłużenia życia, znalezienia pozakopalnych źródeł energii czy likwidacji przyczyn występowania głodu na świecie.
Sam zająłem się nauką dlatego, że nie potrafiłem sobie poradzić z rzeczywistością szpitala, gdzie trafiłem jako licealista, by wykonywać najprostsze prace. Chciałem studiować medycynę, więc moja mama, lekarz, której się ten pomysł nie podobał, wysłała mnie tam, żebym poznał „medycynę w akcji”. Zobaczyłem ciężko chorych ludzi, nieraz z odleżynami, umierających na zbiorowych salach, przepracowanych lekarzy. I przeszło mi. Tak źle znosiłem cierpienie pacjentów, a przede wszystkim własną bezradność wobec ich stanu, że zająłem się chemią i elektroniką.
Studiował Pan inżynierię chemiczną na Politechnice Warszawskiej, ale też biologię na Uniwersytecie Warszawskim.
Niemniej na początku nie zajmowałem się organizmami żywymi, ale lutowaniem i konstruowaniem przyrządów. Moja praca doktorska dotyczyła technologii otrzymywania nanowłókien i mikrowłókien polimerowych, które można wykorzystać w produkcji materiałów do filtracji gazów i cieczy. Filtry do powietrza i wody intrygowały mnie też podczas stażu podoktorskiego na uniwersytecie w Delft w Holandii. Ale, zgodnie z przysłowiem: co ma wisieć, nie utonie – medycyna do mnie wróciła, bo w Delft pracowaliśmy też nad stworzeniem technologii otrzymywania mikrocząstek do inhalacyjnego podawania leków. Odkryłem, że jako inżynier z krwi i kości też mogę pomóc chorym, nawet jeśli nie zajmuję się nimi osobiście.
W 2002 r., po powrocie z Holandii, zaangażowałem się w międzynarodowy projekt opracowania implantu dozębowego. Urządzenie, które zajmowało miejsce dwóch zębów trzonowych, dozując leki zgodnie z posiadanym programem albo stymulowane sygnałem z telefonu komórkowego, było mocno zaawansowane technologicznie. Pobierało wodę ze śliny, samo przygotowywało roztwór leku, który wnikał w błony śluzowe policzka, a następnie do włosowatych naczyń krwionośnych. Proszę pomyśleć, jaka wygoda: nie trzeba pamiętać o zażywaniu leków ani o dawkach, nie połyka się ich, więc nie podrażniają żołądka czy innych narządów. W pierwszych testach podawaliśmy leki-inhibitory opiatów, wykorzystywane w terapii leczenia uzależnień narkotykowych. Tą drogą można byłoby podawać także leki na cukrzycę, choroby Parkinsona czy Alzheimera.
Mimo to wynalazku do dzisiaj nie wdrożono, m.in. dlatego, że był „zbyt nowatorski”.
Prace zakończyliśmy w 2007 r., czyli w przededniu kryzysu ekonomicznego. Rozwiązanie było przeznaczone dla osób przewlekle chorych, ponieważ wiązało się z usuwaniem zębów trzonowych (u takich pacjentów braki w uzębieniu występują dość często). W Izraelu przeprowadziliśmy badania na świniach domowych – wyszły bardzo dobrze. Potem na dość ograniczonej próbce 12 ochotników (urządzenie zainstalowano im na uzębieniu, by nie usuwać trzonowców) – wyniki również były znakomite. Co do awangardowości tego rozwiązania: proszę popatrzeć na przedsięwzięcie oczami szefów koncernu farmaceutycznego, którego głównym celem jest nie tyle leczenie ludzi, ile zarabianie.
Ale jednak na leczeniu ludzi.
Zgadza się. Tyle że wprowadzenie naszej innowacji okazało się dla koncernów zbyt kosztowne, mimo że cena urządzenia w masowej produkcji nie była wygórowana, bo szacowaliśmy ją na 30 dolarów. Raczej już nie liczę na zmianę tej sytuacji – ochrona patentowa kończy się za 10 lat. To za krótki czas, by przeprowadzić badania przedkliniczne i kliniczne, wdrożyć produkcję, rozpocząć sprzedaż i – na końcu – osiągnąć zwrot inwestycji. Chęć wypracowania zysku mnie nie dziwi ani nie oburza, bo koszty wprowadzenia nowego leku czy urządzenia pochłaniają miliardy dolarów. Tym bardziej że konkurencja nie zasypia gruszek w popiele i rychło po wprowadzeniu nowego produktu próbuje odebrać część klienteli własnym rozwiązaniem lub obejść patent. Jeżeli firma chce zarobić, musi tego dokonać przed wygaśnięciem patentu.
Wracając do pierwszego pytania o inspiracje, które prowadzą mnie i mój zespół do kolejnych wynalazków: nasze miejsce widzę pomiędzy biegunami wiedzy czystej i stosowanej. Owszem, prowadzimy badania podstawowe, ale wszystkie są od początku skupione wokół jednego pytania: co z tego wyniknie?
Pomysł, by zająć się cewnikiem, czyli rurką, którą wprowadza się do narządów i jam ciała, by coś pobrać, odprowadzić albo dokonać pomiaru, podsunęła Pana zespołowi mama kilkuletniej dziewczynki, regularnie korzystającej z cewnika moczowego. Było to bolesne, często prowadziło do zakażeń. Problem jest powszechny i zna go każdy szpital. Ale gdyby nie ta kobieta…
To byśmy nie wiedzieli, że w ogóle istnieje jakiś problem. To dowód, że nie da się świata zmieniać na lepszy zza biurka czy stołu laboratoryjnego, czerpiąc inspiracje wyłącznie z dorobku, który nauka już posiada. Spotkanie z tą panią miało miejsce podczas pikniku naukowego, zorganizowanego na warszawskim Podzamczu. Politechnika miała się tam pochwalić osiągnięciami, więc zdecydowaliśmy się pokazać coś ładnego, co by przykuło oko. Wybraliśmy świecącą plazmę próżniową. I potem przychodzi taka nauczka: „Zajmijcie się cewnikiem, to jest potrzebne. Zróbcie coś, by moje dziecko nie cierpiało”.
Opracowaliśmy nowy rodzaj cewnika, który nie wywołuje zakażeń, a jego zakładanie nie sprawia bólu. Na dodatek udało się rozpocząć jego produkcję w Polsce, w zakładzie w Bydgoszczy. I, co dla mnie najważniejsze: spotkałem się z pacjentami, którzy go stosowali. Rozmowy z nimi zrobiły na mnie wielkie wrażenie. Nasze prace trwają z reguły wiele lat, więc szansa, że poznamy osobiście kogoś, komu pomogliśmy, jest niewielka. Być może kiedyś o tym przeczytamy, ale to nie to samo, co usłyszeć od pacjenta: „Wreszcie nie boli”.
Innym tematem dla uczonych, z którym coraz powszechniej borykają się szpitale, są lekooporne szczepy bakterii. Badania posiewów z nosogardzieli personelu medycznego doprowadziły do wniosku, że ugryzienie przez chirurga może być równie groźne jak pokąsanie przez smoka z Komodo.
Największej żyjącej jaszczurki.
To efekt stałego kontaktu lekarzy z bakteriami i antybiotykami. Superbakteria New Delhi – inaczej Klebsiella pneumoniae NMD – odporna na wszystkie znane rodzaje antybiotyków powstała w warunkach szpitalnych, gdzie podaje się chorym różne rodzaje antybiotyków. A że bakterie posiadają umiejętność przekazywania sobie informacji o sposobach przeżycia kontaktu z trucizną, wytworzyła się i taka jej odmiana, jak wymieniona, która może wywołać m.in. zapalenie płuc i opon mózgowo-rdzeniowych oraz sepsę.
Wiele lekoopornych odmian bakterii powstaje w ściekach rolniczych, które zawierają olbrzymie ilości antybiotyków wykorzystywanych w produkcji zwierzęcej (podaje się je np. prosiętom wcześnie odłączanym od maciory, którym antybiotyki pozwalają rozwinąć przewód pokarmowy). Ścieki działają więc jak mikser genetyczny, umożliwiając spotkanie się w jednym roztworze różnych bakterii i wymianę informacji pomiędzy nimi, np. na temat sposobów radzenia sobie z antybiotykiem (wypompowywania go poza organizm bakterii czy zmianę szlaków enzymatycznych w jednokomórkowcu tak, by antybiotyk nie mógł ich zablokować).
Idą czasy bez antybiotyków czy też pracuje się nad ich zamiennikami?
Coraz trudniej o nowe antybiotyki, ale powstania nowych ich generacji – może np. syntetycznych? – bym nie wykluczał.
Antybiotyki i szczepionki to największe osiągnięcia medycyny. I nic tego nie zmieni, nawet histeria ruchów antyszczepionkowych, które wbrew nauce i zdrowemu rozsądkowi apelują o nieszczepienie dzieci przeciwko chorobom zakaźnym.
Tak jakby np. epidemia dżumy, która zmniejszyła populację XIV-wiecznej Europy o połowę, była bajką o żelaznym wilku. Nie trzeba zresztą cofać się do tak dawnych czasów: w Niemczech już zdarzają się ogniska odry, a w krajach islamu, gdzie zabroniono szczepień na polio, coraz liczniej pojawiają się dzieci dotknięte tą chorobą.
Nim ostatecznie gatunek Homo sapiens wyginie – albo dlatego, że antybiotyki przestaną być skuteczne, albo na własne życzenie w wyniku chorób, z którymi medycyna od dawna sobie radzi – może przynajmniej niektórzy z nas zdecydują się oddać narządy do transplantacji. I wtedy się okaże, że istnieje substancja, która pozwala je przechowywać nawet przez kilka tygodni.
Pomysł na syntetyczną krew, która faktycznie ma takie właściwości, pojawił się przy okazji naszych prac związanych z zamykaniem komórek niektórych ludzkich narządów w kapsułkach, chroniących je przed działaniem układu immunologicznego. Na przykład cukrzyca często pojawia się dlatego, że układ odpornościowy chorego atakuje komórki trzustki wytwarzające insulinę. Możemy jednak wprowadzić obce komórki, np. innego człowieka lub świni, produkujące ten hormon, zamknięte w otoczce, która, izolując je od układu odpornościowego, pozwoli im żyć.
Próby stworzenia sztucznej krwi polegają na tym, żeby w takich właśnie kapsułkach zamknąć syntetyczne nośniki tlenu. A następnie, jak w transfuzji, podać ludziom. Żeby była jasność: krew jest złożoną tkanką, która pełni w organizmie wiele funkcji, naszą ambicją nie jest zastąpienie jej w pełni. Chcemy jedynie wspomóc jedną z funkcji krwi – przenoszenia tlenu, co ma duże znaczenie, np. przy znacznych jej ubytkach podczas operacji, w wypadkach, ale też w transplantologii. Obecnie pobrane narządy są przechowywane w warunkach obniżonej temperatury przez kilka–kilkanaście godzin. Potem narząd nie nadaje się do przeszczepienia, a i sami transplantolodzy, obawiając się odrzucenia obcego narządu przez organizm, wolą, by ten jak najkrócej przebywał poza organizmem. Sztuczna krew pozwoliłaby pobrane narządy perfundować, tzn. że przed operacją byłyby one stale natleniane, dzięki krążącej w niej syntetycznej krwi. I wtedy faktycznie narządy mogłyby być przeszczepiane nawet kilka tygodni po pobraniu. Byłby czas na spokojne sprowadzenie pacjenta do szpitala, przygotowanie go do operacji.
W transplantologii to byłaby rewolucja.Tak, tym bardziej…
