Onkologia stoi dziś przed paradoksem: dysponujemy coraz bardziej zaawansowanymi terapiami, a mimo to skuteczność leczenia – zwłaszcza w guzach litych – pozostaje ograniczona. Przełom może przynieść fizyka kwantowa. Nowy projekt badawczy, nagrodzony prestiżowym stypendium Future Leaders Fellowship o wartości 2 mln funtów, zakłada wykorzystanie czujników kwantowych do śledzenia interakcji komórek układu odpornościowego z tkanką nowotworową. Celem jest wcześniejsza diagnostyka, lepsza selekcja terapii oraz ocena skuteczności leków w czasie rzeczywistym.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Jak czujniki kwantowe mogą umożliwić wcześniejszą diagnostykę raka poprzez wykrywanie zmian molekularnych w żywych komórkach z czułością na poziomie pojedynczej cząsteczki.
- Dlaczego immunoterapia, w tym komórki CAR-T, zawodzi w guzach litych i jak zaburzony metabolizm komórek odpornościowych wpływa na skuteczność leczenia.
- Na czym polega projekt finansowany przez UK Research and Innovation (2 mln funtów) i jakie technologie – od czujników kwantowych po mikroprzepływy – zostaną w nim zintegrowane.
- Jakie znaczenie kliniczne mogą mieć wyniki badań dla personalizacji terapii onkologicznych i oceny skuteczności leków przeciwnowotworowych.
Stypendium Future Leaders Fellowship i zakres projektu
Czteroletni projekt, finansowany przez UK Research and Innovation, koncentruje się na kluczowym problemie terapii nowotworowych: zaburzonym metabolizmie komórek odpornościowych w mikrośrodowisku guza. To właśnie te zmiany sprawiają, że immunoterapia bywa skuteczna tylko u części pacjentów. Projekt ma dostarczyć narzędzi do precyzyjnego mapowania procesów metabolicznych na poziomie pojedynczych komórek – z dokładnością dotąd nieosiągalną.
Dlaczego komórki odpornościowe zawodzą w guzach litych
Laboratoryjnie modyfikowane komórki odpornościowe CAR-T zrewolucjonizowały leczenie nowotworów krwi (np. białaczki i chłoniaki). Jednak w guzach litych – takich jak rak piersi, płuc czy jelita – skuteczność spada do poniżej 50% przypadków. Przyczyną jest wrogie mikrośrodowisko guza, które:
- zużywa dostępne zasoby metaboliczne,
- produkuje metabolity upośledzające funkcje komórek odpornościowych,
- prowadzi do ich „wyczerpania” i utraty zdolności do niszczenia nowotworu.
Zrozumienie tych procesów wymaga narzędzi zdolnych do bezpośredniego pomiaru zmian molekularnych wewnątrz żywych komórek.
Czym są czujniki kwantowe i co mierzą
Czujniki kwantowe to urządzenia wykorzystujące zjawiska fizyki kwantowej do wykrywania mikroskopijnych zmian z ekstremalną czułością. W projekcie zastosowane zostaną czujniki wielkości pojedynczego elektronu, zdolne do pomiaru sygnałów magnetycznych generowanych przez wolne rodniki. Te wysoce reaktywne cząsteczki odgrywają kluczową rolę w metabolizmie komórek oraz w rozwoju chorób nowotworowych.
Dzięki rozdzielczości sięgającej skal tysiące razy mniejszych niż szerokość ludzkiego włosa, czujniki kwantowe pozwalają obserwować procesy dotąd „niewidzialne” dla klasycznych metod.
Skala problemu i potrzeba precyzji
Dr Aldona Mzyk, kierująca projektem, podkreśla wagę wyzwania i potencjał technologii:
Co minutę siedemnaście osób na świecie umiera na raka. Wiemy, że niewydolność komórek odpornościowych wynika ze zmian w ich metabolizmie podczas interakcji z komórkami nowotworowymi. Aby poprawić wydajność komórek odpornościowych, musimy zrozumieć, jak kontrolować te zmiany metaboliczne poprzez monitorowanie produkcji wolnych rodników wewnątrz komórek, a w zasadzie śledzenie ich zachowania. Wymaga to niezwykle szybkich i precyzyjnych metod detekcji, które czujniki kwantowe mogą zapewnić po raz pierwszy.
Zintegrowana platforma: czujniki, optyka i mikroprzepływy
Projekt ma charakter multidyscyplinarny. Połączy:
- czujniki kwantowe,
- spektroskopię optyczną,
- mikroprzepływy,
aby stworzyć platformę zdolną do analizy metabolizmu tysięcy komórek w ciągu kilku sekund. Takie podejście umożliwi nie tylko badania podstawowe, ale także testowanie leków, ocenę odpowiedzi na terapię oraz potencjalną personalizację leczenia.
Znaczenie dla diagnostyki i leczenia – głos ekspertów
Profesor Cristian Bonato, główny badacz w ośrodku Nanoscale Quantum Sensoring na Uniwersytecie Heriot-Watt, zwraca uwagę na kliniczne implikacje technologii:
Czujniki kwantowe rewolucjonizują diagnostykę medyczną, ponieważ ich czułość, sięgająca poziomu pojedynczej cząsteczki, pozwala nam wcześnie wykrywać choroby, co często prowadzi do lepszych wyników leczenia. W Heriot-Watt opracowujemy czujniki kwantowe o niespotykanej dotąd precyzji, od obrazowania pól magnetycznych w nanomateriałach po wykrywanie niewielkich ilości cząsteczek istotnych dla badań biomedycznych. Dodaje również: Stypendium dr. Mzyka to dokładnie ten rodzaj innowacyjnego i przełomowego zastosowania, które może zrewolucjonizować opiekę zdrowotną, we współpracy z naszymi partnerami z brytyjskiego centrum Quantum Sensing for Biomedical Research.
Kontekst strategiczny: Narodowy Program Technologii Kwantowych
Projekt wpisuje się w brytyjski Narodowy Program Technologii Kwantowych oraz cel wyposażenia NHS w ultraczułe czujniki kwantowe. Instytut Fotoniki i Nauk Kwantowych Uniwersytetu Heriot-Watt uczestniczy w czterech z pięciu centrów badawczych technologii kwantowych ogłoszonych przez EPSRC, w tym kieruje Centrum Zintegrowanych Sieci Kwantowych. Ośrodek rozwija rozwiązania w obszarach czujników, obrazowania, synchronizacji czasu i zastosowań biomedycznych.
Główne wnioski
- Czujniki kwantowe pozwalają mierzyć sygnały molekularne w skali pojedynczych elektronów, umożliwiając obserwację metabolizmu komórek odpornościowych wewnątrz guza.
- Projekt dr Aldony Mzyk, finansowany kwotą 2 mln funtów w ramach Future Leaders Fellowship, koncentruje się na zrozumieniu, dlaczego immunoterapia działa tylko u części pacjentów.
- Największym wyzwaniem w guzach litych jest wrogie mikrośrodowisko nowotworu, które zaburza metabolizm komórek odpornościowych i obniża skuteczność leczenia.
- Zintegrowana platforma łącząca czujniki kwantowe, spektroskopię optyczną i mikroprzepływy może przyspieszyć rozwój wcześniejszej diagnostyki oraz bardziej precyzyjnych terapii onkologicznych.
Źródło:
- Heriot-Watt University
