Pryzmat - Wiadomości PWr

O pracy naukowca, sukcesach, szwedzkich laboratoriach i przyszłej współpracy z noblistą Alanem Heegerem rozmawiamy z laureatem Stypendium im. Barbary Skargi dr inż. Piotrem Hańczycem z Wydziału Chemicznego Politechniki Wrocławskiej.
Małgorzata Jurkiewicz: Optyczne badania liniowe i nieliniowe biopolimerów, co to takiego?
Dr inż. Piotr Hańczyc: - To był temat mojej pracy doktorskiej. To nic innego, jak badanie oddziaływania między światłem, czyli wiązką fotonów a materią, czyli w moim wypadku biopolimerami takimi, jak wyżej wspomniane DNA i białka.
Nadal brzmi skomplikowanie...
Zacznę może od tego, że nigdy nie pociągały mnie badania czysto biologiczne i medyczne lub z drugiej strony opisywanie zjawisk w fizyce albo procesów chemicznych. Szukałem swojego miejsca, gdzieś pomiędzy tymi światami i na początku postanowiłem zająć się fundamentalnym elementem, na którym opiera się życie czyli DNA. Tylko że inaczej, bo starając się spojrzeć na ten biologiczny materiał od strony fizyko-chemicznej, a nie biologicznej. Dzięki temu, że w kodzie genetycznym są różnice, możemy często zlokalizować choroby, na przykład nowotwory. Badając zatem DNA, na przykład przy pomocy światła, możemy wychwycić błędy podczas replikacji, czyli powielania się uszkodzonego materiału. Na tym skomplikowanym etapie powielania DNA wchodzą do gry również inne biologicznie ważne cząsteczki, czyli białka. Również i te struktury są niedoskonałe i w pewnych okolicznościach mogą tworzyć toksyczne agregaty w wyniku błędów podczas fałdowania. To właśnie naświetlanie specyficznych struktur białkowych, zwanych włókienkami białkowymi, jest istotą moich badań. Pracowałem pod kierunkiem profesora Marka Samocia z Politechniki Wrocławskiej i profesora Bengta Nordena z Uniwersytetu Technologicznego Chalmers w Szwecji. Wyniki naszych starań opublikowaliśmy w czasopiśmie „Nature Photonics”. Udowodniłem, że dzięki odpowiedniemu naświetleniu można odróżnić zdrowe białko od chorych włókien, które są bezpośrednio odpowiedzialne za występowanie chorób mózgu, na przykład Parkinsona i Alzheimera.
Jak wygląda mechanizm działania pańskiej metody?
Zdrowe białka są przy naświetleniu optycznie niewidoczne, tzn. światło nie jest absorbowane przez ten materiał. Chore białka tworzą bardzo duże struktury w porównaniu ze zdrowym białkiem, dlatego to światło zachowuje się zupełnie inaczej w procesie opisanym przez dział fizyki zwany optyką nieliniową. Przy odpowiednim naświetleniu laserem widoczne są tylko chore białka, te zdrowe są niezauważalne. Żeby dojść do takich wniosków w swoich badaniach musiałem połączyć kilka dziedzin nauki: fotonikę, biologię, fizykę i chemię. To, co odkryliśmy, to dopiero początek. Badania nadal trwają.
Będzie ich dalszy ciąg?
Za kilka miesięcy wybieram się do Stanów Zjednoczonych, żeby kontynuować swój projekt razem z noblistą profesorem Alanem Heegerem, fizykiem z Uniwersytetu w Santa Barbara, który jest ogromnie zainteresowany badaniami nad strukturami biologicznymi. To jest człowiek, który w 2000 roku otrzymał Nagrodę Nobla za polimery przewodzące. Powoli uczę się tej dziedziny. To są polimery, które przewodzą prąd. To właśnie profesor Heeger i dwóch innych noblistów pokazali, że struktury organiczne mogą przewodzić prąd elektryczny. Wiele matryc telefonów komórkowych jest zbudowanych właśnie z polimerów przewodzących, które wypierają ciekłe kryształy.
Ja natomiast chciałbym używać tych polimerów do zupełnie innych celów. Mianowicie poprzez odpowiednią modyfikację ich struktury chemicznej można je spróbować wykorzystać jako potencjalne znaczniki do włókienek białkowych. Czyli mówiąc wprost, chciałbym je wykorzystać do obrazowania i wczesnego diagnozowania tych toksycznych włókienek.
Jak nawiązał pan współpracę z noblistą?
Promotor mojej pracy doktorskiej, profesor Bengt Norden z Uniwerystetu Technologicznego Chalmers w Szwecji, był przewodniczącym komisji noblowskiej z chemii i obaj są bardzo dobrymi przyjaciółmi. Szwedzi, ze względu na Nagrodę Nobla, przyciągają do siebie bardzo dużo osobistości ze świata nauki. Dzięki promotorowi spotkałem się z Alanem Heegerem już kilka lat temu. Wtedy tylko rozmawialiśmy. Później mój promotor zapytał Heegera, czy ten nie byłby zainteresowany naszymi badaniami. Heeger to bardzo otwarty człowiek.
Znalazł pan godnego partnera.
Z nim mogę rozwijać swój projekt.
Wracając jednak do pańskich badań, one mają doprowadzić do tego, żeby....
Znaleźć nieinwazyjną technikę wczesnego obrazowania zwłóknień amyloidowych, czyli struktur, które w dalszej perspektywie powodują te niebezpieczne choroby mózgu, na które nie ma do tej pory lekarstwa. Są to choroby powstałe w wyniku błędów w procesie fałdowania białek. Dlatego celem działania tej techniki są właśnie białka, a nie DNA.
Jeżeli jesteśmy w stanie wcześnie zobaczyć, że coś złego zaczyna się dziać z pacjentem, to wtedy możemy innymi technikami próbować przeciwdziałać, bo w tego typu chorobach najważniejszy jest czas. Jeżeli wykryjemy chorobę późno, nie jesteśmy w stanie już nic zrobić. Farmakologicznie możemy zablokować rozwój choroby, ale nigdy nie możemy cofnąć jej przebiegu.
Jeżeli zatem nie ma jeszcze, tak jak w chorobie Parkinsona, widocznych efektów choroby, czyli drżenia rąk lub zaników pamięci w przypadku Alzheimera i jesteśmy w stanie ten etap wyprzedzić i wykryć chorobę, to może będziemy potrafili również farmakologicznie zablokować postęp choroby.
Naszym głównym celem jest diagnostyka, a często wyniki naszych badań są pokazywane w ten sposób, że strzelamy wiązką laserową w głowę i pacjent jest wyleczony. Niestety, tak to nie działa.
Wczesna diagnostyka chorób mózgu, dzięki waszemu odkryciu, jest możliwa już teraz?
W chwili obecnej jeszcze nie jest możliwa, my zaproponowaliśmy dopiero wstępne sugestie. Potrzebne jest jeszcze wiele badań komplementarnymi technikami do tej, którą już zaproponowaliśmy.
Nasza technika jest bardzo pobieżna, bo nas interesowały efekty optyczne, nieliniowe i scharakteryzowanie materiału bardziej niż sama możliwość diagnostyki. Lekarze są bardzo ciekawi, czy jesteśmy w stanie wykryć zwłóknienia chorobowe w płynie rdzeniowo-mózgowym. Musimy sprawdzić, czy nasza technika jest na tyle czuła, żeby sprostać temu zadaniu, czy wystarczą lasery jakie już mamy, czy potrzebny jest lepszy sprzęt.
Jeżeli za kilka lat wszystko się uda, jak mogłaby wyglądać w przyszłości technika diagnostyki Alzheimera?
Idealistycznie patrząc na sytuację, wyglądałoby to podobnie, jak tomografia mapująca cały mózg pacjenta i pokazująca tylko miejsca, gdzie pojawiły się zwłóknienia, sugerujące chorobę. Reszta mózgu byłaby niewidoczna dla tej metodologii. Będzie to metoda całkowicie nieinwazyjna. To badanie stanie się czymś w rodzaju wstępnego testu dla osób obarczonych dużym ryzykiem, w których rodzinie występowały choroby Parkinsona i Alzheimera.
Takie badanie będzie drogie?
Sama tomografia jest dosyć drogim eksperymentem. Nie potrafię przewidzieć, jakie będą koszty. O tym więcej wiedzą lekarze. Jednak minie jeszcze wiele lat, zanim takie badanie będzie możliwe. Na razie jest pewna idea wśród naukowców, niektóre grupy badawcze próbują powtórzyć lub zmienić naszą technikę. Zobaczymy, co z tego wyjdzie.
Jak wygląda rozwój takich badań w Polsce, a przede wszystkim u nas na Politechnice?
W Polsce z takim kierunkiem badań, jak mój, jest spory problem, bo nie mamy zaplecza medyczno-biologicznego, więc badania prawdopodobnie przeniosą się do Stanów Zjednoczonych i Szwecji. Natomiast u nas naukowcy mają duże doświadczenie, jeśli chodzi o badanie samych materiałów, co jest bardzo pomocne. Dlatego teraz z doktorem Lechem Sznitko z Wydziału Chemicznego będziemy próbowali innego podejścia do moich badań. Włókna białkowe, podobnie, jak DNA, można znakować farmakologicznie. Stworzyliśmy takie struktury, które będą wyłapywały włókna amyloidowe (białkowe). Będziemy również badać to, jak ten materiał zachowuje się pod wpływem naświetlania wiązką laserową. Wtedy będziemy bardziej celować w znaczniki biologiczne niż w samo włókno.
Ta część badań daje zatem nadzieję na wynalezienie w przyszłości lekarstwa na choroby mózgu?
To prawda. Te eksperymenty, które próbujemy teraz robić, to wytworzenie akcji laserowej na materiale biologicznym. Chciałbym stworzyć indywidualny znacznik każdego rodzaju włókna. Jeżeli mamy już oznakowane włókno białkowe, to strzelając na niego wiązką laserową, w zależności od tego, jakie to jest włókienko, sygnał zawsze powinien być inny. Czyli, jeżeli mamy do czynienia z białkiem odpowiedzialnym za chorobę Parkinsona, to będzie ono miało zupełnie inny sygnał niż białko odpowiedzialne za Alzheimera. Będziemy wtedy w stanie wykryć konkretną chorobę i potem ją leczyć.
W jaki sposób narodził się pomysł na takie badania? Pojawił się już w trakcie studiów?
W pewnym sensie tak. Do trzeciego roku studiowałem biotechnologię na Wydziale Chemicznym Politechniki Wrocławskiej. Potem wybrałem specjalizację międzynarodową „Molecular nano-and bio-photonics for biotechnologiesand telecomunications”. Na tych studiach spędziłem semestr we Francji pod Paryżem, później przyjechałem do Polski, ale na Uniwersytet Wrocławski. Na piątym roku wróciłem na PWr. Te studia nie miały wiele wspólnego z biotechnologią. To była już bardziej nanobiofotonika - studia bardzo interdyscyplinarne. Wykłady obejmowały wiele dziedzin nauki. Wszystko było dla mnie na początku bardzo trudne, bo chociaż na biotechnologii mieliśmy podstawy matematyki, fizyki, chemii i biologii, to na tych studiach wykłady były naprawdę na wysokim poziomie.
Studia łączyły zatem kilka nauk, ale były jednocześnie bardzo specjalistyczne, na przykład mieliśmy zajęcia z profesorem zajmującym się wyłącznie badaniami z dziedziny optyki nieliniowej. Profesor mówił specyficznym językiem, oczywiście po angielsku.
Grupa na tych studiach składała się z fizyków, chemików, biologów, elektroników, biotechnologów. Wszyscy musieliśmy się ze sobą dogadać. Najlepiej dogadywali się fizycy, trochę gorzej chemicy, a reszta kompletnie nie wiedziała, co się dzieje. Przez dwa lata takich studiów udało nam się wypracować język porozumienia między wieloma dziedzinami nauki.
Czemu miała służyć ta kombinacja ludzi z kilku kierunków?
Sytuacja, w jakiej się znaleźliśmy, miała z jednej strony pokazać nam, jak bardzo te dziedziny się różnią, a z drugiej zwrócić naszą uwagę na fakt, jak poprzez odpowiednie nakierowanie przez specjalistów, można wspólnie ustalić obszary porozumienia. To jest podobna sytuacja, jak z nauką języka angielskiego. Nigdy nie będziemy mówili, jak brytyjska arystokracja, ale musimy mieć pewien zasób słów, żeby swobodnie porozumieć się po angielsku. Tak jest również z językiem nauki. Nigdy nie będę świetnym optykiem, fizykiem lub biologiem, znającym każdą tajemnicę muszek owocowych. Umiem jednak poszukiwać możliwości łączenia tych dziedzin. To bardzo ważne, bo najwięcej miejsca na odkrycia naukowe jest między tymi dziedzinami.
Łączenie nauk staje się trendem przyszłości?
Tak, ale jest to bardzo trudne. Często naukowcy wolą zajmować się tylko jedną dziedziną nauki, którą dobrze znają. Wchodzą w rolę eksperta i jest im z tym wygodnie. Z czasem przestają być otwarci na nowości. Dla młodych ludzi to pułapka. Dlatego trzeba umożliwić im mobilne studiowanie i pokazać, że w badaniach trzeba łączyć kilka dziedzin nauki.
Taka forma studiowania staje się coraz bardziej modna?
W Stanach Zjednoczonych to standard, że młodzi poruszają się między ośrodkami akademickimi. Jeżeli kończysz studia na jednej uczelni, to doktorat powinieneś robić już na innej, a po obronie pracy doktorskiej musisz znaleźć pracę na kolejnej uczelni. Dobrze widziane jest też działanie w obszarze kilku nauk. Im wcześniej zaczniesz zmieniać środowisko pracy i nauki, tym lepiej.
U pana też tak było?
Ja skończyłem biotechnologię, ale w międzyczasie udało mi się zrobić dyplom magistra fizyki na Ecole Superierure de Cachan we Francji. Nie czuję się w pełni ani biotechnologiem, ani fizykiem, ani chemikiem. Pracuję na pograniczu tych trzech dziedzin.
Robił pan doktorat w Szwecji. Jakie są różnice w pracy w laboratoriach szwedzkich i polskich?
Polska powoli przystosowuje się do tego, że świat nauki opiera się na systemie grantowym i dobrzy naukowcy ściągają na uczelnie duże pieniądze. Ścierają się u nas dwa modele pracy: grantowy i tradycyjny, któremu pozostaje wierna starsza kadra. Zobaczymy, które podejście zwycięży.
W Szwecji i na całym świecie, inaczej niż w Polsce, dużo bardziej ceni się pracę jednostek. Jeżeli naukowiec nie jest w stanie wykazać się innowacyjnością i odkryciami w dziedzinie oddalonej od promotora doktoratu, to jest mu bardzo trudno przyciągnąć granty. Jeżeli ma się dużo prac z przełożonym, to recenzenci, którzy przyznają granty, zapisują sukcesy na konto szefa. W Szwecji istotne jest to, żeby pokazać swoją niezależność i zaprezentować nowość, którą daje się światowej nauce. Konkurencja jest bardzo duża i panuje silny indywidualizm.
W Polsce stawia się na współpracę. Jednak chcąc być konkurencyjnym w świecie w systemie grantowym patrzeć trzeba na jednostkę i na to, co ona wnosi do światowej nauki. Oczywiście możemy się zadowolić grantami, które mamy w kraju. Charakterystyczne jest to, że beneficjentami największych grantów, jakie przyznaje Unia Europejska, bardzo rzadko są Polacy.
Dlaczego tak się dzieje?
Skupiamy się na swoim własnym podwórku, zamiast patrzyć na ligę światowej nauki. Pracując ściśle w jednej grupie, nigdy nie będziemy tak otwarci na to, co się dzieje w świecie. Musimy być na głębokiej wodzie sami. Wtedy człowiek musi ciągle poszukiwać. W grupie jest raźniej, łatwiej i bezpieczniej. Mija 20 lat, stajemy się specjalistami w wąskiej dziedzinie. Jednak w świecie nikt nie da takim naukowcom dużych pieniędzy na badania.
Drugim ważnym trendem jest łączenie przez badaczy dziedzin nauki i pokazywanie wynalazków z pogranicza science fiction. To robią moi koledzy ze Szwecji i USA i tego się nie boją.
Profesor Heeger, który jest specjalistą od przewodnictwa elektrycznego, jest zainteresowany tym, jak diagnozować i leczyć choroby mózgu. Taka otwartość i zaangażowanie to klucz do sukcesu.
Co z finansowaniem badań? Tutaj też mamy wiele do zrobienia?
Nie będziemy w stanie zrobić badań na odpowiednim poziomie bez konkretnych pieniędzy i laboratoriów. Laboratorium w Szwecji miało na tyle dobre zaplecze, że mogłem w trakcie swojej pracy pozwolić sobie na wiele błędów i prób. Nie musiałem się martwić, że skończą się fundusze. Na PWr natomiast był do dyspozycji sprzęt na najwyższym światowym poziomie: lasery femtosekundowe, które posiada profesor Marek Samoć z Wydziału Chemicznego. To kolejny przykład, jak należy szukać różnych ścieżek, żeby realizować swoje badania.
Wygląda na to, że pracuje pan 24 godziny na dobę.
Tak, ale w międzyczasie gram w piłkę, często podróżuję. Trzeba dać głowie odpocząć. Najlepsze pomysły przychodzą właśnie wtedy.
Na pana badania zwróciła uwagę Fundacja na rzecz Nauki Polskiej.
Stypendium Barbary Skargi, przyznawane przez Fundację na Rzecz Nauki Polskiej, to docenienie tego, co młody naukowiec już zrobił. To bardzo miły fakt, który pozwala nabyć przekonania, że idzie się we dobrym kierunku. Nie uważam jednak, że to co robię dzisiaj wystarczy mi na dwadzieścia lat. Chcę się rozwijać naukowo i szukać nowych dróg.
Rozmawiała Małgorzata Jurkiewicz
Dr inż. Piotr Hańczyc w 2009 r. ukończył studia na Wydziale Chemicznym Politechniki Wrocławskiej uzyskując stopień magistra inżyniera biotechnologii. Równocześnie w ramach programu „Molecular nano-and bio-photonics for biotechnologies and telecommunications” otrzymał stopień magistra fizyki Ecole Normale Superierure de Cachan we Francji. Po studiach odbył staż w Australijskim Uniwersytecie Narodowym w Canberze pod opieką profesora Marka Samocia. Po powrocie do Polski rozpoczął studia doktoranckie na Wydziale Chemicznym Politechniki Wrocławskiej w grupie profesora Marka Samocia oraz w Chalmers University of Technology w grupie profesora Bengta Nordena. W 2010 r. odbył staż na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley w grupie profesora Paula Alivisatosa. W 2013 roku uzyskał stopień doktora Uniwersytetu Technologicznego Chalmers oraz w 2014 stopień doktora Politechniki Wrocławskiej. Jest autorem kilku publikacji o zasięgu międzynarodowym, w tym między innymi w Nature Photonics. W ramach projektu na temat fibryli amyloidowych współpracuje z laboratoriami w Szwecji oraz USA, w tym z noblistą profesorem Alanem Heegerem z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara.
Stypendia START są przyznawane przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej. To roczne stypendia dla wybitnych młodych uczonych na początku kariery naukowej. W tym roku po raz pierwszy zostało przyznane Stypendium im. Barbary Skargi, które może otrzymać osoba, której dorobek naukowy i plany badawcze, przedstawione w konkursie o stypendium START, zostały bardzo wysoko ocenione i której badania wyróżniają się jednocześnie odważnym przekraczaniem granic pomiędzy różnymi dziedzinami nauki, otwierają nowe perspektywy badawcze i tworzą nowe wartości w nauce.

​