Narodziny immunologii, wynalezienie promieni rentgenowskich, odkrycie penicyliny, grup krwi czy wreszcie DNA – to punkty zwrotne w medycynie, dzięki którym udało się ocalić miliony istnień ludzkich na całym świecie, podnosząc jakość życia oraz zmieniając standardy w leczeniu. Czy stoimy u progu kolejnej rewolucji medycznej? Polscy naukowcy w konsorcjum BIOG – NET pracują nad innowacyjnym materiałem, który może zredefiniować metody aplikacji biologicznie aktywnych substancji.
Międzynarodowa grupa ponad 50 naukowców pod kierunkiem prof. dr. hab. Bogusława Buszewskiego, dr h.c. z Wydziału Chemii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu jest w trakcie realizacji trzyletniego projektu pt. „Zaawansowane biokompozyty dla gospodarki jutra BIOG-NET”. Przedsięwzięcie to warte jest blisko 21 mln zł.
W skład konsorcjum wchodzi sześć jednostek naukowych z Polski: Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, który reprezentowany jest przez Katedrę Chemii Środowiska i Bioanalityki Wydziału Chemii wraz z Interdyscyplinarnym Centrum Nowoczesnych Technologii UMK, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Politechnika Warszawska, Politechnika Białostocka, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu oraz Uniwersytet Szczeciński. Partnerami przemysłowymi są: Toruńskie Zakłady Materiałów Opatrunkowych S.A., Warszawska spółka Sygnis sp. z o.o. oraz AdvaChemLab sp. z o.o. z Poznania. Projekt realizowany jest także przy wsparciu wielu innych podmiotów. Z tych krajowych wspomnieć należy Akademię Górniczo-Hutniczą w Krakowie oraz Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu. Poza granicami naszego kraju w badaniach uczestniczą przedstawiciele Kent State University z Ohio w Stanach Zjednoczonych a także Instytutu Fraunhofera z Drezna. – W naborze na liderów projektu zgłosili się do nas naukowcy z całego świata, zainteresowanie przerosło nasze oczekiwania – dodaje kierownik projektu, prof. Bogusław Buszewski.
Głównym przedmiotem badań w projekcie będzie zastosowanie mikroorganizmów do poszukiwania nowatorskich rozwiązań w nowoczesnych technologiach, zwłaszcza w projektowaniu i wytwarzaniu nowych, mieszanych nanokompozytowych, porowatych materiałów nieorganicznych (typu metal-białko). Nadrzędnym celem przedsięwzięcia będzie biosynteza i charakterystyka właściwości nowych materiałów na bazie nanocząstek tlenku cynku i srebra oraz biokrzemionki domieszkowanej jonami metali przejściowych.
W kolejnym etapie badań będą zastosowane także metody pozwalające na ich fizykochemiczną charakterystykę oraz w konsekwencji wykorzystanie ich w przemyśle wyrobów medycznych, kosmetycznym ale także w rolnictwie. Wyniki badań pozwolą na dokładniejsze zrozumienie mechanizmów i procesów biologicznej syntezy materii nieorganicznej przez wybrane mikroorganizmy oraz dalszy rozwój nowych sposobów biosyntezy nanokompozytowych materiałów w przyjaznych dla środowiska warunkach. Co to oznacza? Czym są zaawansowane biokompozyty i jaki wpływ na nasze życie mogą mieć? Odwiedziliśmy Katedrę Chemii Środowiska i Bioanalityki Wydziału Chemii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu, aby znaleźć odpowiedź na te pytania.
Okrzemki niewielkie organizmy z wielkim potencjałem
Najważniejszymi bohaterami tych badań są mikroskopijne, jednokomórkowe organizmy nazywane okrzemkami. Czym są okrzemki? To glony o wielkości dosłownie kilku mikrometrów, które spotkać możemy w wodach na całej kuli ziemskiej – zarówno tych słodkich jak i morskich. Przedmiotem badań są pofałdowane pancerzyki tych organizmów i to właśnie ich niezwykłe właściwości przykuwają uwagę naukowców.
W rozmowie z Rzecz o Innowacjach prof. Bogusław Buszewski podkreśla wyjątkowość okrzemek – W poszukiwaniu rozwiązań dla nowoczesnych technologii bogatym źródłem inspiracji są mikroorganizmy, a wśród nich okrzemki, budujące pancerzyki z krzemionki o niezwykle złożonej, porowatej nanostrukturze – opowiada prof. Buszewski. Jakie zastosowanie może mieć ta wyjątkowa struktura w medycynie? Dlaczego „opatrunki z glonów” mają tak duży potencjał? Sekret tkwi w opracowaniu odpowiedniej metody ulepszenia wspomnianych pancerzyków.
– Nasze zadanie sprowadza się w pierwszej kolejności do zrozumienia tego co dała nam już matka natura. Poprzez wprowadzenie do materiałów innych pierwiastków, takich jak german, cynk czy tytan, będziemy w stanie usprawnić proces pochłaniania substancji przez okrzemki – opowiada dr hab. Paweł Pomastowski, jeden z liderów projektu. W pancerzykach można również umieścić inne substancje aktywne takie jak nanocząstki tlenku cynku lub srebra. Sekret tkwi w wolnym i systematycznym uwalnianiu substancji leczniczej, która dzięki wyjątkowym właściwością mikro pancerzyków będzie oddziaływać np. na ranę przez dłuższy czas, uwalniając substancje aktywne.
Opatrunek który leczy
Co ciekawe, opatrunek ten może w ogóle nie przypominać standardowych opatrunków jakie znaleźć możemy w naszych domowych apteczkach. – Docelowy opatrunek może mieć kształt standardowego plastra, albo też być aplikowany jako maści, krem czy też hydrożel – tłumaczy dr Pomastowski – Finalny produkt ma składać się z dwóch części: bazy oraz aktywnego komponentu znajdującego się w jej wnętrzu. Najważniejsza jest jednak substancja lecznicza, a nie forma aplikacji. Ma ona być uwalniana pod wpływem różnych czynników takich jak np. temperatura, pot czy nawet stres pacjenta. Co więcej, na kolejnych etapach prac nad tym materiałem naukowcy przewidują możliwość stworzenie nośnika substancji czynnych, który będzie transportować leki krwioobiegiem, bezpośrednio do miejsca w organizmie wymagającego leczenia.
Naukowcy pracujący nad tym wyjątkowym materiałem zaznaczają, że efekty ich badań mogą otworzyć zupełnie nowe perspektywy dla jego zastosowań. Inspiracja do realizacji projektu związana jest z opatrunkami medycznymi, stąd zaangażowanie w projekt Toruńskich Zakładów Materiałów Opatrunkowych. Potencjał do wykorzystania innowacyjnego materiału jest znacznie większy. – Naszymi pracami badawczymi zainteresowane są też firmy farmaceutyczne, producenci suplementów diet czy chemii gospodarczej. Również szeroko pojęta kosmetologia przejawia zainteresowanie wynikami naszych badań – podsumowuje prof. Buszewski.
Czy jak w przypadku odkrycia penicyliny przez Sir Alexandra Flemminga, dopiero z czasem okaże się jak wielkie znaczenie mają prace prowadzone przez naukowców pod kierownictwem prof. Buszewskiego? Patrząc na nowoczesną aparaturę badawczą, znajdującą się w Katedrze Chemii Środowiska i Bioanalityki Wydziału Chemii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika można być pewnym, że od strony technologicznej niczego nie zabraknie. Najważniejsi jednak są ludzie. Determinacja zespołu prof. Buszewskiego, zaangażowanie w codzienną pracę oraz kompetencje na światowym poziomie – te elementy są największą wartością tego projektu. Penicylinę rzekomo odkryto przez przypadek. W badaniach naukowców nad tym projektem nie ma miejsca na przypadek. Jest tylko ciężka praca, nauka i inteligentny rozwój.
Za wszystkim stoi człowiek
Projekt realizowany jest pod przewodnictwem prof. dr. hab. Bogusława Buszewskiego, dr h.c., wybitnego polskiego chemika, promotora 40 rozpraw doktorskich oraz opiekuna 20 rozpraw habilitacyjnych, autora lub współautora około 600 publikacji naukowych z listy JCR, które były cytowane przez innych autorów 12 500 razy. Jego specjalnościami są: chemia analityczna, fizykochemia powierzchni i adsorpcja, chemia środowiska, przygotowanie próbek, chromatografia, techniki separacyjne, metabolika, analiza śladowa, spektrometria.
Studia ukończył w 1982 r. na Uniwersytecie Marii Skłodowskiej – Curie w Lublinie. Cztery lata później uzyskał tytuł doktora na Słowackim Uniwersytecie Technicznym w Bratysławie za rozprawę pt. Optimization of perkings and columns for HPLC. Na tej samej uczelni, w 1992 roku obronił pracę habilitacyjną zatytułowaną Chemically bonded phases in chromatographic analisys. Preparations, properties and applications. W 1999 roku uzyskał tytuł profesora nauk chemicznych. Był prezesem Societas Humboldtiana Polonorum (2007-2013), Polskiego Towarzystwa Chemicznego (2010-2015) oraz prezydentem European Society of Separation Sciences (EuSSS). Obecnie jest przewodniczącym Komitetu Chemii Analitycznej PAN (od 2016) a od trzech kadencji prezydentem Central European Group for Separation Sciences (CEGSS) (od 2010). Stypendium naukowe Fundacji Humboldta odbył na Uniwersytecie w Tübingen (1989-1992) oraz na Uniwersytecie w Kent (1992-1994). Od 1994 roku jest kierownikiem Katedry Chemii Środowiska i Bioanalityki Wydziału Chemii Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu, a od 2010 roku jest kierownikiem Centrum Metod Separacyjnych i Bioanalitycznych (BioSep) Interdyscyplinarnego Centrum Nowoczesnych Technologii UMK w Toruniu. Jest członkiem Centralnej Komisji ds. Stopni i Tytułów oraz wiceprzewodniczącym Rady Doskonałości Naukowej. Jest też członkiem PAN, a od 2019 r członkiem prestiżowej Europejskiej Akademii Nauk i Sztuk Pięknych (European Academy of Sciences and Arts, EASA).
Tomasz Gronkiewicz
