Polskie badania krokiem ku spersonalizowanej medycynie
W przyszłości lekarz jeszcze przed rozpoczęciem kuracji będzie mógł ustalić, w jaki sposób krew pacjenta wiąże dany lek i jaką jego dawkę należy zastosować. Pozwoli to uzyskać w organizmie stężenie optymalne dla przebiegu leczenia.
Nową, prostą metodę analizy równowagi reakcji chemicznych zachodzących w roztworach opracowano w Instytucie Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk.
Informacja, jak silnie reagują ze sobą dwie rozpuszczone substancje, ma istotne znaczenie w wielu dziedzinach, przede wszystkim w chemii, biologii molekularnej, farmacji oraz medycynie. Opracowana w Instytucie Chemii Fizycznej PAN (IChF PAN) nowa technika analityczna pozwala w tani i pewny sposób określić trwałość kompleksów powstających w wyniku reakcji zachodzących między związkami chemicznymi w roztworach. Co ciekawe, pomiar wykorzystuje bardzo proste zjawiska fizyczne i sprowadza się do badania, w jaki sposób roztwór dwóch związków przepływa przez długą i cienką rurkę – kapilarę.
Każdy wędkarz wie, że rzeki płyną najszybciej w środkowej części nurtu, natomiast przy brzegach prąd jest zawsze wolniejszy. W podobny sposób zachowuje się ciecz przepływająca przez kapilarę. Jeśli przepływ jest pozbawiony turbulencji (laminarny), warstwy cieczy najbliższe środka kapilary płyną szybciej niż warstwy przy ściankach. „Właśnie ten fakt wykorzystujemy w naszej metodzie. Kluczem są jednak zjawiska związane z dyfuzją” – mówi dr inż. Anna Bielejewska z IChF PAN.
W rzeczywistości cząsteczki cieczy mogą przemieszczać się (dyfundować) z warstwy płynącej z jedną prędkością do warstwy płynącej z inną. Jeśli do kapilary wypełnionej roztworem jednej substancji wstrzykniemy drugą, tempo dyfuzji będzie zależało od tego, jak silnie reagują ze sobą związki chemiczne z obu roztworów. Jeśli cząsteczki szybko przemieszczają się między warstwami, detektor zarejestruje wysoki i wąski pik. Im wolniej cząsteczki dyfundują między warstwami, tym pik staje się szerszy. „Jeśli zmierzymy szerokość pików przed i po wprowadzeniu czynnika kompleksującego do kapilary, możemy określić współczynniki dyfuzji substancji wolnej i skompleksowanej, a na tej podstawie wyliczyć stałą trwałości kompleksu. Określa ona, czy dane substancje chemiczne wiążą się ze sobą czy nie, a jeśli tak, to jak trwale” – wyjaśnia dr inż. Bielejewska.
Urządzenie opracowane w Instytucie Chemii Fizycznej PAN składa się z pompy gwarantującej stabilny przepływ cieczy w tempie 0,05 mililitra na minutę, autosamplera dozującego próbkę, detektora promieniowania widzialnego i ultrafioletowego oraz nawiniętej na niewielki walec kapilary średnicy 0,25 mm i długości 25 m. Otrzymane wyniki pomiarów świetnie zgadzały się z danymi zebranymi klasycznymi metodami chromatograficznymi oraz z wartościami podawanymi w światowej literaturze naukowej.
W jednym z wielu przeprowadzonych testów kapilarę wypełniono roztworem rozcieńczonego osocza krwi, którego składnikiem jest białko albumina, po czym wstrzyknięto warfarynę, organiczny związek chemiczny stosowany jako lek przeciwzakrzepowy. Również w tym przypadku wyniki doświadczenia okazały się poprawne.
Nowa technika analityczna, już zgłoszona do opatentowania, może znaleźć zastosowanie nie tylko w chemii, ale także w medycynie, przy dobieraniu dawek leków, których stężenie we krwi powinno być ściśle określone. „Obecnie lekarz najpierw podaje pacjentowi lek, potem przeprowadza analizę krwi, jeśli coś jest nie tak zmienia dawkę, sprawdza ponownie i tak aż do skutku. Dzięki naszej metodzie będzie można jeszcze przed rozpoczęciem kuracji raz pobrać kilka mililitrów krwi i ustalić, jak silnie wiąże ona dany lek” – opisuje dr inż. Bielejewska. Pojedyncza analiza za pomocą opisanej metody trwa około pół godziny. Po tym czasie odpowiednie oprogramowanie podawałoby lekarzowi wynik w postaci dawki leku dopasowanej do specyficznych cech organizmu konkretnego pacjenta.
„Opracowaliśmy nową, skuteczną metodę analizy równowagi reakcji chemicznych w roztworach, do przeprowadzenia której wystarcza tani i prosty sprzęt pomiarowy. Czy metoda się upowszechni, zależy już tylko od przemysłu” – komentuje prof. Robert Hołyst z Instytutu Chemii Fizycznej PAN.
Zaloguj się Logowanie