Naukowcy z Wydziału Elektroniki i Informatyki Politechniki Koszalińskiej opracowali metodę i przygotowali prototyp urządzenia wspomagającego leczenie fotodynamiczne. Dzięki temu pacjenci z chorobami przyzębia i błony śluzowej jamy ustnej, ale też cierpiący na choroby dermatologiczne i ginekologiczne będą poddawani bardziej skutecznej terapii.

Terapia fotodynamiczna jest nowoczesną metodą znajdującą coraz szersze zastosowanie w medycynie. Jest wykorzystywana przy leczeniu skórnych zmian chorobowych, zmian błony śluzowej, ale też w przypadku niektórych schorzeń narządów wewnętrznych. Metoda znajduje zastosowanie w przypadku konieczności leczenia zmian przednowotworowych i nowotworowych. Okazuje się skuteczna nie tylko w wybiórczym niszczeniu zmienionych chorobowo komórek, ale też w zwalczaniu drobnoustrojów (bakterie, grzyby, wirusy).

Jej działanie polega na selektywnym niszczeniu zmienionej chorobowo tkanki za pomocą barwników (fotouczulacza) i światła o określonej długości fali. Choremu podaje się fotouczulacz, który kumuluje się w chorej tkance. Pod wpływem światła substancje fotouczulające stają się toksyczne dla nieprawidłowych komórek (wydziela się reaktywny tlen), prowadząc do ich śmierci.

Prawidłowo sparametryzowane leczenie fotodynamiczne charakteryzuje się niskim poziomem bólu i nie powoduje bliznowacenia tkanki ponieważ nie narusza jej siatki kolagenowej.

Ta nowoczesna metoda leczenia stanowi alternatywę lub uzupełnienie m.in. dla chemioterapii, radioterapii, chirurgii, a także dla leczenia antybiotykami. W porównaniu z klasyczną chirurgią, czy z krioterapią, a także z metodą laserową jest uznawana za bardzo łagodny i mało uciążliwy dla pacjenta sposób leczenia.

Metoda fotodynamiczna skojarzona jest silnie z diagnostyką auto-fluorescencyjną (DAF). Wspomagają one bardzo wczesne wykrywanie zmian chorobowych błony śluzowej i ich diagnostykę.

Periodontolodzy potrzebują wsparcia

Terapia fotodynamiczna jest coraz częściej wykorzystywana w leczeniu zmian chorobowych w obrębie jamy ustnej. Znajduje zastosowanie również w periodontologii (to dział stomatologii zajmujący się leczeniem chorób przyzębia i błony śluzowej jamy ustnej). Ma szerokie zastosowanie: od leczenia stanów zapalnych błony śluzowej, poprzez leukoplakię (nadmierne rogowacenie), liszaje, język geograficzny (zwany też rumieniem wędrującym), aż po usuwanie zmian nowotworowych.

Od kilku lat metodę tę stosuje jedna z klinik periodontologicznych w Gorzowie, pod której opieką znajduje się kilkuset pacjentów. Doświadczenie zatrudnionych tam lekarzy oraz doświadczenia innych zespołów medycznych stosujących leczenie fotodynamiczne wskazywały na potrzebę lepszej kontroli procesu aplikacji lekarstwa oraz fotouczulania.

Realizacja tego zadania wykraczała jednak poza obszar kompetencji lekarzy. Poszukiwali więc zespołu naukowców, którzy zajęliby się opracowaniem metody oraz wykonaniem prototypu urządzenia do wspomagania leczenia tą metodą. Zadanie wymagało interdyscyplinarnych kompetencji. Wiązało się z koniecznością rozwiązania kilku problemów z zakresu medycyny, optoelektroniki i elektroniki oraz informatyki. Jego realizacji podjął się prof. dr hab. inż. Zbigniew Suszyński, kierownik Katedry Systemów Multimedialnych i Sztucznej Inteligencji na Wydziale Elektroniki i Informatyki Politechniki Koszalińskiej.

- Kilka lat temu nawiązałem współpracę z Zakładem Propedeutyki, Fizykodiagnostyki i Fizjoterapii Stomatologicznej Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego oraz kilkoma gabinetami stomatologicznymi w całej Polsce. Efektem tej współpracy były referaty, udział w sesjach plakatowych na konferencjach medycznych oraz otwarcie przewodu doktorskiego z periodontologii na PUM-ie – wyjaśnia naukowiec. - Problematyka tego projektu była więc mi bliska, a dzięki wsparciu pracowników Wydziału Elektroniki i Informatyki mogłem podjąć się jego realizacji.

O nowych procedurach na kongresie we Francji

Naukowiec podkreśla, że proces leczenia przy zastosowaniu terapii fotodynamicznej jest dość złożony. Ważny jest sposób aplikacji lekarstwa, konieczne jest spełnienie wymagań dotyczących dystrybucji i koncentracji leku oraz dynamiki jego wchłaniania. Bardzo istotny jest też sposób uwalniania tlenu reaktywnego w patologicznych komórkach.

Lekarz, który w swojej praktyce medycznej posługuje się tą metodą, powinien dysponować określoną procedurą i aparaturą, która pozwoli na precyzyjne i skuteczne wykonanie terapii. Wyzwanie związane z przygotowaniem oprogramowania wspierającego terapię fotodynamiczną, zaprojektowaniem i wykonaniem urządzenia było więc niemałe. Zwłaszcza, że projekt był realizowany w warunkach pandemii i wymagał współpracy z kilkoma gabinetami lekarskimi.

Zespół realizujący projekt przygotowuje właśnie publikacje, które będą dotyczyły popularyzacji opracowanych procedur. Najbliższa prezentacja związana z wynikami badań odbędzie się jeszcze w październiku, na kongresie stomatologii laserowej w Montpellier we Francji.

Jak powtórzyć eksperyment medyczny?

Doświadczenie wynikające ze współpracy ze środowiskiem lekarskim stało się bardzo pouczające.

– Okazało się, że możliwości prowadzenia eksperymentów badawczych w medycynie są bardzo ograniczone – wyjaśnia prof. Zbigniew Suszyński. – Zmienia się stan pacjenta, czasem pacjent po prostu rezygnuje z leczenia. Powtórzenie badań w tych samych warunkach – jak to ma miejsce w laboratorium technicznym – jest z reguły niemożliwe.

Zakres i warunki eksperymentów medycznych są dodatkowo uwarunkowane wynikiem postępowania przed komisją bioetyczną. To ogranicza tempo badań, jest jednak konieczne ze względu na bezpieczeństwo pacjentów.

- Dlatego musieliśmy opierać się przede wszystkim na już opublikowanych materiałach naukowych. Zauważyłem, że nie wszystkie dane potrzebne do naszych analiz są spójne, często różniły się warunki ich pozyskiwania – przyznaje badacz z Politechniki Koszalińskiej. – Zrozumiałem wtedy, że w badaniach technicznych mamy niezwykły komfort związany z determinizmem obiektów i procesów, ponieważ korzystamy z modeli opisujących relacje przyczynowo-skutkowe.

W naukach medycznych takie modele często zawodzą, bo organizm człowieka i procesy w nim zachodzące są zbyt złożone. Dlatego do realizacji projektu wykorzystaliśmy m.in. eksplorację danych, która pozwala na tworzenie modeli w oparciu o dane statystyczne.

Wzrosła skuteczność leczenia

Od kilku miesięcy trwają badania związane z adaptacją opracowanej metody parametryzacji leczenia fotodynamicznego w warunkach klinicznych. Zgodę na taki eksperyment medyczny wydała Komisja Bioetyczna Collegium Medicum Uniwersytetu Zielonogórskiego. Pierwsze wyniki wskazują na wyraźny wzrost skuteczności leczenia bardzo trudnych przypadków.

- Teraz nasze zadanie będzie polegało na „tłumaczeniu” opracowanej metody na język uproszczonej, ale precyzyjnej procedury medycznej – tłumaczy prof. Zbigniew Suszyński. – Nie można było tego zrobić bez odpowiednich narzędzi pomiarowych i analitycznych. Powstały one w wyniku realizacji projektu i teraz są odpowiednie warunki do wprowadzenia korekt do procedury aplikacji lekarstwa i fotouczulania.

Przy okazji pojawiło się nowe wyzwanie związane z opracowaniem procedur uwzględniających specyfikę poszczególnych chorób, ich intensywność, choroby towarzyszące, wiek pacjenta itp. To zadanie wymaga udziału wielu lekarzy i spełnienia odpowiednich procedur.

- Jak w większości projektów badawczych okazało się, że efekty naszej pracy rozwiązują pewne problemy, a jednocześnie ujawniają nowe możliwości. Dlatego zakończenie projektu nie oznacza końca współpracy ze środowiskiem medycznym.