Polskie ośrodki naukowe opracowały nowe włókna optyczne do badania mózgu. Dzięki temu badacze będą mogli obserwować na bieżąco aktywność poszczególnych neuronów, co w przyszłości pozwoli zrozumieć działanie mózgu na jeszcze bardziej szczegółowym poziomie niż dotychczas.
Czy wiecie, że ludzki mózg zawiera około 86 miliardów neuronów i tyle samo komórek glejowych? Pokazuje to, jak skomplikowanym zadaniem jest odkrywanie tajemnic tego organu, co zajmie nam jeszcze wiele długich lat.
Dziś badania nad mózgiem stają się kluczowe, nie tylko ze względu na ludzkie zdrowie, ale i… pieniądze – agencje zajmujące się zdrowiem publicznym szacują, że koszty związane ze schorzeniami mózgu mogą sięgać od 4 do 8 procent PKB, w zależności od kraju.
Mamy dobry TEAM
W Polsce od lat wiodącym ośrodkiem badawczym w dziedzinie neurobiologii jest BRAINCITY, działający w ramach Instytutu Biologii Doświadczalnej im. Nenckiego PAN. Naukowcy z Polski i różnych zakątków świata badają tam zjawisko nazywane plastycznością neuronalną. Na czele centrum stoi profesor Leszek Kaczmarek, jeden z czołowych badaczy neuroplastyczności na arenie międzynarodowej.
Wspólnie z zespołem profesora Ryszarda Buczyńskiego z Łukasiewicz – IMiF i UW oraz grupą doktora Radka Łapkiewicza z Instytutu Fizyki Doświadczalnej Wydziału Fizyki UW opracowane zostały innowacyjne włókna optyczne.
Dzięki nim możemy zagłębić się w struktury mózgu i obserwować na bieżąco, która jego część jest aktywna. Co ważne, obserwacja nie dotyczy zespołów komórek, ale aktywności poszczególnych neuronów, co umożliwia nam lepsze zrozumienie tego, co dzieje się w mózgu na jeszcze bardziej szczegółowym poziomie.
Potencjał wynikający z tych badań jest ogromny. Choroby neurodegeneracyjne i inne schorzenia mózgu stają się coraz istotniejszym problemem, zwłaszcza w kontekście wydłużającego się życia ludzkiego. Mózg to „system sterujący”, a jego degeneracja powoduje nieodwracalne niszczenie reszty organizmu.
Prace nad projektem trwały prawie dwa lata i były finansowane przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej (FNP) w ramach projektów TEAM prof. Leszka Kaczmarka, TEAM-TECH prof. Ryszarda Buczyńskiego oraz FIRST TEAM dr. Radka Łapkiewicza. Dodatkowe finansowanie zostało przyznane w wyniku konkursu ogłoszonego przez FNP, który stymulował współpracę pomiędzy projektami TEAM.
Światłowód, który bada neurony
Projekt skupiał się na opracowaniu innowacyjnych włókien optycznych, które umożliwiają badanie plastyczności neuronalnej, czyli zdolności mózgu do zmiany w wyniku doświadczeń. Dzięki tym włóknom można obserwować na bieżąco aktywność poszczególnych neuronów, co otwiera nowe perspektywy zrozumienia funkcji mózgu na bardziej szczegółowym poziomie. Włókna powstały w Łukasiewicz – IMiF, natomiast ich integracja, charakteryzacja oraz oprogramowanie było przeprowadzone na UW przez zespoły R. Buczyńskiego, R. Łapkiewicza oraz L. Kaczmarka.
Skuteczne terapie mózgu to jedna z największych obietnic. Nadal brakuje odpowiednich narzędzi do skutecznej diagnostyki i terapii. W tym zakresie zespół badawczy prof. Buczyńskiego dołożył swoją cegiełkę – opracował ultracienką sondę światłowodową do zbierania informacji o aktywności pojedynczych neuronów.
Wyzwaniem, które musieliśmy pokonać, było opracowanie włókna światłowodowego, które będzie zbierać sygnał fluorescencyjny emitowany przez pojedyncze neurony w dość dużym obszarze mózgu, położone głęboko w jego wnętrzu, i to bez naruszenia innych jego struktur. Naruszenie ich mogłoby upośledzić działanie badanego obszaru i zafałszować wyniki. Wymagało to od nas opracowania odpowiednich szkieł, obliczenia struktury wewnętrznej światłowodu i wytworzenia go zgodnie z projektem.
Na świecie, przede wszystkim w Stanach Zjednoczonych i Niemczech, istnieje wiele zespołów badawczo-technologicznych, które rozwijają nowe narzędzia światłowodowe do obrazowania wnętrza mózgu. Z nimi Łukasiewicz – IMiF też podejmuje współpracę.
