Zmierzyć ból duszy

Współczesna diagnostyka chorób cywilizacyjnych – od cukrzycy po nowotwory – bazuje na twardych danych. Do dyspozycji mamy glukometry, markery nowotworowe, zaawansowaną biochemię. Jednak w chorobach neurodegeneracyjnych i psychiatrii wciąż poruszamy się w sferze, którą można nazwać „bólem duszy” – trudnym do zbadania, udowodnienia i potwierdzenia. Stąd tak często osoba cierpiąca na depresję przez długi czas przed rozpoczęciem leczenia mierzy się z komentarzami podważającymi jej rzeczywisty stan. „Idź pobiegać”, „Przestań się smucić”, „Inni mają gorzej i nie narzekają” – to tylko kilka przykładów z całej gamy stwierdzeń wyrażających pobłażliwość dla stanu psychicznego ludzi, którzy tak naprawdę pilnie potrzebują pomocy. Depresja i stany do niej zbliżone powoli niszczą naszą świadomość, zatruwając ją i prowadząc do poważnych konsekwencji, także tych jak najbardziej fizycznych, czyli choćby do obniżenia odporności, czy w ostateczności do samobójstwa. Podczas gdy inne choroby da się potwierdzić choćby za pomocą rezonansu, tomografii czy USG, depresja, nazywana dżumą XXI w., diagnozowana jest głównie na podstawie wywiadu.

I właśnie tu na scenę wkracza dr inż. Sylwia Baluta z Katedry Optyki i Materii Miękkiej Wydziału Chemicznego Politechniki Wrocławskiej. Jej projekt – Dopasens – to obietnica przełomu. Technologia, która sprawia, że niewidzialne procesy chemiczne w naszym mózgu stają się mierzalne, a „ból duszy” zyskuje wymiar fizyczny. Choć Dopasens nie jest jeszcze komercyjną firmą, a zaawansowanym projektem naukowym z potwierdzonym działaniem, jego potencjał rynkowy i społeczny jest gigantyczny i już dziś pozwala oszczędzać ogromne środki.

Z rodzinnego biznesu do technologii kwantów

Sylwia Baluta, rocznik 1991, pochodzi z Trzebnicy, małego miasta pod Wrocławiem. Jest jedynaczką, mocno związaną z rodzicami, co – jak sama przyznaje – od wczesnej młodości trzyma ją blisko domu. Gen przedsiębiorczości wynosi z rodzinnego biznesu rodziców, którzy prowadzą kwiaciarnię i firmę produkującą skórzane paski. – Tata zawsze był bardzo skrupulatny w dokumentach. Mieliśmy w domu tony segregatorów. Nauczył mnie, że trzeba mieć na wszystko podkładkę. Dziś w nauce i zarządzaniu grantami ta umiejętność jest bezcenna – zaznacza naukowczyni i dodaje, że to ojciec stoi za wyborem jej ścieżki kariery.

W trzebnickim liceum Sylwia marzy o medycynie. Ale punktów z matury starcza jedynie na studia stomatologiczne w Łodzi. Wtedy do akcji wkracza tata, który znając szerokie możliwości córki, udziela jej pragmatycznej rady. – Powiedział mi: „Po stomatologii będziesz mogła wykonywać jeden zawód. Zaczniesz życie z kredytem na sprzęt, będziesz pracować od rana do nocy. Idź na politechnikę. Po niej możesz być kim chcesz i masz więcej czasu na decyzję. Możesz pracować w branży spożywczej, chemicznej, kosmetologii czy petrochemii”. Posłuchałam go i to był strzał w dziesiątkę – wspomina.

Na studiach inżynierskich zajmuje się biokatalizą – zamiast czekać pół roku na syntezę chemiczną, wykorzystuje enzymy z mikroorganizmów, by przyspieszyć procesy.

Podczas magisterki, którą realizuje po angielsku na kierunku Medicinal Chemistry, odnajduje się w nowych badaniach nad halitozą, powodującą nieprzyjemny zapach z ust. – Syntezowaliśmy związki hamujące rozwój bakterii odpowiedzialnych za wydzielanie siarkowodoru w jamie ustnej. Pracowałam też nad izolacją naturalnych substancji aktywnych z roślin, by walczyć z tym problemem – opowiada badaczka.

Doświadczenie zbiera w wielu instytucjach. W stacji doświadczalnej w Śremie bada pestycydy w warzywach. W firmie Hasco-Lek poznaje farmację od kuchni. A w instytucie im. Hirszfelda pracuje nad nowoczesną terapią przeciwnowotworową, łączącą analogi witaminy D z chemioterapią (cisplatyną) w leczeniu raka jelita grubego.

Historia jej wynalazku, jak to często bywa w świecie nauki, jest splotem przypadku, determinacji i... lęku. Wszystko zaczyna się w 2015 r., kiedy Sylwia Baluta rozpoczyna doktorat. Trafia wtedy pod skrzydła promotora zajmującego się biosensoryką, ma też styczność z elektrochemią. – Trochę bałam się elektrochemii. Wiedziałam, że wolałabym iść w stronę biotechnologii i diagnostyki medycznej, którą studiowałam. Byłam w zespole sama, więc musiałam sobie radzić. Z tego mojego lęku i chęci ucieczki w stronę czegoś, co czułam lepiej, urodził się pomysł czujnika optycznego – wspomina z uśmiechem.

Inspiracją staje się też sytuacja prywatna, w jej rodzinie pojawiła się choroba neurodegeneracyjna. Jak przystało na naukowca, żeby poradzić sobie z problemem, Sylwia Baluta sięga wtedy po literaturę, która dowodzi, że neuroprzekaźniki są kluczem do zrozumienia tych schorzeń. Eksploruje ten wątek na tyle długo, by w 2018 r. stworzyć „prototyp prototypów” – działające w laboratorium urządzenie.

Glukometr dla mózgu

Technologia zespołu dr Baluty, w swoim założeniu ma być tak prosta i powszechna jak glukometr – urządzenie, które zdominowało 80 proc. rynku biosensorów. – Cały czas pracujemy nad tym, żeby tę technologię rozwijać i wprowadzać do diagnostyki medycznej. Chcemy stworzyć narzędzie typu point of care, czyli do badania przy łóżku. To kluczowe dla pacjentów, którzy z powodu choroby mają ograniczoną mobilność – tłumaczy badaczka.

Jak to działa? Do tej pory największym wyzwaniem, które stało przed naukowcami, był fakt, że dopamina czy serotonina to hormony, których w organizmie są tak śladowe ilości, że trudno je wychwycić, by ustalić ich rzeczywisty poziom. Sylwia Baluta wpadła na pomysł, by próbkę krwi (lub moczu) potraktować w taki sposób, by dopamina zamieniła się w polidopaminę, co pozwala na pomnożenie jej śladu, bez wpływu na wynik badania i łatwiejsze jej zmierzenie.

Kluczowym elementem innowacji jest zastosowanie enzymu z grupy oksydoreduktaz. Enzym działa jak turbodoładowanie – katalizuje reakcję, sprawiając, że polimeryzacja zachodzi błyskawicznie. Dzięki temu dopamina utlenia się samoistnie, ale powoli. To właśnie ta szybkość i precyzja stanowią o przewadze technologicznej rozwiązania.

Sercem rozwiązania jest czujnik optyczny. W przeciwieństwie do klasycznych metod analitycznych, które wymagają wielkich maszyn i wyszkolonego personelu w szpitalnych laboratoriach, metoda Sylwii Baluty zamyka skomplikowaną chemię w małym układzie.

Mechanizm wykorzystuje grafenowe kropki kwantowe, które mają zdolność do fluorescencji – czyli świecenia pod wpływem światła.

– Kropka kwantowa daje wysoki sygnał fluorescencji, i gdy wprowadzimy do układu dopaminę, zachodzi reakcja. Dopamina utlenia się do polidopaminy i osadza na tych kropkach, gasząc ich świecenie. Mamy tu mechanizm odwrotnie proporcjonalny: im więcej dopaminy w próbce, tym słabiej świecą kropki – wyjaśnia Sylwia Baluta.

Cały proces trwa mniej niż trzy minuty. Wynik, odczytany przez przenośny przetwornik, trafia na ekran komputera lub urządzenia mobilnego. To rewolucja w monitorowaniu terapii. Lekarz w czasie rzeczywistym może sprawdzić, czy lek psychotropowy zażywany przez pacjenta jest odpowiednio dobrany, jakie jest jego wysycenie, czy działa prawidłowo albo czy pacjent nie wypłukuje neuroprzekaźników zbyt szybko, co mogłoby sprzyjać decyzji o zwiększeniu dawki.

Krew pełna śmieci

Droga z fazy laboratoryjnej do realnej diagnostyki nie jest jednak usłana różami. Jak przyznaje dr Baluta, praca w sterylnych warunkach to jedno, a starcie z prawdziwą biologią człowieka to drugie. Głównym wyzwaniem są zanieczyszczenia.

– Krew, a także mocz, to materiał pełen „śmieci”. O ile w laboratorium, w czystym buforze, wszystko działa świetnie, o tyle w prawdziwej próbce mamy mnóstwo związków interferencyjnych. Największym wrogiem precyzji są substancje takie jak kwas askorbinowy (witamina C) czy kwas moczowy. Są one obecne w organizmie w wysokich stężeniach i mają bardzo podobny potencjał utleniania do dopaminy. Jeśli dopamina utlenia się przy napięciu 0,2 V, a kwas askorbinowy przy 0,12 V, to sygnały te są niebezpiecznie blisko siebie – tłumaczy badaczka.

Sztuka polega więc na stworzeniu takiej warstwy na elektrodzie (np. z polimerów przewodzących), która wychwyci tylko to, co nas interesuje, ignorując szum tła. To inżynieria na poziomie molekularnym, gdzie walczy się o to, by czujnik nie pomylił witaminy C z neuroprzekaźnikiem. I to właśnie, czego nie dokonała żadna inna ekipa naukowa na świecie, udaje się osiągnąć polskiej naukowczyni z Politechniki Wrocławskiej.

Koniec ery „weź się w garść”

Wprowadzenie takich czujników na rynek to gra o stawkę znacznie wyższą niż tylko zysk finansowy. To walka o zmianę społeczną. W Polsce i na świecie rośnie liczba zwolnień lekarskich z powodu zaburzeń psychicznych. Jednocześnie wciąż pokutuje stygmatyzacja. – Starsze pokolenie często mówi: „Weź się w garść, idź pobiegać, to ci przejdzie”, „my to mieliśmy prawdziwe problemy”. Takie relatywizowanie nikomu nie pomaga. Widać, że choroby psychiczne wciąż są tematem tabu. Ludzie wstydzą się przyznać, że coś jest nie tak, bo objawy są niewidoczne – mówi Sylwia Baluta.

Dopasens może to zmienić, dostarczając dowód biologiczny. – Gdy ludzie dostrzegą, że depresja jest powiązana z biologią, z konkretnymi poziomami biomarkerów, na które nie mamy wpływu, chętniej uznają objawy za jednostkę chorobową, a nie wymysł czy lenistwo – dodaje badaczka.

Twarde dane mogą zakończyć erę stygmatyzacji i dywagacji, czy ktoś rzeczywiście cierpi. Dodatkowo Baluta zwraca uwagę na problem nieuczciwości i wyłudzeń zwolnień lekarskich. – Nikt nie wynalazł jeszcze leku na uczciwość. Dziś lekarz musi ufać pacjentowi na słowo, a ten może symulować objawy. Twardy dowód w postaci wyniku z czujnika mógłby uszczelnić system i dać lekarzom pewność, że pomagają tym, którzy naprawdę tego potrzebują – zauważa badaczka i podsumowuje, że projekt mógłby wywołać rewolucję w ZUS. Dziś gospodarki tracą miliardy euro z powodu wyłudzanych zwolnień. - Choć brzmi to kontrowersyjnie, jeśli depresję dałoby się zmierzyć, problem wyłudzeń takich świadczeń czy zwolnień lekarskich można by co najmniej mocno ograniczyć – podkreśla autorka Dopasens. – Jednak w pierwszej kolejności technologia ma służyć pacjentom – kwituje Sylwia Baluta.

Platforma do zadań specjalnych

Choć dopamina, jak metaforyzuje naukowczyni, jest „celebrytką” wśród neuroprzekaźników i to niej skupia się projekt Dopasens, ambicje Sylwii Baluty sięgają znacznie dalej. Technologia, którą rozwija, jest uniwersalną platformą. Zespół pracuje nad tzw. multiplexingiem, czyli możliwością mierzenia wielu parametrów jednocześnie z jednej kropli płynu. – Możemy oznaczać wszystko. Ogranicza nas tylko wyobraźnia. W przypadku chorób neurologicznych nie kończymy na dopaminie. W grę wchodzi noradrenalina, adrenalina i serotonina. Co ciekawe, te neuroprzekaźniki mają podobne właściwości chemiczne (ulegają utlenianiu), więc możemy zastosować dla nich ten sam enzym i te same warunki pomiarowe. To znacznie upraszcza budowę urządzenia i daje ogromne możliwości w badaniu innych chorób czy zaburzeń – wyjaśnia inżynierka.

I nie jest to science fiction. Już teraz we współpracy z firmami zewnętrznymi powstają adaptacje tej technologii. Dla jednej z dużych warszawskich firm (brak nazwy wynika z klauzuli poufności) zespół opracował elektrody do mierzenia kortyzolu – hormonu stresu, którego poziom w społeczeństwie drastycznie wzrósł po pandemii i w obliczu wojny za granicą.

Z kolei we współpracy z amerykańską firmą Micro X Labs powstaje panel dla pacjentów onkologicznych. – Chodzi o to, by szybko odpowiedzieć na pytanie, czy pacjent może przyjąć kolejną dawkę chemioterapii. Często parametry wątrobowe czy CRP są tak wysokie, że podanie leku zabiłoby pacjenta. Nasz czujnik pozwoli to ocenić w kilka minut, zamiast czekać na wyniki z laboratorium. Dzięki temu pacjent będzie mógł szybciej stosować leczenie, jeśli wszystko okaże się w porządku – tłumaczy Baluta.

Technologia sprawdza się nawet w akwakulturze. Jedna z firm, której nazwy nie podajemy ze względu na klauzulę poufności, wykorzystuje czujniki wrocławskiej badaczki do sprawdzania poziomu hormonów i patogenów w hodowlach łososi czy krewetek. Problemem są tam zanieczyszczenia hormonalne wody, które mogą sprawić, że cała populacja ryb zmieni płeć na żeńską lub męską, co prowadzi do braku rozrodu i wymierania hodowli. Szybka diagnostyka wody ratuje więc miliony dolarów inwestorów.

Zatrzymany wybuch plazmy

Sylwia Baluta to wulkan energii. Prywatnie spełnia się jako mama dwójki małych dzieci. Jednak każdą wolną chwilę kradnie na czytanie książek – od klasyki Dostojewskiego po „Grę o tron” George’a Martina, której jest wielką fanką.

Ma jednak wadę, do której przyznaje się z rozbrajającą szczerością: impulsywność, chęć szybkiego działania, co z jednej strony prowadzi do doprowadzania celów do szczęśliwego końca, a z drugiej do pochopnych decyzji. – Czasem najpierw robię, potem myślę. To jest u mnie nagminne – śmieje się badaczka.

Ta cecha omal nie doprowadza do katastrofy podczas jej stażu na Uniwersytecie w Sydney w lutym 2025 r. – Pracowałam na unikalnym w skali świata zestawie do plazmowania. Przez pomyłkę w złej sekwencji wpuściłam tlen do układu próżniowego. Włączył się alarm na całe laboratorium. Na szczęście systemy bezpieczeństwa zadziałały i nic nie wybuchło, ale ze strachu aż drżałam – wspomina dziś ze śmiechem.

Dziś impulsywność przekuwa w działanie. Zamiast czekać, tworzy rozwiązania, które mogą zmienić życie milionów ludzi cierpiących w milczeniu. Dopasens jest nadzieją na to, że w walce z depresją i chorobami neurodegeneracyjnymi wreszcie dostaniemy do ręki precyzyjną diagnostykę i nie będziemy niemal na oślep dobierać leków psychotropowych. A to przecież tylko jedno z licznych przykładów zastosowania technologii. Czy powstanie z tego firma? Patrząc na biznesowe DNA, które Sylwia odziedziczyła po rodzicach, i jej naukową determinację, wydaje się to tylko kwestią czasu.