W ślinie kryją się informacje, które mogą wiele powiedzieć o stanie naszego zdrowia. Nad mikrourządzeniami, które pozwolą na jej analizę i dozowanie właściwych leków bez wychodzenia z domu, pracują naukowcy z Politechniki Wrocławskiej.

Badania pt. „Innowacyjne bioczujniki i systemy mikroprzepływowe do opartej na ślinie teranostyki jamy ustnej i chorób ogólnoustrojowych – SALSETH” prowadzone są w międzynarodowym konsorcjum w ramach programu Horyzont 2020 Marie Skłodowska-Curie Action Research and Innovation Staff Exchange (MSCA-RISE).

Z inicjatywą projektu wyszli naukowcy z serbskiego Uniwersytetu w Nowym Sadzie, którzy zajmują się techniką miniaturowych urządzeń do diagnostyki i badań medycznych. Przy swoich badaniach współpracują m.in. z działającym na tej uczelni Wydziałem Stomatologicznym.

Do konsorcjum Serbowie zaprosili naukowców z Wydziału Elektroniki, Fotoniki i Mikrosystemów Politechniki Wrocławskiej (WEFiM), Uniwersytetu Malaya w Kuala Lumpur (Malezja) i Curtin University of Technology w Perth (Australia) oraz cztery firmy – Naturality Research & Development (Hiszpania), West Aquila SRL (Włochy), Ayus GMBH (Niemcy) i Materials Research Center (Ukraina).

Każdy z konsorcjantów wnosi do tego interdyscyplinarnego projektu swoje doświadczenie i technologię, by wspólnie prowadzić innowacyjne badania nad bioczujnikami i systemami mikroprzepływowymi.

Badania bez wychodzenia z domu

Naukowcy chcą opracować miniaturowe urządzenia do teranostyki jamy ustnej i chorób ogólnoustrojowych. Teranostyka to połączenie diagnostyki i terapii w celu dobrania najskuteczniejszej, a jednocześnie bezpiecznej metody leczenia. Wykorzystuje się przy tym najnowsze technologie oraz materiały.

– Klasyczny model diagnozy i terapii zakłada, że to pacjent udaje się do laboratorium na przeprowadzenie badań. Natomiast my pracujemy nad miniaturowymi i przenośnymi urządzeniami, które mogą pełnić wybrane funkcje sprzętów diagnostycznych lub nawet całkiem je zastępować. Możemy więc powiedzieć, że to laboratorium przyjdzie do pacjenta – mówi dr inż. Wojciech Kubicki z Katedry Mikrosystemów WEFiM, koordynator projektu na PWr.

Tego typu konstrukcje nazywane są urządzeniami „point-of-care” i służą do przyłóżkowej diagnostyki. Ich stosowanie oszczędza czas, koszty prowadzenia analiz, a także pozwala unikać kolejek w laboratoriach, bowiem wszystkie próbki mogą być pobierane i analizowane w czasie rzeczywistym w warunkach domowych. Pozwalają także na zbieranie danych i ich natychmiastowe przesyłanie do lekarza.

Dwa filary badań

Projekt opiera się na dwóch filarach. Pierwszy z nich poświęcony jest opracowaniu miniaturowych bioczujników do wykrywania w ślinie wskazanych biomarkerów, informujących nie tylko o kondycji jamy ustnej, lecz także o ogólnym stanie zdrowia pacjenta.

– Ślina jest często nazywana „lustrem ciała”, ponieważ może odzwierciedlać zarówno warunki fizjologiczne, jak również występowanie stanów patologicznych w całym naszym organizmie. Może stanowić matrycę biologiczną dla wykrywania zarówno chorób lokalnych, takich jak próchnica, choroby przyzębia, raka jamy ustnej, jak i chorób ogólnoustrojowych np. cukrzycy, otyłości czy raka – wyjaśnia dr inż. Wojciech Kubicki.

Wyzwaniem, z którym muszą zmierzyć się naukowcy jest fakt, że stężenie biomarkerów w ślinie jest znacznie niższe niż np. we krwi. Badanie śliny jest jednak całkowicie nieinwazyjne, łatwe do przeprowadzenia u osób w każdym wieku, a monitoring stanu zdrowia może być prowadzony w sposób ciągły.

– W tym względzie przecieramy szlaki, bo badania nad tego typu miniaturowymi urządzeniami nie były jeszcze prowadzone. Chcemy, żeby po włożeniu czujnika do ust rozpoczął on wykonywanie pomiarów, a wyniki zdalnie przesyłał do zewnętrznego czytnika. Nie jest więc potrzebne okablowanie, a w przyszłości dane mogły by być zbierane w chmurze i przesyłane bezpośrednio do lekarza lub przychodni – wyjaśnia naukowiec.

Drugi filar badań zakłada stworzenie mikroprzepływowych urządzeń dozujących leki lub środki terapeutyczne w jamie ustnej. Mogą one być zintegrowane z aparatami dentystycznymi lub wkładkami relaksacyjnymi używanymi np. w przypadku bruksizmu.

– Właśnie nad takimi rozwiązaniami pracujemy obecnie w naszym laboratorium. Korzystając z rozwijanej od lat przez prof. Rafała Walczaka i jego zespół w Katedrze Mikrosystemów techniki druku 3D opracowaliśmy biokompatybilną strukturę w postaci wkładki dentystycznej, która zawiera mikrokomorę, mikropompkę i mikrokanały. Docelowo będzie ona mogła precyzyjnie dozować mikroskopijne porcje leków lub olejków terapeutycznych w jamie ustnej – podkreśla dr inż. Wojciech Kubicki.

Obecnie badacze testują uniwersalną wkładkę, która pasuje do niemal każdego typu zgryzu, ale dzięki wykorzystaniu technologii skanu i druku 3D możliwe będzie stworzenie indywidulanego modelu dla każdego pacjenta.

Efektem końcowym innowacyjnych badań będzie opracowanie kilku prototypów, które pozwolą na wykrywanie biomarkerów w ślinie i dozowanie leków w jamie ustnej. Nie jest wykluczone, że jeśli urządzenie spotka się z wysokim zainteresowaniem, to kolejnym etapem będą już badania kliniczne i wdrożeniowe.

– Równie ważnym elementem programu są wyjazdy badawcze do instytucji biorących udział w projekcie. Pod względem liczby partnerów i zakresu prac badawczych jest to pierwszy tak duży grant na Politechnice Wrocławskiej, który łączy innowacyjne badania z mobilnością kadry akademickiej. Co ważne, nie są to krótkoterminowe wyjazdy. Każdy z nich trwa minimum miesiąc, w trakcie którego można zdobyć wiele cennych doświadczeń i współpracować z instytucjami partnerskimi reprezentującymi różne dziedziny nauki i przemysłu – dodaje dr inż. Wojciech Kubicki.

Wartość całego projektu to ponad 850 tys. euro. Ma się on zakończyć do listopada 2024 r.

 mic